Реактор хлађен растопљеном сољу

Реактор хлађен растопљеном сољу МСР (енг. Молтен Салт Реацтор) је врста нуклеарног реактора IV генерације, за који је представљено и неколико дизајна нуклеарног реактора хлађеног растопљеном сољу, а направљено је и неколико прототипова. Ранија решења ослањала су се на нуклеарно гориво отопљено у растопљеним солима флуора творећи уранијум тетрафлуорид (УФ₄). Критичност се досеже уласком медија у графитну језгро која уједно служи као модератор (успоривач неутрона). Неке данашње идеје више се ослањају на гориво дисперзирано унутар графитне матрице с растопљеном сољу, чиме се осигурава хлађење при високој температури и ниском тлаку. Почетни дизајн је нуклеарни реактор снаге 1 000 МW, а циљни датум увођења је 2025.

Реактор хлађен растопљеном сољу МСР.

Унутрашњост експерименталног реактора хлађеног растопљеном сољу из Оук Риџ лабораторија (САД) (1960-те).

Приказ рада експерименталног реактора хлађеног растопљеном сољу из Оук Риџ лабораторија (1960-те).

Растопљена со ФЛиБе.

Реч је о занемареним пројектима који се својевремено нису уклопили у Хладни рат између Совјетског Савеза и Американаца, те су 1976. напуштени. Захваљујући интернету, информација о њима доспела је у јавност 2006. Торијумски нуклеарни реактор с течним торијумским флуоридом темељно се разликује од већине данашњих нуклеарних реактора. Једна тона торијума довољна је за производњу једнаке количине енергије као од 200 тона уранијума, што аутоматски значи и мање радиоактивног отпада. Након искориштавања, настали је отпад токсичан око 300 година, за разлику од данашњег нуклеарног отпада, који ће бити опасан још бар 10 000 година. Штавише, торијумски реактор може искористити отпад уранијумског реактора за рад. Торијум је, усто, јефтин и може се паковати у много мање димензије. Према проценема, Америка има око 440 000 тона торијума, Аустралија и Индија око 300 000 тона, а Канада још 100 000 тона. У Америци и Аустралији још су га донедавно бацали као бескорисни отпад. Кад се све зброји, има га довољно за напајање целог света још барем 1000 година. Уранијума има тек за неких 80 година.

Историја

Од почетка 1950-тих година 20. века, па све до средине 1970-тих, у Оук Риџ лабораторији у америчкој савезној држави Тенеси, развијао се пројект намењен чишћој производњи големих количина енергије. Заснивао се на нуклеарном реактору који је уместо крутог горива користио текуће, које нуди бројне предности над крутим, пре свега у начину рада и контроли процеса. На почетку, под водством Алвина Вајнберга, истраживачи лабораторија Оук Риџ, направили су 4 реактора: 2 с воденим хлађењем (лаководни реактор), а два с растопљеном флуоридном сољу. Како би произвели довољно електричне струје, лаководни реактори морали су радити под врло високим притиском. Они су могли да растворе уранијумове материјале, али не и оне који садрже торијум. За разлику од репроцесовања у реактору с крутим горивом, поступак у реактору с водом био је врло сложен. Међутим, реактори са смесом текућих и крутих флуоридних соли нису имали никаквих проблема, а радили су на вишој температури, али без додатног повећања притиска. Могли су успешно да растворе и уранијум и торијум, при чему су соли у реактору биле потпуно неосетљиве на високу радијацију. Логично, стручњаци су се определили за технички супериорнију текућу флуоридну сол, надајући се даљњем развоју. Прототип реактора са сољу торијумовог флуорида МСР (енгл. Молтен Салт Реацтор), без врло скупог нуклеарног горива у шипкама, успешно је радио готово 5 година.

У том експерименталном реактору примењен је торијум-232 као материјал за обогаћивање, а уранијум-233 као нуклеарно гориво. Међутим, крајем 1960-их, америчка Државна комисија за атомску енергију једноставно је отпустила Алвина M. Вајнберга, директора лабораторије и научника који је патентирао поступак. Било је неслагања у погледу његових тврдњи о битно већем учинку, поузданости и сигурности реактора с текућим горивом и ваздушним хлађењем. Након тога прекинута су сва даља истраживања, а развој је усмерен на реакторе у којима се уранијум могло претварати у плутонијум. У разним варијантама, та техника превладава и данас.

Реактор с текућим торијум флуоридом ЛФТР

Најновије ускрснуће реактора с торијум флуоридом одвило се након 1992. године, из дугогодишњих истраживања Алвина Радковског и његове фирме Тхориум Поwер Лтд. или реактор с текућим торијум флуоридом ЛФТР (енгл. Лиqуид-Флуориде Тхориум Реацтор или лифтер), а направљен је комбинацијом две врсте текуће флуоридне соли. Прва садржи фисилно гориво (уранијум-233) које одржава нуклеарну реакцију. Друга со садржи довољно торијума да упије барем половину неутрона из фисијске реакције, а притом произведе више уранијума-233. Та друга со је истодобно и покривач или огртач око уранијумових шипки, који заштићује реактор од оштећења, које могу проузроковати неутрони и гама зраци. Како се торијум у тој соли претвара у уранијум-233, физички се преноси у со с горивом, где распадањем испушта неутроне и топлоту. Топлина се најпре одводи у измењивач топлоте или хладњак соли, смештен изван реакторског језгра, а затим у затворени круг за пренос топлоте у гасну турбину која покреће генератор и производи електричну струју. Вишак топлоте може се избацити у ваздух или воду, зависно од доступности. Тај вишак топлоте може прочишћавати или десалинирати море, производећи питку воду и друго.

Данас стручњаци откривају бројне предности таквог торијумског реактора с текућим флуоридним солима:

• Уклања потребу за свим фосилним горивима, чиме истодобно смањује потенцијалне ратне напетости, тржишне уцене и огромне трошкове превоза;
• Савремени ЛФТР реактор обједињује две нуклеарке у једној. Истодобно производи много електричне енергије и спаљује нуклеарни отпад;
• Битно је сигурнији од класичних реактора. Ради без високог притиска, на температури која искључује топљење реакторског језгра;
• Применом чистије и јефиније технологије од електрана на угаљ, пружа велике могућности за енергетски опоравак неразвијених и сиромашних земаља;
• У ЛФТР-реактору готово није могуће произвести материјал за нуклеарно оружје.
• Битно је јефтинији од традиционалног реактора и битно мање отрован. Не захтева скупе посуде, много воде ни масивне заштитне грађевине.
• Торијума има у изобиљу, за неколико векова, а постоје и површинске залихе од насутих материјала накупљених око рудника након вађења других руда.
• Може у релативно кратком року осигурати више енергије од свих сунчевих уређаја и ветрогенератора заједно.

Начин рада реактора хлађеног растопљеном сољу МСР

У овом су типу нуклеарног реактора, нуклеарно гориво, оплодни материјал и фисијски продукти помешани с хладиоцем заједно циркулирају кроз канале графитог језгра, те касније кроз примарни измењивач топлоте. Графит омогућава делимичну модерацију (успоривач неутрона), тако да реактор користи епитермички део неутронског спектра. Гориво је у форми уранијумовог флуорида (УФ₄, с уранијум-233 фисибилним изотопом), оплодни материјал је торијум (у форми ТхФ₄), а хладилачка смеша ЛиФ и БеФ₂. Излазна температура хладиоца и горива, односно растопљених соли, износи око 700 °Ц, притисак посуде 0,52 МПа, а ступањ искористљивости већи од 44%. Виши ступањ искористљивости у односу на садашње лаководне реакторе последица је рада при вишим температурама. Предвиђена снага електране с МСР-ом је 1000 МW. Класичне замене горива нема, јер се фисијски продукти континуирано уклањају из растопљених соли. У примарном измењивачу топлоте растопљене соли примарног круга предају топлоту секундарном расхладном средству – растопљеној смеси НаБФ₄ и НаФ. Секундарно расхладно средство омогућава изолацију између нископритисног реактора и високопритисног парног циклуса. Након проласка кроз секундарни измењивач топлоте (парогенератор), флуид се враћа у примарни измењивач топлоте. Француски пројект МСР-а предвиђа рад при температури од 800 °Ц, те употребом хелијума уместо водене паре.

Предности МСР-а су мања количина фисилног материјала (мања опасност пролиферације нуклеарног оружја), велика искористивост горива, сигурност рада због пасивних система хлађења на било којој снази, те мала количина радиоактивног отпада састављеног већином од фисијских продуката, што резултира краћим временом полураспада.

Литература

• Енергy фром Тхориум'с Доцумент Репоситорy Цонтаинс сцаннед версионс оф манy оф тхе У.С. говернмент енгинееринг репортс, овер тен тхоусанд пагес оф цонструцтион анд оператион еxпериенце. Тхис репоситорy ис тхе маин референце фор тхе аирцрафт реацтор еxперимент анд молтен-салт фуелед реацтор'с тецхницал дисцуссион.
• Wеинберг, Алвин M. (1994). Тхе Фирст Нуцлеар Ера: Тхе Лифе анд Тимес оф а Тецхнологицал Фиxер. Спрингер Сциенце & Бусинесс Медиа. ИСБН 978-1-56396-358-2. 
• Бруце Хоглунд'с Ецлецтиц Интерестс Хоме Паге Нуцлеар Поwер, Тхориум, Молтен Салт реацторс, етц.
• Генератион IV Интернатионал Форум МСР wебсите
• ИНЛ МСР wорксхоп суммарy
• „Молтен Салт Цхемистрy Плаyс а Проминент Роле ин Аццелератор-Дривен Трансмутатион Сyстемс”. Архивирано из оригинала 21. 2. 2013. г. ЦС1 одржавање: Формат датума (веза)
• Материал Цонсидератионс фор Молтен Салт Аццелератор-басед Плутониум Цонверсион Сyстемс Ј.Х. Деван ет ал.
• Нуцлеар гоес ретро – wитх а муцх греенер оутлоок M. Митцхелл Wалдроп
• Лане, Јамес. А (1958). Флуид Фуел Реацторс. Аддисон-Wеслеy & УС АЕЦ. стр. 972. 

Спољашње везе

• Пацифиц Нортхwест Натионал Лабораторy – Молтен Салт Реацтор Фундаменталс YоуТубе
• Интернатионал Тхориум Енергy Органисатион – www.ИТхЕО.орг
• Тхе Молтен-Салт Реацтор Еxперимент на сајту YouTube
• Идахо Натионал Лабораторy Молтен Салт Реацтор Фацт Схеет
• Енергy фром Тхориум Блог / Wебсите
• Гоогле ТецхТалкс – "Лиqуид Флуориде Тхориум Реацтор: Wхат Фусион Wантед То Бе" бy Др. Јое Бонометти НАСА / Навал Постградуате Сцхоол YоуТубе
• Пеббле Бед Адванцед Хигх Температуре Реацтор
• Тхориум Ремиx ЛФТР ин 5 Минутес анд отхер ЛФТР Доцументариес.
• Кун Цхен фром Цхинесе Ацадемy оф Сциенцес он Цхина Тхориум Молтен Салт Реацтор ТМСР Програм
• Ревиеw оф Молтен Салт Реацтор Тецхнологy Архивирано на сајту Wayback Machine (28. фебруар 2021)
• „MSFR – Bibliography”. Архивирано из оригинала 16. 11. 2015. г. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Heuer, D.; Merle-Lucotte, E.; Allibert, M.; Brovchenko, M.; Ghetta, V.; Rubiolo, P. (1. 2. 2014). „Towards the thorium fuel cycle with molten salt fast reactors”. Annals of Nuclear Energy. 64: 421—429. doi:10.1016/j.anucene.2013.08.002. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• „Rock Logic YouTube channel (discusses everything about MSRs and LFTRs)”. www.youtube.com. Приступљено 2022-09-15.