I reattori a sale fuso (MSR) possono svolgere un ruolo chiave nei futuri sistemi di energia nucleare offrendo importanti vantaggi in termini di sicurezza ed efficienza. La ricerca avanzata, lo sviluppo tecnologico e la concessione di licenze in diversi paesi possono potenzialmente rendere possibile la diffusione a breve termine di questa tecnologia innovativa.

L’AIEA, che sostiene lo sviluppo e la diffusione della tecnologia nucleare, ospiterà il 27 agosto un webinar sui reattori a sale fuso: un punto di svolta nell’industria nucleare. Gli MSR e i loro vantaggi unici nell’affrontare le sfide della transizione verso l’energia pulita saranno discussi anche al Forum scientifico annuale dell’AIEA del 22-23 settembre, durante la 64a Conferenza generale dell’AIEA.

Gli MSR operano sullo stesso principio di base degli attuali reattori nucleari: la fissione controllata per produrre vapore che alimenta le turbine che generano elettricità. Ma hanno una differenza fondamentale: i sali fusi svolgono un ruolo chiave nel nucleo del reattore, anche come refrigerante invece dell’acqua utilizzata dalla maggior parte dei reattori attualmente in funzione. E invece di barre di combustibile, la maggior parte dei progetti MSR coinvolgono combustibile nucleare disciolto nel refrigerante.

Queste caratteristiche forniscono i benefici compreso efficienza significativamente migliorata, carico che segue e la capacità di funzionare alle temperature elevate, che le rende adatte ad applicazioni non elettriche che richiedono l’alto input di calore.

“L’efficienza rafforzata e le caratteristiche di sicurezza passiva sono cruciali per garantire la sostenibilità dell’energia nucleare e gli MSR si adattano al disegno di legge in entrambe le aree”, ha affermato Gerardo Martinez-Guridi, ingegnere nucleare dell’AIEA. “Molti MSR che utilizzano combustibile liquido possono spegnersi automaticamente se la loro temperatura diventa troppo alta, poiché sono progettati per ridurre rapidamente la potenza nel caso in cui inizino a generare troppo calore. Questa caratteristica rende MSRs ideale per soddisfare la domanda di energia elettrica dinamica, consentendo regolazioni rapide di uscita.”Alcuni MSR possono anche essere utilizzati per bruciare combustibile nucleare esaurito (SNF) dai reattori di potenza corrente, riducendo la quantità di rifiuti radioattivi che devono essere immagazzinati, ha aggiunto.

Il concetto di MSR non è nuovo. L’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) negli Stati Uniti ha gestito un MSR sperimentale da 7,34 MW (th) dal 1965 al 1969, in un processo noto come esperimento di reattore a sale fuso (MSRE). Ciò ha dimostrato la fattibilità di reattori alimentati a liquido raffreddati da sali fusi e ha contribuito a identificare e successivamente risolvere problemi come la necessità di metodi di estrazione chimica liquido-liquido per la lavorazione del combustibile a sale fuso.

Mentre il lavoro sugli MSR è continuato in diversi paesi negli ultimi decenni, le implementazioni commerciali sono rimaste fuori dalla portata. Ciò è dovuto a una serie di problemi, tra cui sfide normative come la mancanza di standard di licenza MSR e difficoltà della supply chain nell’approvvigionamento di componenti specializzati.

Ora, diversi progetti di MSR si stanno avvicinando alla preparazione della distribuzione in vari paesi, tra cui Stati Uniti e Canada, nonché MSR basati sul torio in Cina. Questi ultimi utilizzano combustibile che è un mix di torio e uranio, con lo scopo di allevamento fissile uranio-233 dal torio nel nucleo del reattore. Questo uranio-233 trasmutato viene poi bruciato come combustibile. Alcuni MSR possono essere alimentati con plutonio di qualità del reattore riciclato da scorte di SNF, che ha il potenziale di ridurre notevolmente l’onere associato allo stoccaggio di SNF, alcuni dei quali rimangono radioattivi per migliaia di anni.

Supporto AIEA

L’AIEA sostiene lo sviluppo di MSR attraverso una serie di iniziative di scambio di conoscenze, tra cui una riunione di consulenza virtuale tenutasi il mese scorso a cui hanno partecipato 21 esperti provenienti da 13 paesi. Hanno lavorato alla stesura di una pubblicazione dell’AIEA sullo stato della tecnologia MSR, tra cui R&D attività e sfide di implementazione, nonché una tassonomia per classificare i principali tipi di MSR. La pubblicazione è prevista per il 2021. Ci sono attualmente 10 progetti MSR nella categoria Small Modular Reactor (SMR) inclusi in una pubblicazione dell’AIEA che sarà pubblicata a settembre come supplemento al database ARIS (Advanced Reactors Information System) dell’AIEA.

Il prossimo webinar su MSRs, parte della serie Webinar sulle scoperte della tecnologia nucleare per il 21 ° secolo, sarà caratterizzato da relatori di organizzazioni in Francia e negli Stati Uniti coinvolte nello sviluppo della tecnologia.

“Le attività di sviluppo MSR degli Stati Uniti includono una vasta gamma di attività cooperative dell’industria privata e del governo che vanno dalla scienza di base, allo sviluppo tecnologico e alla definizione del quadro normativo”, ha affermato David Holcomb, distinto membro dello staff tecnico di ORNL, che ha partecipato alla riunione di consulenza e parlerà al webinar. “Queste attività includono lo sviluppo di strumenti di modellazione per il tracciamento dei radionuclidi negli impianti MSR e la misurazione delle proprietà termofisiche e termochimiche dei sali di combustibile.”

La Nuclear Regulatory Commission degli Stati Uniti sta cercando di sviluppare un processo di licenza efficace per MSR, e più sviluppatori MSR del settore privato con sede negli Stati Uniti hanno indicato la loro intenzione di implementare MSR entro il prossimo decennio, ha aggiunto.

In Francia, sono in corso studi per confermare la fattibilità di un concetto di MSR a neutroni veloci, con potenziale implementazione nei prossimi 10-20 anni, ha detto Elsa Merle, professore presso l’Istituto francese di tecnologia di Grenoble e CNRS / IN2P3 che ha anche preso parte alla riunione di consulenza e parlerà al webinar.

“L’utilizzo di una miscela di combustibile liquido / refrigerante in MSR aiuta a sostenere la stabilità intrinseca del nucleo del reattore, che consente un facile funzionamento a potenza ridotta garantendo nel contempo il mantenimento della sicurezza”, ha affermato Merle. “Tali reattori possono sostenere il bilanciamento della rete elettrica, che è essenziale per sostenere la crescente quota di energie rinnovabili. Essi possono anche essere utilizzati per ridurre i rifiuti prodotti dai reattori attualmente in funzione.”

Msr sono uno dei sei reattori tecnologie selezionate dalla Generazione IV Forum (GIF), un’iniziativa che coinvolge 13 paesi concentrati sulla prossima generazione di energia nucleare tecnologie, per ulteriori R&D. In un incontro annuale nel mese di luglio, l’AIEA e GIF chiesto maggiori sforzi per sostenere la rapida realizzazione di innovativi sistemi di reattori per affrontare il cambiamento climatico.

MSR e altri reattori avanzati e innovativi saranno argomenti presenti al Forum scientifico del mese prossimo, che si concentrerà su come le soluzioni basate sulla scienza dell’energia nucleare possono aiutare a guidare la transizione verso sistemi di energia pulita.