smält salt reaktorer (MSRs) kan spela en nyckelroll i framtida kärnenergisystem genom att erbjuda stora fördelar i säkerhet och effektivitet. Avancerad forskning, teknikutveckling och licensiering i flera länder kan potentiellt göra det möjligt att använda denna innovativa teknik på kort sikt.

IAEA, som stöder utveckling och distribution av kärnkraftteknik, kommer att vara värd för ett webinar den 27 augusti på smält Salt reaktorer: en spelväxlare i kärnkraftsindustrin. MSRs och deras unika fördelar med att ta itu med utmaningarna i övergången till ren energi kommer också att diskuteras vid det årliga IAEA Scientific Forum den 22-23 September under den 64: e IAEA: s generalkonferens.

MSRs arbetar på samma grundläggande princip som nuvarande kärnkraftsreaktorstyrd fission för att producera ånga som driver elgenererande turbiner. Men de har en grundläggande skillnad: smälta salter spelar en nyckelroll i reaktorkärnan, inklusive som kylvätska istället för vatten som används av de flesta nuvarande reaktorer. Och istället för bränslestavar involverar de flesta MSR-konstruktioner kärnbränsle upplöst i kylvätskan.

dessa funktioner ger fördelar, inklusive signifikant förbättrad effektivitet, belastningsföljning och förmågan att arbeta vid höga temperaturer, vilket gör dem lämpliga för icke-elektriska applikationer som kräver hög värmetillförsel.

”förstärkt effektivitet och passiva säkerhetsegenskaper är avgörande för att säkerställa kärnkraftens hållbarhet, och MSR: er passar räkningen på båda områdena”, säger Gerardo Martinez-Guridi, en IAEA-kärningenjör. ”Många MSR: er som använder flytande bränsle kan automatiskt stängas av om temperaturen blir för hög, eftersom de är utformade för att snabbt minska strömmen om de börjar generera för mycket värme. Denna funktion gör MSRs idealisk för att möta dynamiskt elbehov genom att möjliggöra snabba utmatningsjusteringar.”Vissa MSR kan också användas för att bränna använt kärnbränsle (SNF) från nuvarande kraftreaktorer, vilket minskar mängden radioaktivt avfall som måste lagras, tillade han.

MSR-konceptet är inte nytt. Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i USA drev en experimentell 7,34 MW (TH) MSR från 1965 till 1969, i en försök som kallas smält-Salt Reactor Experiment (MSRE). Detta visade genomförbarheten av vätskedrivna reaktorer som kyldes av smälta salter och hjälpte till att identifiera och senare lösa problem som behovet av flytande-flytande kemiska extraktionsmetoder för smält saltbränslebearbetning.

medan arbetet med MSRs har fortsatt i flera länder under de senaste decennierna har kommersiella distributioner varit utom räckhåll. Detta har berott på en rad frågor, inklusive regleringsutmaningar som bristen på MSR-licensstandarder samt problem med leveranskedjan vid inköp av specialiserade komponenter.

nu närmar sig flera MSR-mönster beredskap i olika länder, inklusive USA och Kanada samt toriumbaserade MSRs i Kina. Den senare använder bränsle som är en blandning av torium och uran, i syfte att odla klyvbart uran-233 från Torium i reaktorkärnan. Detta transmuterade uran – 233 bränns sedan upp som bränsle. Vissa MSR: er kan drivas med reaktorkvalitet plutonium återvunnet från SNF-lager, vilket har potential att kraftigt minska bördan i samband med lagring av SNF, av vilka vissa förblir radioaktiva i tusentals år.

IAEA support

IAEA stöder utvecklingen av MSRs genom en mängd olika kunskapsutbytesinitiativ, inklusive ett virtuellt konsultmöte som hölls förra månaden deltog av 21 experter från 13 länder. De arbetade med att utarbeta en IAEA-publikation om status för MSR-teknik inklusive R&d aktiviteter och distributionsutmaningar samt en taxonomi för klassificering av huvudtyperna av MSR. Publikationen förväntas vara ute 2021. Det finns för närvarande 10 MSR-mönster i kategorin small modular reactor (SMR) som ingår i en IAEA-publikation som publiceras i September som ett komplement till IAEA: s databas Advanced Reactors Information System (ARIS).

det kommande webinaret på MSRs, en del av Webinarserien om genombrott i kärnteknik för det 21: a århundradet, kommer att innehålla högtalare från organisationer i Frankrike och USA som är involverade i att utveckla tekniken.

”amerikanska MSR-utvecklingsaktiviteter omfattar ett brett utbud av kooperativ privat industri och statlig verksamhet som sträcker sig från grundläggande vetenskap, teknikutveckling och regelverk definition”, säger David Holcomb, framstående medlem av teknisk personal vid ORNL, som deltog i konsultmötet och kommer att tala vid webinariet. ”Dessa aktiviteter inkluderar att utveckla modelleringsverktyg för radionuklidspårning vid MSR-anläggningar och mäta de termofysiska och termokemiska egenskaperna hos bränslesalter.”USA: s Nuclear Regulatory Commission försöker utveckla en effektiv licensprocess för MSR, och flera USA-baserade, privata sektorns MSR-utvecklare har angett sin avsikt att distribuera MSR inom det närmaste decenniet, tillade han.

i Frankrike pågår studier för att bekräfta genomförbarheten av ett snabbt neutron MSR-koncept, med potentiell utplacering under de närmaste 10 till 20 åren, säger Elsa Merle, professor vid Frankrikes Grenoble Institute of Technology och CNRS/IN2P3 som också deltog i konsultmötet och kommer att tala på webinariet.

”att använda en flytande bränsle / kylvätskeblandning i MSRs hjälper till att stödja reaktorkärnans inneboende stabilitet, vilket möjliggör enkel drift vid minskad effekt samtidigt som säkerheten upprätthålls”, säger Merle. ”Sådana reaktorer kan stödja balansering av elnätet, vilket är viktigt för att stödja den ökande andelen förnybar energi. De kan också användas för att minska avfallet som produceras av reaktorer som för närvarande arbetar.”

MSRs är en av sex reaktorteknologier som valts ut av Generation IV Forum (GIF), ett initiativ som involverar 13 länder fokuserade på nästa generations kärnkraftsteknik, för ytterligare R&D. Vid ett årsmöte i Juli krävde IAEA och GIF större ansträngningar för att stödja tidig utbyggnad av innovativa reaktorsystem för att hantera klimatförändringar.

MSRs och andra avancerade och innovativa reaktorer kommer att presenteras ämnen vid nästa månads vetenskapliga Forum, som kommer att fokusera på hur kärnkraftens vetenskapsbaserade lösningar kan hjälpa till att driva övergången till rena energisystem.