El reactor de fluoruro de torio líquido ( LFTR ; a menudo pronunciado elevador ) es un tipo de reactor de sal fundida . Los LFTR utilizan el ciclo del combustible de torio con una sal líquida fundida a base de fluoruro como combustible. En un diseño típico, el líquido se bombea entre un núcleo crítico y un intercambiador de calor externo donde el calor se transfiere a una sal secundaria no radiactiva. La sal secundaria luego transfiere su calor a una turbina de vapor o turbina de gas de ciclo cerrado . [1]
Los reactores alimentados con sales fundidas (MSR) suministran el combustible nuclear mezclado en una sal fundida. No deben confundirse con diseños que utilizan una sal fundida solo para enfriar (reactores de fluoruro de alta temperatura, FHR) y aún tienen un combustible sólido. [2] Los reactores de sales fundidas, como clase, incluyen tanto los quemadores como los reproductores en espectros rápidos o térmicos, que utilizan combustibles basados en sales de fluoruro o cloruro y una gama de consumibles fisionables o fértiles. Los LFTR se definen por el uso de sales combustibles de fluoruro y la reproducción de torio en uranio-233 en el espectro de neutrones térmicos.
El concepto LFTR se investigó por primera vez en el Experimento del reactor de sal fundida del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en la década de 1960, aunque el MSRE no usó torio. Recientemente, la LFTR ha sido objeto de un renovado interés en todo el mundo. [3] Japón, China, el Reino Unido y empresas privadas estadounidenses, checas, canadienses [4] y australianas han expresado su intención de desarrollar y comercializar la tecnología.
Los LFTR se diferencian de otros reactores de potencia en casi todos los aspectos: utilizan torio que se convierte en uranio, en lugar de utilizar uranio directamente; se repostan bombeando sin parar. [5] Su refrigerante de sal líquida permite una temperatura de funcionamiento más alta y una presión mucho más baja en el circuito de enfriamiento primario. Estas características distintivas dan lugar a muchas ventajas potenciales, así como a desafíos de diseño.
Antecedentes [ editar ]
En 1946, ocho años después del descubrimiento de la fisión nuclear , se habían identificado públicamente tres isótopos fisibles para su uso como combustible nuclear : [6] [7]
- Uranio-235 , que ya es fisionable y se encuentra como 0,72% del uranio natural
- El plutonio-239 , que puede ser criado de no fisionable uranio-238 (> 99% del uranio natural)
- Uranio-233 , que puede obtenerse a partir de torio-232 no fisible (~ 100% del torio natural ; que tiene una abundancia cuatro veces mayor en la corteza terrestre que el uranio [8] )
Th-232, U-235 y U-238 son nucleidos primordiales , que han existido en su forma actual durante más de 4.500 millones de años , antes de la formación de la Tierra ; fueron forjados en los núcleos de estrellas moribundas a través del proceso r y esparcidos por la galaxia por supernovas . [9] Su desintegración radiactiva produce aproximadamente la mitad del calor interno de la Tierra . [10]
Por razones técnicas e históricas [11] , los tres están asociados con diferentes tipos de reactores. El U-235 es el principal combustible nuclear del mundo y se utiliza habitualmente en reactores de agua ligera . U-238 / Pu-239 ha encontrado el mayor uso en reactores reproductores rápidos de sodio líquido y reactores CANDU . Th-232 / U-233 se adapta mejor a los reactores de sales fundidas (MSR). [12]
Alvin M. Weinberg fue pionero en el uso del MSR en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge . En ORNL, se diseñaron, construyeron y operaron con éxito dos prototipos de reactores de sales fundidas. Estos fueron el Experimento del reactor de aeronave en 1954 y el Experimento del reactor de sal fundida de 1965 a 1969. Ambos reactores de prueba utilizaron sales de combustible de fluoruro líquido. El MSRE demostró notablemente el abastecimiento de combustible con U-233 y U-235 durante pruebas separadas. [13] ( pix ) Weinberg fue destituido de su cargo y el programa MSR cerró a principios de la década de 1970, [14] después de lo cual la investigación se estancó en los Estados Unidos. [15] [16] En la actualidad, el ARE y el MSRE siguen siendo los únicos reactores de sales fundidas que se han operado.
Conceptos básicos de cría [ editar ]
En un reactor de energía nuclear , hay dos tipos de combustible. El primero es el material fisible , que se divide cuando es golpeado por neutrones , liberando una gran cantidad de energía y también liberando dos o tres nuevos neutrones. Estos pueden dividir más material fisionable, lo que resulta en una reacción en cadena continua. Ejemplos de combustibles fisionables son U-233, U-235 y Pu-239. El segundo tipo de combustible se llama fértil . Ejemplos de combustible fértil son Th-232 (torio extraído) y U-238 (uranio extraído). Para volverse fisionables, estos nucleidos primero deben absorber un neutrón que se ha producido en el proceso de fisión, para convertirse en Th-233 y U-239 respectivamente. Después de dos desintegraciones beta secuenciales , se transmutan en fisibles.isótopos U-233 y Pu-239 respectivamente. Este proceso se llama crianza. [5]
Todos los reactores producen algo de combustible de esta manera [17].pero los reactores térmicos de combustibles sólidos de hoy en día no producen suficiente combustible nuevo a partir de los fértiles para compensar la cantidad de fisible que consumen. Esto se debe a que los reactores actuales utilizan el ciclo de uranio-plutonio extraído en un espectro de neutrones moderado. Dicho ciclo de combustible, que utiliza neutrones ralentizados, devuelve menos de 2 neutrones nuevos de la fisión del plutonio reproducido. Dado que se requiere 1 neutrón para mantener la reacción de fisión, esto deja un presupuesto de menos de 1 neutrón por fisión para generar nuevo combustible. Además, los materiales en el núcleo, como metales, moderadores y productos de fisión, absorben algunos neutrones, dejando muy pocos neutrones para generar suficiente combustible para continuar operando el reactor. Como consecuencia, deben agregar nuevo combustible fisible periódicamente y cambiar parte del combustible viejo para dejar espacio para el nuevo combustible.
En un reactor que genera al menos tanto combustible nuevo como consume, no es necesario agregar nuevo combustible fisible. Solo se agrega nuevo combustible fértil, que se vuelve fisionable dentro del reactor. Además, es necesario eliminar los productos de fisión. Este tipo de reactor se llama reactor reproductor . Si cría tanto material fisible nuevo como fértil para seguir operando indefinidamente, se le llama criador de punto de equilibrio o criador de isoencesos. Un LFTR generalmente se diseña como un reactor reproductor: entra torio y salen productos de fisión .
Los reactores que utilizan el ciclo de combustible de uranio-plutonio requieren reactores rápidos para mantener la reproducción, porque solo con neutrones de movimiento rápido el proceso de fisión proporciona más de 2 neutrones por fisión. Con torio, es posible criar usando un reactor térmico . Se demostró que esto funcionaba en la estación de energía atómica de Shippingport , cuya carga de combustible final generó un poco más de fisionamiento del torio de lo que consumió, a pesar de ser un reactor de agua ligera bastante estándar . Los reactores térmicos requieren menos del costoso combustible fisible para arrancar, pero son más sensibles a los productos de fisión que quedan en el núcleo.
Hay dos formas de configurar un reactor reproductor para realizar la reproducción requerida. Uno puede colocar juntos el combustible fértil y fisible, de modo que la reproducción y la división se produzcan en el mismo lugar. Alternativamente, fisible y fértil se pueden separar. Este último se conoce como núcleo y manta, porque un núcleo fisionable produce el calor y los neutrones, mientras que una manta separada hace toda la reproducción.
Variaciones del diseño del sistema primario del reactor [ editar ]
Oak Ridge investigó ambas formas de hacer un reproductor para su reactor reproductor de sal fundida. Debido a que el combustible es líquido, se denominan reactores de sales fundidas de "un solo fluido" y "dos fluidos" del generador térmico de torio.
Reactor de fluido único [ editar ]
El diseño de un fluido incluye una vasija de reactor grande llena de sal de fluoruro que contiene torio y uranio. Las varillas de grafito sumergidas en la sal funcionan como moderadoras y para guiar el flujo de sal. En el diseño ORNL MSBR [18], una cantidad reducida de grafito cerca del borde del núcleo del reactor haría que la región exterior estuviera submoderada y aumentaría la captura de neutrones allí por el torio. Con esta disposición, la mayoría de los neutrones se generaron a cierta distancia del límite del reactor y redujeron la fuga de neutrones a un nivel aceptable. [19] Aún así, un diseño de fluido único necesita un tamaño considerable para permitir la reproducción. [20]
En una configuración reproductora, se especificó un procesamiento extensivo de combustible para eliminar los productos de fisión de la sal de combustible. [13] ( p181 ) En una configuración de convertidor, el requisito de procesamiento de combustible se simplificó para reducir el costo de la planta. [19] La compensación fue el requisito de reabastecimiento periódico de uranio.
El MSRE era un reactor prototipo de región central únicamente. [21] La MSRE proporcionó una valiosa experiencia operativa a largo plazo. Según estimaciones de científicos japoneses, se podría lograr un programa de LFTR de fluido único mediante una inversión relativamente modesta de aproximadamente 300 a 400 millones de dólares durante 5 a 10 años para financiar la investigación para llenar brechas técnicas menores y construir un pequeño prototipo de reactor comparable al MSRE. . [22]
Reactor de dos fluidos [ editar ]
El diseño de dos fluidos es mecánicamente más complicado que el diseño del reactor de "fluido único". El reactor de "dos fluidos" tiene un núcleo de alta densidad de neutrones que quema uranio-233 del ciclo del combustible de torio . Una capa separada de sal de torio absorbe neutrones y convierte lentamente su torio en protactinio-233 . El protactinio-233 se puede dejar en la región del manto donde el flujo de neutrones es menor, de modo que se desintegra lentamente en combustible fisible U-233, [23] en lugar de capturar neutrones. Este fisible criadoEl U-233 se puede recuperar inyectando flúor adicional para crear hexafluoruro de uranio, un gas que se puede capturar a medida que sale de la solución. Una vez reducido de nuevo a tetrafluoruro de uranio, un sólido, se puede mezclar en el medio salino del núcleo para fisión. La sal del núcleo también se purifica, primero mediante fluoración para eliminar el uranio y luego mediante destilación al vacío para eliminar y reutilizar las sales portadoras. El todavía Bottoms después de la destilación son los productos de fisión desperdicio de un LFTR.
Las ventajas de separar el núcleo y el fluido de la manta incluyen:
- Procesamiento de combustible simple . El torio es químicamente similar a varios productos de fisión, llamados lantánidos . Con torio en una manta separada, el torio se mantiene aislado de los lantánidos. Sin torio en el fluido del núcleo, se simplifica la eliminación de los productos de fisión de los lantánidos.
- Inventario fisionable bajo . Debido a que el combustible fisible se concentra en un fluido de núcleo pequeño, el núcleo real del reactor es más compacto. No hay material fisionable en la capa exterior que contenga el combustible fértil para la cría, aparte del que se ha criado allí. Debido a esto, el diseño ORNL de 1968 requirió solo 315 kilogramos de materiales fisibles para poner en marcha un reactor MSBR de dos fluidos de 250 MW (e). [24] ( p35 ) Esto reduce el costo de la carga inicial de arranque fisible y permite que se pongan en marcha más reactores con cualquier cantidad determinada de material fisible.
- Crianza más eficiente . La capa de torio puede capturar eficazmente los neutrones filtrados de la región del núcleo. Hay casi cero fisión en el manto, por lo que el manto en sí no pierde cantidades significativas de neutrones. Esto da como resultado una alta eficiencia en el uso de neutrones (economía de neutrones) y una mayor tasa de reproducción, especialmente con reactores pequeños.
Una debilidad del diseño de dos fluidos es la necesidad de reemplazar periódicamente la barrera núcleo-manto debido al daño de los neutrones rápidos. [25] ( p29 ) ORNL eligió el grafito como material de barrera debido a su baja absorción de neutrones , compatibilidad con las sales fundidas, resistencia a altas temperaturas y suficiente fuerza e integridad para separar el combustible y las sales de la capa. El efecto de la radiación de neutrones sobre el grafito es encogerlo y luego hincharlo lentamente, provocando un aumento de la porosidad y un deterioro de las propiedades físicas. [24] ( p13 ) Las tuberías de grafito cambiarían de longitud y podrían agrietarse y tener fugas.
Otra debilidad del diseño de dos fluidos es su compleja plomería. ORNL pensó que era necesario un entrelazado complejo de tubos de núcleo y manta para lograr un alto nivel de potencia con una densidad de potencia aceptablemente baja. [24] ( p4 ) ORNL decidió no seguir el diseño de dos fluidos, y nunca se construyó ningún ejemplo del reactor de dos fluidos.
Sin embargo, investigaciones más recientes han cuestionado la necesidad de los complejos tubos de grafito intercalado de ORNL, lo que sugiere un reactor de tubo en cáscara alargado simple que permitiría una salida de alta potencia sin tubos complejos, acomodaría la expansión térmica y permitiría el reemplazo del tubo. [1] ( p6 ) Además, el grafito se puede reemplazar con aleaciones con alto contenido de molibdeno, que se utilizan en experimentos de fusión y tienen una mayor tolerancia al daño de los neutrones. [1] ( pág. 6 )
Reactor híbrido de "fluido y medio" [ editar ]
Un reactor de dos fluidos que tiene torio en la sal de combustible a veces se denomina reactor de "fluido y medio" o reactor de 1,5 fluidos. [26]Este es un híbrido, con algunas de las ventajas y desventajas de los reactores de 1 fluido y 2 de fluido. Al igual que el reactor de 1 fluido, tiene torio en la sal de combustible, lo que complica el procesamiento del combustible. Y, sin embargo, al igual que el reactor de 2 fluidos, puede utilizar una manta separada muy eficaz para absorber los neutrones que se escapan del núcleo. La desventaja adicional de mantener los fluidos separados usando una barrera permanece, pero con el torio presente en la sal de combustible, hay menos neutrones que deben pasar a través de esta barrera hacia el fluido de la capa. Esto da como resultado menos daño a la barrera. Cualquier fuga en la barrera también tendría consecuencias menores, ya que el sistema de procesamiento ya debe lidiar con el torio en el núcleo.
La principal pregunta de diseño al decidir entre un LFTR de uno y medio o dos fluidos es si un reprocesamiento más complicado o una barrera estructural más exigente será más fácil de resolver.
| Concepto de diseño | Proporción de cría | Inventario fisionable |
|---|---|---|
| Grafito de un solo fluido, vida útil de 30 años, procesamiento de combustible | 1.06 | 2300 kilogramos |
| Grafito de 4 años de vida útil de un solo fluido, procesamiento de combustible | 1.06 | 1500 kilogramos |
| 1.5 fluido, núcleo reemplazable, procesamiento de combustible | 1.07 | 900 kilogramos |
| Procesamiento de combustible de núcleo reemplazable de dos fluidos | 1.07 | 700 kilogramos |
Generación de energía [ editar ]
Un LFTR con una alta temperatura de funcionamiento de 700 grados Celsius puede funcionar con una eficiencia térmica en la conversión de calor en electricidad del 45%. [23] Esto es más alto que los reactores de agua ligera (LWR, por sus siglas en inglés) actuales que tienen una eficiencia térmica de 32 a 36%. Además de la generación de electricidad , la energía térmica concentrada del LFTR de alta temperatura se puede utilizar como calor de proceso industrial de alto grado para muchos usos, como la producción de amoníaco con el proceso Haber o la producción de hidrógeno térmico por división del agua, eliminando la pérdida de eficiencia de primera conversión a electricidad.
Ciclo de Rankine [ editar ]
El ciclo de Rankine es el ciclo de potencia termodinámico más básico. El ciclo más simple consta de un generador de vapor , una turbina, un condensador y una bomba. El fluido de trabajo suele ser agua. Un sistema de conversión de energía Rankine acoplado a un LFTR podría aprovechar el aumento de la temperatura del vapor para mejorar su eficiencia térmica . [27] El ciclo de vapor Rankine subcrítico se utiliza actualmente en centrales eléctricas comerciales, y las plantas más nuevas utilizan ciclos de vapor Rankine supercrítico de mayor temperatura y presión. El trabajo de ORNL de las décadas de 1960 y 1970 en el MSBR asumió el uso de una turbina de vapor supercrítica estándar con una eficiencia del 44%, [25] ( p74 )y había realizado un considerable trabajo de diseño en el desarrollo de generadores de vapor de sales de fluoruro fundido. [28]
Ciclo de Brayton [ editar ]
El generador de ciclo Brayton tiene una huella mucho más pequeña que el ciclo Rankine, menor costo y mayor eficiencia térmica, pero requiere temperaturas de operación más altas. Por tanto, es especialmente adecuado para su uso con un LFTR. El gas de trabajo puede ser helio, nitrógeno o dióxido de carbono. El gas caliente a baja presión se enfría en un enfriador de ambiente. El gas frío a baja presión se comprime a la alta presión del sistema. El gas de trabajo a alta presión se expande en una turbina para producir energía. A menudo, la turbina y el compresor están conectados mecánicamente a través de un solo eje. [29]Se espera que los ciclos Brayton de alta presión tengan una huella de generador más pequeña en comparación con los ciclos Rankine de presión más baja. Un motor térmico de ciclo Brayton puede funcionar a menor presión con tuberías de mayor diámetro. [29] El primer módulo de energía solar de ciclo Brayton comercial del mundo (100 kW) se construyó y demostró en el desierto de Arava de Israel en 2009. [30]
Eliminación de productos de fisión [ editar ]
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El LFTR necesita un mecanismo para eliminar los productos de fisión del combustible. Los productos de fisión que quedan en el reactor absorben neutrones y, por lo tanto, reducen la economía de neutrones . Esto es especialmente importante en el ciclo del combustible de torio con pocos neutrones de reserva y un espectro de neutrones térmicos, donde la absorción es fuerte. El requisito mínimo es recuperar el valioso material fisionable del combustible usado.
La eliminación de productos de fisión es similar al reprocesamiento de elementos combustibles sólidos; por medios químicos o físicos, el valioso combustible fisible se separa de los productos de fisión de desecho. Idealmente, el combustible fértil (torio o U-238) y otros componentes del combustible (por ejemplo, sal portadora o vainas de combustible en combustibles sólidos) también se pueden reutilizar como combustible nuevo. Sin embargo, por motivos económicos también pueden acabar en la basura.
Está previsto que el procesamiento in situ funcione de forma continua, limpiando una pequeña fracción de la sal todos los días y enviándola de vuelta al reactor. No es necesario que la sal de combustible esté muy limpia; el propósito es mantener la concentración de productos de fisión y otras impurezas (por ejemplo, oxígeno) lo suficientemente baja. Las concentraciones de algunos de los elementos de tierras raras deben mantenerse especialmente bajas, ya que tienen una gran sección transversal de absorción. Algunos otros elementos con una sección transversal pequeña como Cs o Zr pueden acumularse durante años de funcionamiento antes de que se eliminen.
Como el combustible de un LFTR es una mezcla de sales fundidas, resulta atractivo utilizar métodos de piroprocesamiento a alta temperatura que trabajen directamente con la sal fundida caliente. El piroprocesamiento no utiliza disolventes sensibles a la radiación y el calor de descomposición no lo altera fácilmente. Se puede utilizar con combustible altamente radiactivo directamente del reactor. [31] Tener la separación química en el sitio, cerca del reactor evita el transporte y mantiene bajo el inventario total del ciclo del combustible. Idealmente, todo, excepto el combustible nuevo (torio) y los desechos (productos de fisión), permanece dentro de la planta.
Una ventaja potencial de un combustible líquido es que no solo facilita la separación de los productos de fisión del combustible, sino también el aislamiento de los productos de fisión individuales entre sí, lo cual es lucrativo para los isótopos que son escasos y tienen una gran demanda para diversas fuentes de radiación industriales. para probar soldaduras mediante radiografía), agrícolas (esterilización de productos mediante irradiación) y usos médicos ( molibdeno-99 que se desintegra en tecnecio-99m , un valioso colorante radiomarcado para marcar células cancerosas en exploraciones médicas).
Detalles por grupo de elementos [ editar ]
Los metales más nobles ( Pd , Ru , Ag , Mo , Nb , Sb , Tc ) no forman fluoruros en la sal normal, sino partículas metálicas coloidales finas . Se pueden aplicar sobre superficies metálicas como el intercambiador de calor o, preferiblemente, en filtros de gran superficie que son más fáciles de reemplazar. Aún así, existe cierta incertidumbre sobre dónde terminan, ya que el MSRE solo proporcionó una experiencia operativa relativamente corta y los experimentos de laboratorio independientes son difíciles. [32]
Los gases como Xe y Kr salen fácilmente con una salpicadura de helio. Además, algunos de los metales "nobles" se eliminan en forma de aerosol . La eliminación rápida de Xe-135 es particularmente importante, ya que es un veneno de neutrones muy fuerte.y hace que el control del reactor sea más difícil si no se elimina; esto también mejora la economía de neutrones. El gas (principalmente He, Xe y Kr) se mantiene durante aproximadamente 2 días hasta que casi todo el Xe-135 y otros isótopos de vida corta se han desintegrado. Luego, la mayor parte del gas se puede reciclar. Después de una retención adicional de varios meses, la radiactividad es lo suficientemente baja como para separar el gas a bajas temperaturas en helio (para su reutilización), xenón (para la venta) y criptón, que necesita almacenamiento (por ejemplo, en forma comprimida) durante un tiempo prolongado (varios décadas) para esperar la descomposición de Kr-85 . [18] ( p274 )
Para limpiar la mezcla de sal se propusieron varios métodos de separación química. [33] En comparación con el reprocesamiento clásico de PUREX , el piroprocesamiento puede ser más compacto y producir menos desechos secundarios. Los piroprocesos de la sal LFTR ya comienzan con una forma líquida adecuada, por lo que puede ser menos costoso que usar combustibles de óxidos sólidos. Sin embargo, debido a que no se ha construido una planta completa de reprocesamiento de sales fundidas, todas las pruebas se han limitado al laboratorio y con solo unos pocos elementos. Aún se necesita más investigación y desarrollo para mejorar la separación y hacer que el reprocesamiento sea más viable económicamente.
El uranio y algunos otros elementos se pueden eliminar de la sal mediante un proceso llamado volatilidad del flúor: un rociado de flúor elimina los fluoruros volátiles de alta valencia como gas. Se trata principalmente de hexafluoruro de uranio , que contiene el combustible uranio-233, pero también hexafluoruro de neptunio , hexafluoruro de tecnecio y hexafluoruro de selenio , así como fluoruros de algunos otros productos de fisión.(por ejemplo, yodo, molibdeno y telurio). Los fluoruros volátiles se pueden separar adicionalmente por adsorción y destilación. La manipulación de hexafluoruro de uranio está bien establecida en el ámbito del enriquecimiento. Los fluoruros de valencia más alta son bastante corrosivos a altas temperaturas y requieren materiales más resistentes que Hastelloy. Una sugerencia en el programa MSBR en ORNL fue usar sal solidificada como capa protectora. En el reactor MSRE se utilizó la volatilidad del flúor para eliminar el uranio de la sal combustible. También para su uso con elementos combustibles sólidos, la volatilidad del flúor está bastante bien desarrollada y probada. [31]
Otro método simple, probado durante el programa MSRE, es la destilación al vacío a alta temperatura. Los fluoruros de punto de ebullición más bajo como el tetrafluoruro de uranio y la sal portadora de LiF y BeF pueden eliminarse por destilación. En vacío, la temperatura puede ser más baja que el punto de ebullición a presión ambiente. Por tanto, una temperatura de aproximadamente 1000 ° C es suficiente para recuperar la mayor parte de la sal portadora FLiBe. [34] Sin embargo, aunque es posible en principio, la separación del fluoruro de torio de los fluoruros de lantánidos con un punto de ebullición aún más alto requeriría temperaturas muy altas y nuevos materiales. La separación química para los diseños de 2 fluidos, utilizando uranio como combustible fisible, puede funcionar con estos dos procesos relativamente simples: [35]El uranio de la sal general puede eliminarse mediante la volatilidad del flúor y transferirse a la sal del núcleo. Para eliminar los productos fisionables de la sal del núcleo, primero se elimina el uranio mediante la volatilidad del flúor. Luego, la sal portadora se puede recuperar mediante destilación a alta temperatura. Los fluoruros con un alto punto de ebullición, incluidos los lantánidos, permanecen como desechos.
Separaciones opcionales de protactinio-233 [ editar ]
Los primeros diseños de química de Oak Ridge no se preocupaban por la proliferación y tenían como objetivo la reproducción rápida. Planearon separar y almacenar protactinio-233 , para que pudiera descomponerse en uranio-233 sin ser destruido por la captura de neutrones en el reactor. Con una vida media de 27 días, 2 meses de almacenamiento garantizarían que el 75% de los 233 Pa se descompongan en 233 U de combustible. El paso de eliminación de protactinio no se requiere per se para un LFTR. Las soluciones alternativas funcionan con una densidad de potencia más baja y, por lo tanto, un inventario fisible más grande (para 1 o 1,5 fluido) o una manta más grande (para 2 fluidos). Además, un espectro de neutrones más duro ayuda a lograr una reproducción aceptable sin aislamiento de protactinio. [1]
Si se especifica la separación de Pa, debe hacerse con bastante frecuencia (por ejemplo, cada 10 días) para que sea eficaz. Para una planta de 1 GW y 1 fluido, esto significa que alrededor del 10% del combustible o alrededor de 15 t de sal de combustible deben ser reprocesadas todos los días. Esto solo es factible si los costos son mucho más bajos que los costos actuales para el reprocesamiento de combustibles sólidos.
Los diseños más nuevos generalmente evitan la eliminación de Pa [1] y envían menos sal al reprocesamiento, lo que reduce el tamaño y los costos requeridos para la separación química. También evita problemas de proliferación debido al U-233 de alta pureza que podría estar disponible a partir de la descomposición del Pa separado químicamente.
La separación es más difícil si los productos de fisión se mezclan con torio, porque el torio, el plutonio y los lantánidos (elementos de tierras raras) son químicamente similares. Un proceso sugerido tanto para la separación de protactinio como para la eliminación de los lantánidos es el contacto con bismuto fundido . En una reacción redox, algunos metales se pueden transferir a la masa fundida de bismuto a cambio de litio añadido a la masa fundida de bismuto. A bajas concentraciones de litio, U, Pu y Pa se mueven hacia la fusión de bismuto. En condiciones más reductoras (más litio en el bismuto fundido), los lantánidos y el torio también se transfieren al bismuto fundido. A continuación, los productos de fisión se eliminan de la aleación de bismuto en una etapa separada, por ejemplo, por contacto con una masa fundida de LiCl. [36]Sin embargo, este método está mucho menos desarrollado. También puede ser posible un método similar con otros metales líquidos como el aluminio. [37]
Ventajas [ editar ]
Los reactores de sales fundidas alimentados con torio ofrecen muchas ventajas potenciales en comparación con los reactores convencionales de agua ligera alimentados con uranio sólido: [8] [20] [38] [39] [40] [41]
Seguridad [ editar ]
- Seguridad inherente . Los diseños LFTR utilizan un fuerte coeficiente de reactividad de temperatura negativa para lograr una seguridad pasiva inherente contra las excursiones de reactividad. La dependencia de la temperatura proviene de 3 fuentes. La primera es que el torio absorbe más neutrones si se sobrecalienta, el llamado efecto Doppler. [42] Esto deja menos neutrones para continuar la reacción en cadena, reduciendo el poder. La segunda parte es calentar el moderador de grafito, que suele provocar una contribución positiva al coeficiente de temperatura. [42] El tercer efecto tiene que ver con la expansión térmica del combustible. [42]Si el combustible se sobrecalienta, se expande considerablemente, lo que, debido a la naturaleza líquida del combustible, empujará el combustible fuera de la región activa del núcleo. En un núcleo pequeño (por ejemplo, el reactor de prueba MSRE) o bien moderado, esto reduce la reactividad. Sin embargo, en un núcleo grande y submoderado (por ejemplo, el diseño ORNL MSBR), menos sal de combustible significa mejor moderación y, por lo tanto, más reactividad y un coeficiente de temperatura positivo indeseable.
- Refrigerante estable . Los fluoruros fundidos son químicamente estables e impermeables a la radiación. Las sales no se queman, explotan ni se descomponen, incluso bajo alta temperatura y radiación. [43] No hay reacciones violentas rápidas con el agua y el aire que tiene el refrigerante de sodio. No hay producción de hidrógeno combustible que tienen los refrigerantes de agua. [44] Sin embargo, la sal no es estable a la radiación a temperaturas bajas (menos de 100 C) debido a la radiólisis .
- Funcionamiento a baja presión . Debido a que las sales de refrigerante permanecen líquidas a altas temperaturas, [43] los núcleos LFTR están diseñados para operar a bajas presiones, como 0.6 MPa [45] (comparable a la presión en el sistema de agua potable) de la bomba y presión hidrostática. Incluso si el núcleo falla [se necesita aclaración ] , hay poco aumento de volumen. Por tanto, el edificio de contención no puede explotar. Las sales refrigerantes LFTR se eligen para tener puntos de ebullición muy altos. Incluso un calentamiento de varios cientos de grados durante un transitorio o accidente no provoca un aumento de presión significativo. No hay agua o hidrógeno en el reactor que pueda causar un gran aumento de presión o una explosión como sucedió durante elAccidente nuclear de Fukushima Daiichi . [46] [ fuente no confiable ]
- Sin acumulación de presión por fisión . Los LFTR no están sujetos a la acumulación de presión de productos de fisión volátiles y gaseosos . El combustible líquido permite la eliminación en línea de productos de fisión gaseosos, como el xenón, para su procesamiento, por lo que estos productos de descomposición no se propagarían en un desastre. [47] Además, los productos de fisión se unen químicamente a la sal de fluoruro, incluido el yodo, [ dudoso ] cesio y estroncio, capturando la radiación y evitando la propagación de material radiactivo al medio ambiente. [48]
- Más fácil de controlar . Un reactor de combustible fundido tiene la ventaja de eliminar fácilmente el xenón-135. El xenón-135 , un importante absorbedor de neutrones , dificulta el control de los reactores de combustible sólido. En un reactor de combustible fundido, se puede eliminar el xenón-135. En los reactores de combustible sólido, el xenón-135 permanece en el combustible e interfiere con el control del reactor. [49]
- Calentamiento lento . El refrigerante y el combustible son inseparables, por lo que cualquier fuga o movimiento de combustible irá intrínsecamente acompañado de una gran cantidad de refrigerante. Los fluoruros fundidos tienen una alta capacidad calorífica volumétrica , algunos como FLiBe , incluso más alta que el agua. Esto les permite absorber grandes cantidades de calor durante transitorios o accidentes. [33] [50]
- Enfriamiento pasivo por calor de descomposición . Muchos diseños de reactores (como el del Experimento del reactor de sales fundidas ) permiten que la mezcla de combustible / refrigerante escape a un tanque de drenaje, cuando el reactor no está funcionando (ver "Núcleo a prueba de fallas" a continuación). Se planea que este tanque tenga algún tipo (los detalles aún están abiertos) de eliminación pasiva del calor de descomposición, confiando así en las propiedades físicas (en lugar de los controles) para operar. [51]
- Núcleo a prueba de fallas . Los LFTR pueden incluir un tapón de congelación en la parte inferior que debe enfriarse activamente, generalmente mediante un pequeño ventilador eléctrico. Si el enfriamiento falla, digamos debido a un corte de energía, el ventilador se detiene, el tapón se derrite y el combustible se drena a una instalación de almacenamiento subcrítica enfriada pasivamente. Esto no solo detiene el reactor, sino que también el tanque de almacenamiento puede eliminar más fácilmente el calor de desintegración de la desintegración radiactiva de corta duración de los combustibles nucleares irradiados. Incluso en el caso de una fuga importante del núcleo, como la rotura de una tubería, la sal se derramará en la habitación con forma de fregadero de cocina en la que se encuentra el reactor, lo que drenará la sal de combustible por gravedad en el tanque de descarga refrigerado pasivamente. [19]
- Residuos de menor duración . Los LFTR pueden reducir drásticamente la radiotoxicidad a largo plazo de los desechos de sus reactores. Los reactores de agua ligera con combustible de uranio tienen un combustible que es más del 95% de U-238. Estos reactores normalmente transmutan parte del U-238 en Pu-239, un isótopo de larga duración. Por lo tanto, casi todo el combustible está a solo un paso de convertirse en un elemento transuránico de larga duración. El plutonio-239 tiene una vida media de 24.000 años y es el transuránico más común en el combustible nuclear gastado de los reactores de agua ligera. Los transuránicos como Pu-239 causan la percepción de que los desechos de los reactores son un problema eterno . Por el contrario, el LFTR utiliza el ciclo de combustible de torio., que transmuta el torio en U-233. Debido a que el torio es un elemento más ligero, se requieren más capturas de neutrones para producir los elementos transuránicos. El U-233 tiene dos posibilidades de fisionarse en un LFTR. Primero como U-233 (el 90% se fisionará) y luego el 10% restante tiene otra posibilidad ya que se transmuta en U-235 (el 80% se fisionará). La fracción de combustible que llega al neptunio-237, el elemento transuránico más probable , es por lo tanto solo del 2%, aproximadamente 15 kg por GWe-año. [52]Se trata de una producción de transuránicos 20 veces más pequeña que los reactores de agua ligera, que producen 300 kg de transuránicos por GWe-año. Es importante destacar que, debido a esta producción de transuránicos mucho más pequeña, es mucho más fácil reciclar los transuránicos. Es decir, se envían de regreso al núcleo para eventualmente la fisión. Los reactores que funcionan con el ciclo del combustible U238-plutonio producen muchos más transuránicos, lo que dificulta el reciclado completo tanto en la neutrónica del reactor como en el sistema de reciclado. En el LFTR, solo una fracción de un por ciento, como pérdidas de reprocesamiento, se destina a los desechos finales. Cuando se combinan estos dos beneficios de menor producción de transuránicos y reciclaje, un ciclo de combustible de torio reduce la producción de desechos transuránicos en más de mil veces en comparación con un ciclo de combustible de uranio de un solo paso convencional.reactor de agua ligera . El único desperdicio significativo de larga duración es el propio combustible de uranio, pero este se puede utilizar indefinidamente mediante el reciclaje, generando siempre electricidad.
Si la etapa de torio alguna vez tiene que cerrarse, parte de los reactores pueden cerrarse y su inventario de combustible de uranio quemado en los reactores restantes, permitiendo una quema de incluso estos desechos finales a un nivel tan pequeño como lo exija la sociedad. [53] El LFTR todavía produce productos de fisión radiactivos en sus desechos, pero no duran mucho; la radiotoxicidad de estos productos de fisión está dominada por el cesio-137 y el estroncio-90.. La vida media más larga es el cesio: 30,17 años. Entonces, después de 30,17 años, la desintegración reduce la radiactividad a la mitad. Diez vidas medias reducirán la radiactividad en dos, elevada a una potencia de diez, un factor de 1.024. Los productos de fisión en ese momento, en unos 300 años, son menos radiactivos que el uranio natural. [54] [55] Además, el estado líquido del material combustible permite la separación de los productos de fisión no solo del combustible, sino también entre sí, lo que permite clasificarlos por la longitud de la mitad de cada producto de fisión. vida media, de modo que los que tienen una vida media más corta se puedan sacar del almacenamiento antes que los que tienen una vida media más larga. - Resistencia a la proliferación . En 2016, el físico ganador del Premio Nobel , el Dr. Carlo Rubbia , exdirector general del CERN , afirmó que una de las principales razones por las que Estados Unidos redujo la investigación del reactor de torio en la década de 1970 es lo que lo hace tan atractivo hoy en día: el torio es difícil de convertir en un arma nuclear . [56] [ fuente no confiable? ]
El LFTR resiste el desvío de su combustible hacia armas nucleares de cuatro formas: primero, el torio-232 se reproduce convirtiéndose primero en protactinio-233, que luego se desintegra en uranio-233. Si el protactinio permanece en el reactor, también se producen pequeñas cantidades de U-232. El U-232 tiene un producto de cadena de desintegración (talio-208) que emite rayos gamma potentes y peligrosos. Estos no son un problema dentro de un reactor, pero en una bomba, complican la fabricación de la bomba, dañan la electrónica y revelan la ubicación de la bomba. [57]La segunda característica resistente a la proliferación proviene del hecho de que los LFTR producen muy poco plutonio, alrededor de 15 kg por gigavatio-año de electricidad (esta es la producción de un solo gran reactor durante un año). Este plutonio también es principalmente Pu-238, lo que lo hace inadecuado para la construcción de bombas de fisión, debido al alto calor y a los neutrones espontáneos emitidos. La tercera pista, un LFTR, no produce mucho combustible de repuesto. Produce como máximo un 9% más de combustible del que quema cada año, y es incluso más fácil diseñar un reactor que produzca solo un 1% más de combustible. Con este tipo de reactor, la construcción de bombas rápidamente dejará fuera de servicio las plantas de energía, y esto es una clara indicación de las intenciones nacionales. Y finalmente, el uso de torio puede reducir y eventualmente eliminar la necesidad de enriquecer uranio.El enriquecimiento de uranio es uno de los dos métodos principales mediante los cuales los estados han obtenido materiales para fabricar bombas.[8]
Economía y eficiencia [ editar ]
- Abundancia de torio. Un LFTR transforma el torio en combustible de uranio-233. La corteza terrestre contiene entre tres y cuatro veces más torio que U-238 (el torio es casi tan abundante como el plomo ). Es un subproducto de la minería de tierras raras, normalmente desechado como residuo. Con los LFTR, hay suficiente torio asequible para satisfacer las necesidades energéticas mundiales durante cientos de miles de años. [59] El torio es más común en la corteza terrestre que el estaño, el mercurio o la plata. [8] Un metro cúbico de corteza promedio produce el equivalente a unos cuatro terrones de azúcar de torio, suficiente para satisfacer las necesidades energéticas de una persona durante más de diez años si está completamente fisionada. [8] Lemhi Pass en Montana - IdahoSe estima que la frontera contiene 1.800.000 toneladas de mineral de torio de alta ley. [8] Quinientas toneladas podrían cubrir todas las necesidades energéticas de Estados Unidos durante un año. [8] Debido a la falta de demanda actual, el gobierno de Estados Unidos ha devuelto alrededor de 3.200 toneladas métricas de nitrato de torio refinado a la corteza, enterrándolo en el desierto de Nevada. [8]
- No hay escasez de recursos naturales . Hay suficientes otros recursos naturales como berilio, litio, níquel y molibdeno disponibles para construir miles de LFTR. [60]
- Eficiencia del reactor. Los reactores convencionales consumen menos del uno por ciento del uranio extraído, dejando el resto como desperdicio. Con un reprocesamiento en perfecto funcionamiento, LFTR puede consumir hasta aproximadamente el 99% de su combustible de torio. La mejora de la eficiencia del combustible significa que 1 tonelada de torio natural en un LFTR produce tanta energía como 35 t de uranio enriquecido en reactores convencionales (que requieren 250 t de uranio natural), [8] o 4.166.000 toneladas de carbón negro en una central eléctrica de carbón. .
- Eficiencia termodinámica. Los LFTR que funcionan con turbinas de vapor supercríticas modernas funcionarían con una eficiencia térmica del 45% respecto a la eléctrica. Con futuros ciclos cerrados de gas Brayton, que podrían usarse en una planta de energía LFTR debido a su operación a alta temperatura, la eficiencia podría ser de hasta 54%. Esto es de un 20 a un 40% más alto que los reactores de agua ligera actuales (33%), lo que resulta en la misma reducción del 20 al 40% en el consumo de combustible fisible y fértil, los productos de fisión producidos, el rechazo del calor residual para enfriamiento y la potencia térmica del reactor. [8]
- Sin enriquecimiento ni fabricación de elementos combustibles. Dado que el 100% del torio natural se puede utilizar como combustible, y el combustible está en forma de sal fundida en lugar de barras de combustible sólido, no se necesitan costosos procedimientos de validación y procesos de fabricación de enriquecimiento de combustible y barras de combustible sólido. Esto reduce en gran medida los costos de combustible de LFTR. Incluso si el LFTR se pone en marcha con uranio enriquecido, solo necesita este enriquecimiento una vez para empezar. Después del inicio, no se requiere ningún enriquecimiento adicional. [8]
- Menor costo de combustible. Las sales son bastante económicas en comparación con la producción de combustible sólido. Por ejemplo, mientras que el berilio es bastante caro por kg, la cantidad de berilio necesaria para un gran reactor de 1 GWe es bastante pequeña. El MSBR de ORNL requirió 5,1 toneladas de berilio metálico, como 26 toneladas de BeF 2 . [60] A un precio de $ 147 / kg BeF 2 , [50] ( p44 ) este inventario costaría menos de $ 4 millones, un costo modesto para una central eléctrica multimillonaria. En consecuencia, un aumento del precio del berilio sobre el nivel asumido aquí tiene poco efecto en el costo total de la planta de energía. El costo del litio-7 enriquecido es menos seguro, a $ 120-800 / kg LiF. [1]y un inventario (nuevamente basado en el sistema MSBR) de 17,9 toneladas de litio-7 como 66,5 toneladas de LiF [60] genera entre $ 8 millones y $ 53 millones para el LiF. Agregar las 99,1 toneladas de torio a $ 30 / kg agrega solo $ 3 millones. El material fisible es más caro, especialmente si se utiliza plutonio reprocesado caro, a un costo de 100 dólares por gramo de plutonio fisible. Con una carga fisible inicial de sólo 1,5 toneladas, posible gracias al espectro de neutrones blandos [1], se obtienen 150 millones de dólares. Sumando todo, el costo total del cargo por combustible por única vez es de $ 165 a $ 210 millones. Esto es similar al costo de un primer núcleo para un reactor de agua ligera. [61]Dependiendo de los detalles del reprocesamiento, el inventario de sal una vez puede durar décadas, mientras que el LWR necesita un núcleo completamente nuevo cada 4 a 6 años (1/3 se reemplaza cada 12 a 24 meses). La propia estimación de ORNL para el costo total de sal de incluso el sistema de 3 bucles más caro fue de alrededor de $ 30 millones, que es menos de $ 100 millones en dinero de hoy. [62]
- Los LFTR son más limpios: como un sistema de reciclaje completo, los desechos de descarga de un LFTR son predominantemente productos de fisión, la mayoría de los cuales (83%) tienen vidas medias relativamente cortas en horas o días [63] en comparación con los desechos de actínidos de vida más larga de los residuos nucleares convencionales. plantas de energía. [57] Esto da como resultado una reducción significativa en el período de contención de desechos necesario en un depósito geológico. El 17% restante de los productos de desecho requieren solo 300 años para alcanzar niveles de fondo. [63] La radiotoxicidad de los desechos del ciclo del combustible de torio es aproximadamente 10.000 veces menor que la del combustible de uno a través de uranio. [8]
- Se necesita menos combustible fisionable . Debido a que los LFTR son reactores de espectro térmico, necesitan mucho menos combustible fisible para comenzar. Solo se requieren 1 a 2 toneladas de material fisionable para poner en marcha un LFTR de un solo fluido, y potencialmente tan solo 0,4 toneladas para un diseño de dos fluidos. [1] En comparación, los reactores reproductores rápidos de combustible sólido necesitan al menos 8 toneladas de combustible fisible para poner en marcha el reactor. Si bien, en teoría, los reactores rápidos pueden arrancar muy bien con los residuos transuránicos, su arranque de combustible altamente fisible hace que esto sea muy costoso. [ cita requerida ]
- Sin tiempo de inactividad para repostar. Los LFTR tienen combustibles líquidos y, por lo tanto, no es necesario apagar y desarmar el reactor solo para repostarlo. Por lo tanto, los LFTR pueden repostar sin provocar un corte de energía ( repostaje en línea ).
- Carga siguiente. Como el LFTR no tiene intoxicación por xenón, no hay problema en reducir la potencia en momentos de baja demanda de electricidad y volver a encenderlo en cualquier momento.
- Sin recipiente de alta presión. Dado que el núcleo no está presurizado, no necesita el artículo más caro en un reactor de agua ligera, una vasija de reactor de alta presión para el núcleo. En cambio, hay un recipiente de baja presión y tuberías (para sal fundida) construidas con materiales relativamente delgados. Aunque el metal es una aleación de níquel exótica que resiste el calor y la corrosión, Hastelloy -N, la cantidad necesaria es relativamente pequeña.
- Excelente transferencia de calor. Las sales de fluoruro líquido, especialmente las sales a base de LiF, tienen buenas propiedades de transferencia de calor. La sal de combustible como LiF-ThF 4 tiene una capacidad calorífica volumétrica que es aproximadamente un 22% más alta que el agua, [64] FLiBe tiene alrededor de un 12% más de capacidad calorífica que el agua. Además, las sales a base de LiF tienen una conductividad térmica alrededor del doble que la del agua caliente presurizada en un reactor de agua presurizada. [33] [50] Esto da como resultado una transferencia de calor eficiente y un circuito primario compacto. Comparado con el helio, un refrigerante de reactor de alta temperatura de la competencia, la diferencia es aún mayor. La sal combustible tiene una capacidad calorífica volumétrica 200 veces mayor que el helio presurizado caliente y más de 3 veces la conductividad térmica. Un circuito de sal fundida utilizará tuberías de 1/5 del diámetro y bombeará 1/20 de la potencia de las necesarias para el helio de alta presión, mientras se mantiene a la presión atmosférica [65].
- Contención más pequeña y de baja presión. Al usar sal líquida como refrigerante en lugar de agua a presión, se puede usar una estructura de contención solo un poco más grande que la vasija del reactor. Los reactores de agua ligera utilizan agua a presión, que se convierte en vapor y se expande mil veces en el caso de una fuga, lo que requiere un edificio de contención mil veces mayor en volumen que la vasija del reactor. La contención LFTR no solo puede ser más pequeña en tamaño físico, su contención también es inherentemente de baja presión. No hay fuentes de energía almacenada que puedan causar un rápido aumento de presión (como hidrógeno o vapor) en la contención. [46] [ fuente no confiable ]Esto le da al LFTR una ventaja teórica sustancial no solo en términos de seguridad inherente, sino también en términos de tamaño más pequeño, menor uso de materiales y menor costo de construcción. [8]
- Aire acondicionado. Un ciclo de energía de alta temperatura se puede enfriar por aire con poca pérdida de eficiencia, [66] que es fundamental para su uso en muchas regiones donde el agua es escasa. La no necesidad de grandes torres de enfriamiento de agua utilizadas en sistemas convencionales de vapor también reduciría los costos de construcción de la planta de energía. [41] [67]
- De desperdicio a recurso. Hay sugerencias de que podría ser posible extraer algunos de los productos de fisión para que tengan un valor comercial independiente. [68] Sin embargo, en comparación con la energía producida, el valor de los productos de fisión es bajo y la purificación química es cara. [69]
- Minería eficiente. El proceso de extracción de torio de la corteza terrestre es un método de extracción mucho más seguro y eficiente que el del uranio. El mineral de torio, la monacita, generalmente contiene concentraciones más altas de torio que el porcentaje de uranio que se encuentra en su respectivo mineral. Esto hace que el torio sea una fuente de combustible más rentable y menos dañina para el medio ambiente. La extracción de torio también es más fácil y menos peligrosa que la extracción de uranio, ya que la mina es un tajo abierto, que no requiere ventilación como las minas de uranio subterráneas, donde los niveles de radón son potencialmente dañinos . [70]
Desventajas [ editar ]
Los LFTR son bastante diferentes a los reactores de potencia comerciales en funcionamiento de la actualidad. Estas diferencias crean dificultades de diseño y compensaciones:
- Economía cuestionable : aunque los defensores de la tecnología LFTR enumeran una amplia variedad de ventajas económicas declaradas, un estudio de 2014 de su economía de la Universidad de Chicago concluyó que no hay una ventaja real en términos generales. Varias de las reivindicaciones, como el funcionamiento a presión ambiente y los circuitos de refrigeración a alta temperatura, ya se utilizan en varios diseños convencionales y no han logrado producir las ganancias económicas reivindicadas. En otros casos, simplemente no hay datos suficientes para justificar una conclusión. Cuando se considera todo el desarrollo, el informe concluye: "... la diferencia de costo, dado el entorno actual de la industria, sigue siendo insuficiente para justificar la creación de un nuevo LFTR". [71]
- Alcanzar el equilibrio de la cría es cuestionable : si bien los planes generalmente requieren la cría de equilibrio, es cuestionable si esto es posible, cuando se deben cumplir otros requisitos. [42] El ciclo del combustible de torio tiene muy pocos neutrones libres. Debido al reprocesamiento químico limitado (por razones económicas) y los compromisos necesarios para lograr los requisitos de seguridad, como un coeficiente de vacío negativo, se pueden perder demasiados neutrones. Los diseños de fluido único propuestos antiguos que prometen un rendimiento de reproducción tienden a tener un coeficiente de vacío positivo inseguro y, a menudo, asumen que la limpieza excesiva del combustible es económicamente viable. [42]
- Todavía se necesita mucho desarrollo : a pesar de los reactores experimentales ARE y MSRE ya construidos en la década de 1960, todavía se necesita mucho desarrollo para el LFTR. Esto incluye la mayor parte de la separación química, el enfriamiento de emergencia (pasivo), la barrera de tritio, el mantenimiento operado a distancia, la producción de Li-7 a gran escala, el ciclo de energía de alta temperatura y materiales más duraderos.
- Combustible de arranque- A diferencia del uranio extraído, el torio extraído no tiene un isótopo fisible. Los reactores de torio generan uranio-233 fisible a partir del torio, pero requieren una pequeña cantidad de material fisible para la puesta en marcha inicial. Hay relativamente poco de este material disponible. Esto plantea el problema de cómo poner en marcha los reactores en un período de tiempo corto. Una opción es producir U-233 en los reactores de combustible sólido actuales y luego reprocesarlo a partir de los desechos sólidos. Un LFTR también puede ser iniciado por otros isótopos fisionables, uranio enriquecido o plutonio de reactores o bombas fuera de servicio. Para la puesta en marcha de uranio enriquecido, se necesita un alto enriquecimiento. Las bombas de uranio desmanteladas tienen suficiente enriquecimiento, pero no hay suficiente para iniciar muchos LFTR. Es difícil separar el fluoruro de plutonio de los productos de fisión de lantánidos.Una opción para un reactor de dos fluidos es operar con plutonio o uranio enriquecido en la sal de combustible, generar U-233 en la capa y almacenarlo en lugar de devolverlo al núcleo. En su lugar, agregue plutonio o uranio enriquecido para continuar la reacción en cadena, similar a los reactores de combustible sólido de hoy. Cuando se produzca suficiente U-233, reemplace el combustible con combustible nuevo, reteniendo el U-233 para otras puestas en marcha. Existe una opción similar para un reactor de un solo fluido que funciona como convertidor. Un reactor de este tipo no reprocesaría el combustible durante su funcionamiento. En cambio, el reactor comenzaría con plutonio con torio como fértil y agregaría plutonio. El plutonio finalmente se quema y el U-233 se produce enagregue plutonio o uranio enriquecido para continuar la reacción en cadena, similar a los reactores de combustible sólido de hoy. Cuando se produzca suficiente U-233, reemplace el combustible con combustible nuevo, reteniendo el U-233 para otras puestas en marcha. Existe una opción similar para un reactor de un solo fluido que funciona como convertidor. Un reactor de este tipo no reprocesaría el combustible durante su funcionamiento. En cambio, el reactor comenzaría con plutonio con torio como fértil y agregaría plutonio. El plutonio finalmente se quema y el U-233 se produce enagregue plutonio o uranio enriquecido para continuar la reacción en cadena, similar a los reactores de combustible sólido de hoy. Cuando se produzca suficiente U-233, reemplace el combustible con combustible nuevo, reteniendo el U-233 para otras puestas en marcha. Existe una opción similar para un reactor de un solo fluido que funciona como convertidor. Un reactor de este tipo no reprocesaría el combustible durante su funcionamiento. En cambio, el reactor comenzaría con plutonio con torio como fértil y agregaría plutonio. El plutonio finalmente se quema y el U-233 se produce enEn cambio, el reactor comenzaría con plutonio con torio como fértil y agregaría plutonio. El plutonio finalmente se quema y el U-233 se produce enEn cambio, el reactor comenzaría con plutonio con torio como fértil y agregaría plutonio. El plutonio finalmente se quema y el U-233 se produce ensitu . Al final de la vida útil del combustible del reactor, la sal del combustible gastado se puede reprocesar para recuperar el U-233 mejorado y poner en marcha nuevos LFTR. [72]
- Congelación de sales : las mezclas de sales de fluoruro tienen puntos de fusión que varían de 300 a 600 ° C (572 a 1,112 ° F). Las sales, especialmente las que contienen fluoruro de berilio, son muy viscosas cerca de su punto de congelación. Esto requiere un diseño cuidadoso y protección contra congelamiento en los intercambiadores de calor y de contención. Debe evitarse la congelación en el funcionamiento normal, durante los transitorios y durante el tiempo de inactividad prolongado. La sal del circuito primario contiene los productos de fisión generadores de calor de desintegración, que ayudan a mantener la temperatura requerida. Para el MSBR, ORNL planeó mantener toda la sala del reactor (la celda caliente) a alta temperatura. Esto evitó la necesidad de líneas de calentador eléctrico individuales en todas las tuberías y proporcionó un calentamiento más uniforme de los componentes del circuito primario. [18] ( p311 )Un concepto de "horno líquido" desarrollado para reactores de combustible sólido enfriados con sales fundidas emplea una reserva de sal tampón separada que contiene todo el circuito primario. [73] Debido a la alta capacidad calorífica y la considerable densidad de la sal amortiguadora, la sal amortiguadora evita la congelación de la sal de combustible y participa en el sistema de enfriamiento por calor de descomposición pasiva, proporciona protección contra la radiación y reduce las tensiones de peso muerto en los componentes del circuito primario. Este diseño también podría adoptarse para LFTR. [ cita requerida ]
- Toxicidad del berilio : la mezcla de sal propuesta FLiBe contiene grandes cantidades de berilio , que es tóxico para los seres humanos (aunque no es tan tóxico como los productos de fisión y otros radiactivos). La sal en los circuitos de enfriamiento primarios debe aislarse de los trabajadores y del medio ambiente para evitar el envenenamiento por berilio . Esto se hace de forma rutinaria en la industria. [74] ( págs . 52–66 ) Con base en esta experiencia industrial, se espera que el costo adicional de la seguridad del berilio cueste solo $ 0.12 / MWh. [74] ( pág . 61 )Después de la puesta en marcha, el proceso de fisión en la sal de combustible primaria produce productos de fisión altamente radiactivos con un campo de radiación de neutrones y gamma elevado. Por tanto, la contención eficaz es un requisito primordial. En cambio, es posible operar usando fluoruro de litio-fluoruro de torio eutéctico sin berilio, como ha elegido el diseño francés LFTR, el "TMSR". [75] Esto tiene el costo de un punto de fusión algo más alto, pero tiene las ventajas adicionales de la simplicidad (evitar BeF
2en los sistemas de reprocesamiento), mayor solubilidad del trifluoruro de plutonio, menor producción de tritio (el berilio produce litio-6, que a su vez produce tritio) y mejor transferencia de calor ( BeF
2aumenta la viscosidad de la mezcla de sal). Los disolventes alternativos como los fluoruros de sodio, rubidio y circonio permiten puntos de fusión más bajos en una compensación en el mejoramiento. [1] - Pérdida de neutrones retardados : para ser controlados de manera predecible, los reactores nucleares dependen de neutrones retardados. Requieren neutrones de evolución lenta adicionales de la desintegración del producto de fisión para continuar la reacción en cadena. Debido a que los neutrones retardados evolucionan lentamente, esto hace que el reactor sea muy controlable. En un LFTR, la presencia de productos de fisión en el intercambiador de calor y las tuberías significa que una parte de estos neutrones retardados también se pierde. [76]No participan en la reacción en cadena crítica del núcleo, lo que a su vez significa que el reactor se comporta con menos suavidad durante los cambios de flujo, potencia, etc. Se puede perder aproximadamente la mitad de los neutrones retardados. En la práctica, significa que el intercambiador de calor debe ser compacto para que el volumen fuera del núcleo sea lo más pequeño posible. Cuanto más compacto (mayor densidad de potencia) es el núcleo, más importante se vuelve este problema. Tener más combustible fuera del núcleo en los intercambiadores de calor también significa que se necesita más combustible fisible caro para poner en marcha el reactor. Esto hace que un intercambiador de calor bastante compacto sea un requisito de diseño importante para un LFTR. [ cita requerida ]
- Gestión de residuos : aproximadamente el 83% de los residuos radiactivos tiene una vida media en horas o días, y el 17% restante requiere un almacenamiento de 300 años en un confinamiento geológicamente estable para alcanzar niveles de fondo. [63] Debido a que algunos de los productos de fisión, en su forma de fluoruro, son altamente solubles en agua, los fluoruros son menos adecuados para el almacenamiento a largo plazo. Por ejemplo, el fluoruro de cesio tiene una solubilidad muy alta en agua. Para el almacenamiento a largo plazo, podría ser deseable la conversión a una forma insoluble, como un vidrio. [ cita requerida ]
- Costos de desmantelamiento inciertos : la limpieza del Experimento del reactor de sal fundida fue de aproximadamente $ 130 millones, para una pequeña unidad de 8 MW (th). Gran parte del alto costo se debió a la evolución inesperada de hexafluoruro de flúor y uranio a partir de la sal de combustible fría almacenada que ORNL no descargó ni almacenó correctamente, pero esto ahora se ha tenido en cuenta en el diseño del MSR. [77] Además, los costos de desmantelamiento no escalan fuertemente con el tamaño de la planta según la experiencia previa, [78] y se incurre en costos al final de la vida útil de la planta, por lo que una pequeña tarifa por kilovatio hora es suficiente. Por ejemplo, una planta de reactor GWe produce más de 300 mil millones de kWh de electricidad durante una vida útil de 40 años, por lo que una tarifa de desmantelamiento de $ 0.001 / kWh genera $ 300 millones más intereses al final de la vida útil de la planta.[ cita requerida ]
- Acumulación de metales nobles : algunos productos de fisión radiactivos, como los metales nobles , se depositan en las tuberías. Se deben desarrollar equipos novedosos, como cartuchos de esponja de lana de níquel, para filtrar y atrapar los metales nobles para evitar la acumulación. [ cita requerida ]
- Vida útil limitada del grafito : los diseños compactos tienen una vida útil limitada para el moderador de grafito y el separador de circuito de combustible / reproducción. Bajo la influencia de los neutrones rápidos, el grafito primero se contrae, luego se expande indefinidamente hasta que se vuelve muy débil y puede agrietarse, creando problemas mecánicos y haciendo que el grafito absorba suficientes productos de fisión para envenenar la reacción. [79] El diseño de dos fluidos de 1960 tenía un período de reemplazo de grafito estimado de cuatro años. [1] ( p3 ) Eliminar el grafito de las tuberías selladas fue un incentivo importante para cambiar a un diseño de un solo fluido. [18] ( pág . 3 )Reemplazar esta gran parte central requiere un equipo operado a distancia. Los diseños de MSR deben hacer arreglos para este reemplazo. En un reactor de sal fundida, prácticamente todo el combustible y los productos de fisión se pueden canalizar a un tanque de almacenamiento. Solo una fracción del uno por ciento de los productos de fisión terminan en el grafito, principalmente debido a que los productos de fisión chocan contra el grafito. Esto hace que la superficie de grafito sea radiactiva y, sin reciclar / eliminar al menos la capa superficial, crea una corriente de desechos bastante voluminosa. Eliminar la capa superficial y reciclar el resto del grafito resolvería este problema. [ investigación original? ] Existen varias técnicas para reciclar o eliminar el grafito moderador nuclear. [80]El grafito es inerte e inmóvil a bajas temperaturas, por lo que se puede almacenar o enterrar fácilmente si es necesario. [80] Al menos un diseño utilizó bolas de grafito (guijarros) flotando en sal, que se podían retirar e inspeccionar continuamente sin apagar el reactor. [81] La reducción de la densidad de potencia aumenta la vida útil del grafito. [82] ( p10 ) En comparación, los reactores de combustible sólido normalmente reemplazan 1/3 de los elementos combustibles, incluidos todos los productos de fisión altamente radiactivos que contienen, cada 12 a 24 meses. Esto se hace de forma rutinaria bajo una capa de columna de protección y enfriamiento de agua.
- Retroalimentación de reactividad positiva causada por el grafito : cuando el grafito se calienta, aumenta la fisión del U-233, lo que provoca una retroalimentación positiva no deseada. [42] El diseño LFTR debe evitar ciertas combinaciones de grafito y sal y ciertas geometrías del núcleo. Si este problema se resuelve empleando un grafito adecuado y, por lo tanto, un espectro bien termalizado, es difícil alcanzar el punto de equilibrio. [42] La alternativa de utilizar poco o ningún grafito da como resultado un espectro de neutrones más rápido. Esto requiere un gran inventario de material fisionable y aumenta el daño por radiación. [42]
- Solubilidad limitada del plutonio : los fluoruros de plutonio, americio y curio se presentan como trifluoruros, lo que significa que tienen tres átomos de flúor unidos ( PuF
3, AmF
3, CmF
3). Dichos trifluoruros tienen una solubilidad limitada en la sal portadora FLiBe. Esto complica la puesta en marcha, especialmente para un diseño compacto que utiliza un inventario de sal primaria más pequeño. Por supuesto, dejar los desechos que transportan plutonio fuera del proceso de inicio es una solución aún mejor, lo que hace que esto no sea un problema. La solubilidad se puede aumentar operando con menos o sin fluoruro de berilio (que no tiene solubilidad para los trifluoruros) o operando a una temperatura más alta [ cita requerida ] (como con la mayoría de los otros líquidos, la solubilidad aumenta con la temperatura). Un núcleo de espectro térmico y densidad de potencia más baja no tiene problemas con la solubilidad del plutonio. - Riesgo de proliferación debido al reprocesamiento : un reprocesamiento eficaz implica un riesgo de proliferación . Los LFTR también podrían usarse para manipular plutonio de otros reactores. Sin embargo, como se indicó anteriormente, el plutonio es químicamente difícil de separar del torio y el plutonio no puede usarse en bombas si se diluye en grandes cantidades de torio. Además, el plutonio producido por el ciclo del combustible de torio es principalmente Pu-238 , que produce altos niveles de neutrones espontáneos y calor de desintegración que hacen que sea imposible construir una bomba de fisión con este isótopo solo, y extremadamente difícil construir una que contenga incluso muy poco. pequeños porcentajes de la misma. La tasa de producción de calor de 567 W / kg [83]significa que un núcleo de bomba de este material produciría continuamente varios kilovatios de calor. La única ruta de enfriamiento es por conducción a través de las capas de alto explosivo circundantes, que son malos conductores. Esto crea temperaturas inmanejables que destruirían el ensamblaje. La tasa de fisión espontánea de 1204 kBq / g [83] es más del doble que la de Pu-240 . Incluso porcentajes muy pequeños de este isótopo reducirían drásticamente el rendimiento de la bomba por "predetonación" debido a que los neutrones de la fisión espontánea inician la reacción en cadena y provocan una " fizzle"en lugar de una explosión. El reprocesamiento en sí implica la manipulación automatizada en una celda caliente completamente cerrada y contenida, lo que complica la desviación. En comparación con los métodos de extracción actuales como PUREX, los piroprocesos son inaccesibles y producen materiales fisionables impuros, a menudo con grandes cantidades de producto de fisión contaminación. Si bien no es un problema para un sistema automatizado, plantea serias dificultades para los posibles proliferadores. [ cita requerida ]
- Riesgo de proliferación por separación de protactinio : los diseños compactos solo pueden reproducirse utilizando una separación rápida de protactinio, un riesgo de proliferación, ya que esto potencialmente da acceso a 233-U de alta pureza. Esto es difícil ya que el 233-U de estos reactores estará contaminado con 232-U, un emisor de radiación gamma alta, que requiere una instalación protectora de enriquecimiento en caliente [63] como posible camino hacia material apto para armas . Debido a esto, es posible que los reactores de potencia comerciales deban diseñarse sin separación. En la práctica, esto significa no reproducirse o operar con una densidad de potencia más baja. Un diseño de dos fluidos podría funcionar con una manta más grande y mantener el núcleo de alta densidad de potencia (que no tiene torio y, por lo tanto, no tiene protactinio). [ cita requerida] Sin embargo, un grupo de ingenieros nucleares sostiene en Nature (2012) que la vía del protactinio es factible y que, por lo tanto, el torio "no es tan benigno como se ha sugerido ...". [84]
- Proliferación de neptunio-237 : en los diseños que utilizan un fluorizador, el Np-237 aparece con uranio como hexafluoruro gaseoso y puede separarse fácilmente utilizando lechos de absorción de gránulos de fluoruro sólido. Nadie ha producido una bomba de este tipo, pero la considerable sección transversal de fisión rápida y la baja masa crítica de Np-237 implican la posibilidad. [85] Cuando el Np-237 se mantiene en el reactor, se transmuta en Pu-238 de corta duración. Todos los reactores producen una cantidad considerable de neptunio, que siempre está presente en alta calidad (mono) isotópica, y se extrae químicamente con facilidad. [85]
- Envenenamiento por neutrones y producción de tritio a partir de litio-6 - El litio-6 es un veneno de neutrones fuerte; el uso de LiF con litio natural, con su contenido de litio-6 al 7,5%, evita el arranque de los reactores. La alta densidad de neutrones en el núcleo transmuta rápidamente el litio-6 en tritio , perdiendo los neutrones que se requieren para mantener la reproducción de equilibrio. El tritio es un isótopo radiactivo del hidrógeno, que es casi idéntico, químicamente, al hidrógeno ordinario. [86]En el MSR, el tritio es bastante móvil porque, en su forma elemental, se difunde rápidamente a través de metales a alta temperatura. Si el litio está enriquecido isotópicamente en litio-7, y el nivel de separación isotópica es lo suficientemente alto (99,995% de litio-7), la cantidad de tritio producido es de solo unos pocos cientos de gramos por año para un reactor de 1 GWe. Esta cantidad mucho menor de tritio proviene principalmente de la reacción de litio-7-tritio y del berilio, que puede producir tritio indirectamente al transmutar primero a litio-6 productor de tritio. Diseños LFTR que utilizan una sal de litio, elija el litio-7isótopo. En el MSRE, el litio-6 se eliminó con éxito de la sal de combustible mediante enriquecimiento isotópico. Dado que el litio-7 es al menos un 16% más pesado que el litio-6, y es el isótopo más común, el litio-6 es comparativamente fácil y económico de extraer. La destilación al vacío de litio alcanza eficiencias de hasta un 8% por etapa y solo requiere calentamiento en una cámara de vacío. [87] Sin embargo , aproximadamente una fisión de cada 90.000 produce helio-6, que se desintegra rápidamente en litio-6 y una fisión de cada 12.500 produce un átomo de tritio directamente (en todos los tipos de reactores). Los MSR prácticos funcionan bajo una capa de gas inerte seco, generalmente helio. Los LFTR ofrecen una buena posibilidad de recuperar el tritio, ya que no está muy diluido en agua como en los reactores CANDU. Existen varios métodos para atrapar el tritio, como hidrurarlo a titanio, [88] oxidándolo a formas menos móviles (pero aún volátiles) como el fluoroborato de sodio o la sal de nitrato fundido, o atraparlo en el gas del ciclo de energía de la turbina y liberarlo usando pellets de óxido de cobre. [89] ( pág . 41 )ORNL desarrolló un sistema de refrigerante de circuito secundario que atraparía químicamente el tritio residual para poder eliminarlo del refrigerante secundario en lugar de difundirlo en el ciclo de energía de la turbina. ORNL calculó que esto reduciría las emisiones de tritio a niveles aceptables. [86]
- Corrosión por telurio : el reactor produce pequeñas cantidades de telurio como producto de fisión. En el MSRE, esto provocó pequeñas cantidades de corrosión en los límites de grano de la aleación especial de níquel , Hastelloy -N. Los estudios metalúrgicos mostraron que la adición de 1 a 2% de niobio a la aleación Hastelloy -N mejora la resistencia a la corrosión por telurio. [54] ( págs . 81–87 ) Mantenimiento de la relación de UF4/ UF
3a menos de 60 redujo la corrosión manteniendo la sal de combustible ligeramente reduciendo. El MSRE contactó continuamente la sal de combustible que fluye con una varilla de metal de berilio sumergida en una jaula dentro del recipiente de la bomba. Esto provocó una escasez de flúor en la sal, reduciendo el telurio a una forma menos agresiva (elemental). Este método también es eficaz para reducir la corrosión en general, porque el proceso de fisión produce más átomos de flúor que de otro modo atacarían los metales estructurales. [90] ( págs . 3-4 ) - Daño por radiación a las aleaciones de níquel : se descubrió que la aleación estándar de Hastelloy N estaba debilitada por la radiación de neutrones. Los neutrones reaccionaron con el níquel para formar helio. Este gas helio se concentra en puntos específicos dentro de la aleación, donde aumenta las tensiones. ORNL abordó este problema agregando 1–2% de titanio o niobio al Hastelloy N. Esto cambió la estructura interna de la aleación para que el helio se distribuyera finamente. Esto alivió la tensión y permitió que la aleación resistiera un flujo de neutrones considerable. Sin embargo, la temperatura máxima está limitada a unos 650 ° C. [91] Puede ser necesario el desarrollo de otras aleaciones. [92] La pared exterior del recipiente que contiene la sal puede tener un blindaje neutrónico, como el carburo de boro, para protegerlo eficazmente del daño de los neutrones.[93]
- Almacenamiento de sal de combustible a largo plazo : si las sales de combustible de fluoruro se almacenan en forma sólida durante muchas décadas, la radiación puede provocar la liberación de gas de flúor corrosivo y hexafluoruro de uranio . [94] Las sales deben vaciarse y eliminarse los desechos antes de paradas prolongadas y almacenarse por encima de los 100 grados Celsius. [77] Los fluoruros son menos adecuados para el almacenamiento a largo plazo porque algunos tienen una alta solubilidad en agua a menos que estén vitrificados en vidrio de borosilicato insoluble . [95]
- Modelo de negocio : los proveedores de reactores de combustible sólido de hoy obtienen ingresos a largo plazo mediante la fabricación de combustible. [ dudoso ] Sin combustible para fabricar y vender, un LFTR adoptaría un modelo de negocio diferente. Habría una barrera significativa a los costos de entrada para que este sea un negocio viable. Los proveedores de piezas e infraestructura existentes están orientados a reactores refrigerados por agua. Hay poco mercado de torio y minería de torio, por lo que aún no existe una infraestructura considerable que se requeriría. Las agencias reguladoras tienen menos experiencia en la regulación de los reactores de torio, lo que genera la posibilidad de retrasos prolongados. [ cita requerida ]
- Desarrollo del ciclo de energía : se necesita desarrollar una gran turbina de helio o dióxido de carbono supercrítico para lograr la máxima eficiencia. Estos ciclos de gas ofrecen numerosas ventajas potenciales para su uso con reactores alimentados con sales fundidas o refrigerados con sales fundidas. [96] Estos ciclos cerrados de gas enfrentan desafíos de diseño y trabajos de ampliación de ingeniería para un grupo generador de turbina comercial. [97] Se podría usar una turbina de vapor supercrítica estándar con una pequeña penalización en la eficiencia (la eficiencia neta del MSBR se diseñó para ser aproximadamente del 44%, utilizando una vieja turbina de vapor de la década de 1970). [98] Aún tendría que desarrollarse una sal fundida para el generador de vapor. Actualmente, los generadores de vapor de sal de nitrato fundido se utilizan en plantas de energía termosolar concentrada comoAndasol en España. Dicho generador podría usarse para un MSR como un tercer circuito de circulación, donde también atraparía cualquier tritio que se difunda a través del intercambiador de calor primario y secundario [99].
Desarrollos recientes [ editar ]
El Fuji MSR [ editar ]
El FUJI MSR fue un diseño para un reactor generador térmico de ciclo de combustible de torio alimentado con sales fundidas de 100 a 200 MWe , utilizando una tecnología similar al Experimento del Reactor del Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Lo estaba desarrollando un consorcio que incluía a miembros de Japón, Estados Unidos y Rusia. Como reactor reproductor, convierte el torio en combustibles nucleares. [100] Un grupo de la industria presentó planes actualizados sobre FUJI MSR en julio de 2010. [101] Proyectaron un costo de 2,85 centavos por kilovatio hora. [102]
El consorcio IThEMS planeó construir primero un reactor MiniFUJI de 10 MWe mucho más pequeño del mismo diseño una vez que hubiera obtenido $ 300 millones adicionales en fondos, pero IThEMS cerró en 2011 después de que no pudo asegurar la financiación adecuada. Una nueva empresa, Thorium Tech Solution (TTS), fue fundada en 2011 por Kazuo Furukawa, el científico jefe de IThEMS, y Masaaki Furukawa. TTS adquirió el diseño FUJI y algunas patentes relacionadas.
Proyecto chino de torio MSR [ editar ]
La República Popular de China ha iniciado un proyecto de investigación y desarrollo en tecnología de reactores de sales fundidas de torio. [103] Fue anunciado formalmente en la conferencia anual de la Academia China de Ciencias (CAS) en enero de 2011. Su objetivo final es investigar y desarrollar un sistema nuclear de sales fundidas a base de torio en unos 20 años. [104] [105] Un resultado intermedio esperado del programa de investigación TMSR es construir un reactor de investigación de lecho de guijarros enfriado con sal de fluoruro de 2 MW en 2015, y un reactor de investigación de 2 MW alimentado con sal fundida en 2017. A esto le seguiría un 10 Reactor demostrador de MW y reactores piloto de 100 MW. [106] [107] El proyecto está encabezado por Jiang Mianheng, con un presupuesto inicial de 350 millones de dólares, y ya ha contratado a 140 científicos con doctorado, que trabajan a tiempo completo en la investigación del reactor de sal fundida de torio en el Instituto de Física Aplicada de Shanghai. Una expansión de la dotación de personal ha aumentado a 700 a partir de 2015. [108] A partir de 2016, se espera que su plan sea que un LFTR piloto de 10MW entre en funcionamiento en 2025, con una versión de 100MW prevista para 2035. [109]
Flibe Energy [ editar ]
Kirk Sorensen, ex científico de la NASA y jefe de tecnología nuclear en Teledyne Brown Engineering , ha sido un promotor durante mucho tiempo del ciclo del combustible de torio y, en particular, de los reactores de fluoruro de torio líquido. Primero investigó los reactores de torio mientras trabajaba en la NASA, mientras evaluaba diseños de plantas de energía adecuados para colonias lunares. El material sobre este ciclo de combustible fue sorprendentemente difícil de encontrar, por lo que en 2006 Sorensen comenzó "energyfromthorium.com", un repositorio de documentos, foro y blog para promover esta tecnología. En 2006, Sorensen acuñó el reactor de torio de fluoruro líquido y LFTRnomenclatura para describir un subconjunto de diseños de reactores de sal fundida basados en combustibles de sal fluorada líquida con reproducción de torio en uranio-233 en el espectro térmico. En 2011, Sorensen fundó Flibe Energy, una empresa que inicialmente tiene la intención de desarrollar diseños de reactores modulares pequeños LFTR de 20 a 50 MW para alimentar bases militares. (Es más fácil promover diseños militares novedosos que diseños de centrales eléctricas civiles en el actual entorno regulatorio nuclear de EE. UU.). [110] [111] Una evaluación de tecnología independiente coordinada con EPRI y Southern Company representa la información más detallada hasta ahora disponible públicamente sobre el diseño LFTR propuesto por Flibe Energy. [112]
Thorium Energy Generation Pty. Limited (TEG) [ editar ]
Thorium Energy Generation Pty. Limited (TEG) fue una empresa australiana de investigación y desarrollo dedicada al desarrollo comercial mundial de reactores LFTR, así como de sistemas impulsados por aceleradores de torio . A junio de 2015, TEG había dejado de operar.
Fundación Alvin Weinberg [ editar ]
La Fundación Alvin Weinberg fue una organización benéfica británica fundada en 2011, dedicada a crear conciencia sobre el potencial de la energía del torio y LFTR. Fue lanzado formalmente en la Cámara de los Lores el 8 de septiembre de 2011. [113] [114] [115] Lleva el nombre del físico nuclear estadounidense Alvin M. Weinberg , pionero en la investigación del reactor de sal fundida de torio .
Thorcon [ editar ]
Thorcon es un reactor convertidor de sales fundidas propuesto por Martingale, Florida. Cuenta con un diseño simplificado sin reprocesamiento y latas intercambiables para facilitar el reemplazo del equipo, en lugar de una mayor eficiencia de reproducción nuclear.
Grupo de Consultoría e Investigación Nuclear [ editar ]
El 5 de septiembre de 2017, el Grupo Holandés de Investigación y Consultoría Nuclear anunció que se estaba llevando a cabo una investigación sobre la irradiación de sales de fluoruro de torio fundidas dentro del reactor de alto flujo Petten . [116]
Ver también [ editar ]
- Reactor de IV generación
- Energía nuclear basada en torio
- Lista de diseños de reactores nucleares pequeños
- Seguridad nuclear pasiva
- Pequeño reactor modular
- Alianza de energía de torio
- Reactor subcrítico impulsado por acelerador
- Amplificador de energía
Referencias [ editar ]
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Lectura adicional [ editar ]
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- Martín, Richard (2012). SuperFuel: torio, la fuente de energía verde para el futuro . Palgrave Macmillan . ISBN 978-0-230-11647-4.
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- 2081: Una visión esperanzadora del futuro humano , Gerard K. O'Neill , 284 páginas, Simon & Schuster (1981) ISBN 978-0671242572
- The Second Nuclear Era: A New Start for Nuclear Power , Alvin M. Weinberg et al., 460 páginas, Praeger Publishers (1985) ISBN 978-0275901837
- Ciclo del combustible de torio - Beneficios y desafíos potenciales , OIEA, 105 páginas (2005) ISBN 978-9201034052
- The Nuclear Imperative: A Critical Look at the Approaching Energy Crisis (More Physics for Presidents) , Jeff Eerkens, 212 páginas, Springer (2010) ISBN 978-9048186662
- Lane, James. A (1958). Reactores de combustible fluido . Addison-Wesley y EE. UU. AEC. pag. 972.
Enlaces externos [ editar ]
- "El uranio es tan del siglo pasado - Ingrese al torio, el nuevo arma nuclear verde" Artículo de la revista Wired
- ¿Es el torio el mayor avance energético desde el fuego? Posiblemente. Artículo de Forbes
- Reactores de sal fundida - Ralph Moir
Videos [ editar ]
- TEDxYYC - Kirk Sorensen - Torio . presentación sobre LFTR en TEDxYYC 2011
- Reactor de torio con fluoruro líquido: lo que Fusion quería ser Google TechTalk por el Dr. Joe Bonometti NASA / Escuela de posgrado naval
- El reactor de sal fundida de torio: por qué no sucedió esto Google TechTalk por Kirk Sorensen que examina la historia del desarrollo del reactor de sal fundida de torio en Oak Ridge, el clima político y las razones responsables de la cancelación del programa
- Kirk Sorensen - Una alternativa global @ TEAC4 Presentación de Kirk Sorensen en la Conferencia No. 4 de Thorium Energy Alliance en Chicago.
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