Reaktory ciekłosolne na tor

• Autorzy: Kramarek Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2024.12.4

Warianty tytułu

EN

Molten Salt Reactors MSR

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Większość pracujących reaktorów nuklearnych używa uranu jako paliwa. Użycie toru jako nowego źródła paliwa było kuszące od wielu lat. Tor jest występującym w stanie naturalnym lekko radioaktywnym metalem odkrytym w 1828 roku. Tor (Th-232 ) nie jest materiałem rozszczepialnym i nie nadaje się do użycia w termicznych reaktorach. Tor jest jednak pierwiastkiem „płodnym” i po wchłonięciu neutronu przekształca się w uran 233 (U-233), który jest doskonałym materiałem rozszczepialnym. Od przeszło 50 lat trwają próby nad zastosowaniem toru jako paliwa jądrowego, aczkolwiek z mniejszą intensywnością niż badania nad zastosowaniem uranu czy plutonu. Aktualnie istnieje siedem typów reaktorów w których możliwe jest zastosowanie toru jako paliwa nuklearnego. Reaktory na stopioną sól (MSR) są ciągle na etapie prób i badań ale prawdopodobnie nadają się najbardziej do zastosowania w nich toru jako paliwa. Unikalne płynne paliwo może zawierać fluorki toru i uranu (U-233 lub/oraz U-235) jako część solnej mieszaniny która topi się w zakresie temperatur 400-700ºC. Ta ciecz służy zarówno jako chłodziwo jak i nośnik paliwa rozszczepialnego. Płyn krąży przez obszar rdzenia reaktora a później przez obszar chemicznego procesingu w którym są usuwane ”trujące” produkty rozpadu radioaktywnego oraz cenny wytworzony U-233 kierowany z powrotem do rdzenia reaktora jako paliwo. Poziom moderacji neutronów zależy od ilości grafitu wbudowanego w rdzeń reaktora. MSR są zdecydowanie bardziej bezpieczne niż klasyczne uranowe reaktory. W reaktorze używającym toru nie jest możliwe stopienie rdzenia reaktora. Wyłączenie zasilania elektrycznego skutkuje samoczynnym zatrzymaniem reaktora. Reaktory stosujące płynne torowe paliwo są 200 d0 300 razy bardziej wydajne energetycznie niż najlepsze reaktory uranowe. Tor daje znacznie mniej radioaktywnych odpadów w porównaniu z uranem wytwarzając tylko 1% odpadów. Większość odpadów reaktorów torowych jest do wykorzystania. W ostatnich latach konieczność blokowania proliferacji, potrzeba lepszego wykorzystania paliwa nuklearnego oraz zwiększenia długości cyklu paliwowego, potrzeba poprawy charakterystyk odpadów radioaktywnych oraz minimalizacji zapasów plutonu doprowadziło do zwiększonego zainteresowania torem jako paliwem nuklearnym w kilku rozwiniętych krajach. Dwa główne programy międzynarodowe a mianowicie Innowacyjne Nuklearne Reaktory oraz Program Cykli Paliwowych zainicjowane przez IAEA (Międzynarodową Agencję Atomistyki) oraz prowadzone przez USA Międzynarodowe Forum IV Generacji testują paliwo torowe oraz paliwowe cykle torowe.

EN

Most operating nuclear reactors use uranium as a fuel. The use of thorium as a new primary energy source has been a tantalizing prospect for many years. Thorium is a naturally-occurring, slightly radioactive metal discovered in 1828. Thorium (Th-232) is not itself fissile and so is not directly usable in a thermal neutron reactor. However, it is ‘fertile’ and upon absorbing a neutron will transmute to uranium-233 (U-233) which is an excellent fissile fuel material. Research into the use of thorium as a nuclear fuel has been taking place for over 50 years, though with much less intensity than that for uranium or uranium-plutonium fuels. There are seven types of reactor into which thorium can be introduced as a nuclear fuel. Molten Salt Reactors (MSRs) are still at the design stage but are likely to be very well suited for using thorium as a fuel. The unique fluid fuel can incorporate thorium and uranium (U-233 and/or U-235) fluorides as part of a salt mixture that melts in the range 400-700ºC, and this liquid serves as both heat transfer fluid and the matrix for the fission fuel. The fluid circulates through a core region and then through a chemical processing circuit that removes various fission products (poisons) and/or the valuable U-233. The level of moderation is given by the amount of graphite built into the core. MSR are safer than classical uranium reactors. Within a thorium reactor, a ‘meltdown’ simply isn’t possible - turn the power supply off and the reaction just stops. Liquid fuel means thorium reactors are 200-300 times more efficient than even the best uranium reactor. Thorium ‘burns’ much more cleanly than uranium, and only produces 1% of the waste. Much of the ‘waste’ from a Thorium reactor is actually quite useful. In recent times the need for proliferation-resistance, longer fuel cycles, higher burnup, improved waste form characteristics, reduction of plutonium inventories and in situ use of bred-in fissile material has led to renewed interest in thorium-based fuels and fuel cycles in several developed countries. The two main international projects, namely Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles Programme (INPRO) initiated by the IAEA and the US-led Generation IV International Forum (GIF), are also considering thorium fuels and fuel cycles.

Słowa kluczowe

PL

reaktory na ciekłą sól; reaktor torowy; bezpieczeństwo; systemy bezpieczeństwa pasywne i aktywne; normowanie europejskie i światowe

EN

molten salt reactor; thorium reactor; safety; active and passive safety systems; European and world standards

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2024
• Tom: Nr 12
• Strony: 26--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Kramarek Wojciech

• Państwowa Akademia Nauk Stosowanych Im. Ignacego Mościckiego w Ciechanowie

Bibliografia

• [1] Dolan Thomas J.: Molten Salt Reactors and Thorium Energy, Woodhead Publishing Series in Energy 8.
• [2] Hargraves Robert and Moir Ralph: Liquid Fluoride Thorium Reactors, American Scientist, Volume 9.
• [3] International Atomic Energy Agency. 2005. Thorium fuel cycle: Potential benefits and challenges. IAEA-Tecdoc-1450Technical reports series No. 489.
• [4] Kramarek W., Sałaciński T. 2013. "Podstawowe zagadnienia bezpieczeństwa elektrowni jądrowej", Przegląd Techniczny nr 21, 22, 23, 24.
• [5] Kramarek W. 2016. "Warunki bezpiecznej pracy elektrowni jądrowej", Mechanik, styczeń.
• [6] Safety Classification of Passive Nuclear Power Plant Electrical Systems Topical Report. TR-0815-16497-NP-A. Rev.
• [7] Status of molten salt reactor technology. International Atomic Energy Agency.
• [8] https://www.westinghousenuclear.com/energy-systems/evinci-microreactor
• [9] https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:Stodtmeiste
• [10] https://energiataniej.com.pl/czym-jest-farma-fotowoltaiczna-i-jak-dziala
• [11] https://nukleo.pl/rozdzial/paliwo-jadrowe/
• [12] https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/nuclear-power-reactors
• [13] https://pl.wikipedia.org/wiki/Cykl_paliwowy
• [14] https://pl.wikipedia.org/wiki/Reaktor_torowy_na_ciekłych_fluorkach
• [15] https://thorconpower.com/