Stabilny Salt Reactor (RSS) to reaktor jądrowy projekt , opracowany przez brytyjską firmę Moltex Energy LLP. Stanowi przełom w technologii reaktorów ze stopioną solą , umożliwiając wyobrażenie sobie bezpieczniejszej i tańszej energii jądrowej.
Badania przeprowadzone przez Moltex Energy pokazują, że reaktory wykorzystujące paliwo do płynów solnych mają większe bezpieczeństwo niż reaktory wodne ciśnieniowe . Do utrzymania ich w stabilnym stanie nie są również wymagane drogie konstrukcje i komponenty zabezpieczające. Jak pokazał wypadek w Czarnobylu , dwa najbardziej toksyczne produkty uboczne dla ludzi i środowiska to cez i jod w postaci gazowej. Ryzyko to jest nieodłączne dla reaktorów wykorzystujących paliwa stałe. I odwrotnie , w stopionej soli produkty te nie występują w postaci gazowej. Są to stabilne sole, które nie stanowią zagrożenia dla bezpieczeństwa.
Moltex Energy wykorzystał obliczeniową mechanikę płynów, aby zademonstrować wykonalność koncepcji paliwa statycznego. Paliwo stałe w prętach paliwowych jest zastępowane paliwem w postaci stopionej soli, w zespołach bardzo podobnych do obecnej technologii. Rezultatem jest prosty, tani reaktor, który wykorzystuje komponenty z obecnej floty jądrowej, jednocześnie zapewniając korzyści związane z bezpieczeństwem płynnego paliwa solnego.
Podstawową jednostką rdzenia reaktora jest zespół paliwowy . Każdy zestaw zawiera prawie 400 rurek paliwowych o średnicy 10 mm z cewką z drutu spiralnego 1 mm wypełnionych do wysokości 1,6 metra solą paliwową. Rurki są wyposażone u góry w „dzwony nurkowe”, aby umożliwić ucieczkę gazów rozszczepialnych .
Niezwykłą cechą konstrukcji reaktora jest to, że rdzeń ma kształt prostokąta. Nieefektywna z punktu widzenia neutronów w porównaniu z cylindrycznym rdzeniem, ta konstrukcja pozwala jednak na znaczne uproszczenie ruchu zespołów paliwowych i wydłużenie rdzenia, jeśli to konieczne, po prostu poprzez dodanie dodatkowych modułów.
Zespoły są przesuwane bocznie przez rdzeń, a nowe zespoły wchodzą w bok w przeciwnych kierunkach, podobnie jak w reaktorach zasilających CANDU . Są lekko uniesione, aby przesunąć je do następnej pozycji, pozostając przez cały czas w płynie chłodzącym.
Rdzeń reaktora składa się z modułów, z których każdy ma moc cieplną 375 MW i zawiera 10 rzędów po 10 zespołów paliwowych, górną i dolną siatkę nośną, wymienniki ciepła, pompy, zespoły sterowania i oprzyrządowania. Co najmniej dwa z tych modułów są montowane obok siebie w prostokątnym zbiorniku reaktora. Reaktor o mocy 1200 MWe jest możliwy w zbiorniku, który może być dostarczony ciężarówką. Ta technologia jest zatem znacznie bardziej kompaktowa niż ta stosowana w dzisiejszych reaktorach.
Moduły (bez ich zespołów) dostarczane są na plac budowy wstępnie zmontowane i sprawdzone jako pojedyncze elementy nadające się do transportu drogowego. Są instalowane w zbiorniku ze stali nierdzewnej po zakończeniu fazy inżynierii lądowej i wodnej podczas rozruchu.
Górna część reaktora składa się z wypełnionej argonem kopuły przechowującej składającej się z dwóch systemów dźwigowych, urządzenia o niskim obciążeniu przeznaczonego do przemieszczania zespołów paliwowych w rdzeniu reaktora oraz urządzenia o dużym obciążeniu przeznaczonego do podnoszenia i podnoszenia dolnych zespołów paliwowych do chłodziwa i umożliwiają wymianę całych modułów. Cała konserwacja reaktora odbywa się zdalnie.
Stabilny reaktor solny (RSS) został zaprojektowany z mechanizmami samoistnego bezpieczeństwa jako pierwsza linia obrony. Do utrzymania reaktora w bezpiecznym i stabilnym stanie nie jest potrzebny żaden system aktywny ani operator. Poniżej przedstawiono główne funkcje bezpieczeństwa RSS.
RSS jest samoregulujący; dlatego nie jest wymagana żadna kontrola mechaniczna. Jest zero nadmiar reaktywność w każdym czasie, to możliwe dzięki połączeniu z wysokim współczynniku temperatury przeciw reaktywność i zdolność do stałego odprowadzenia ciepła z prętów paliwowych. Gdy ciepło jest usuwane z układu, temperatura spada, a reaktywność wzrasta. Gdy reaktor się nagrzewa, reaktywność spada: jest stabilna przez cały czas.
Zastosowanie paliwa w postaci stopionej soli o prawidłowym składzie chemicznym eliminuje niebezpieczne lotne źródła jodu i cezu . Wielowarstwowa ochrona nie jest konieczna, aby zapobiec powstawaniu promieniotwórczych oparów w atmosferze w przypadku scenariuszy poważnych awarii.
Te wysokie ciśnienia w reaktorze są siłą napędową dla dyspersji materiałów promieniotwórczych z reaktora. Zastosowanie paliwa w postaci stopionej soli i chłodziwa oraz fizyczne oddzielenie systemu wytwarzania pary od radioaktywnego rdzenia poprzez zastosowanie wtórnej pętli chłodzenia eliminuje te siły napędowe z reaktora. Wysokie ciśnienie wewnątrz rur paliwowych jest unikane poprzez odpowietrzanie gazów rozszczepialnych.
Cyrkon w PWR i sodu w szybkim reaktora stwarza potencjalne ryzyko wybuchu i pożarze. W RSS nie ma materiału reaktywnego chemicznie.
Podczas wyłączania reaktorów jądrowych nadal wytwarza się około 1% energii. W konwencjonalnych reaktorach bierne usuwanie tego ciepła jest trudne ze względu na ich niskie temperatury. RSS działa w znacznie wyższych temperaturach, dzięki czemu ciepło może być szybko przenoszone z serca. W przypadku wyłączenia RSS i awarii wszystkich aktywnych systemów odprowadzania ciepła, pozostała moc rdzenia jest rozpraszana przez kanały powietrza chłodzącego umieszczone wokół zbiornika, które pracują w sposób ciągły. Głównym mechanizmem wymiany ciepła jest promieniowanie . Przenikanie ciepła wzrasta zauważalnie wraz z temperaturą: jest zatem pomijalne w warunkach pracy, ale wystarczające do usunięcia ciepła odpadowego w wyższych temperaturach wypadku. Podczas tego procesu elementy reaktora nie ulegają uszkodzeniu, a następnie można ponownie uruchomić instalację.
Paliwa składa się z dwóch trzecich chlorek sodu (sól kuchenna), a jedną trzecią plutonu i mieszaniny lantanowców / aktynowców trichlorków . Paliwo w pierwszych sześciu reaktorów powinny pochodzić z zapasów plutonu dwutlenku czystej konwencjonalnych przerobowi zużytego paliwa jądrowego według Purex , miesza się z trichlorku od zubożonego uranu czystej. Dodatkowe paliwo może pochodzić z odpadów jądrowych przetworzonych z obecnej floty reaktorów.
Jako trichlorek zubożony uran jest znacznie bardziej stabilny termodynamicznie niż odpowiadające mu sole fluorkowe i dlatego może być utrzymywany w silnie redukującym stanie poprzez kontakt z protektorowym metalicznym cyrkonem klasy jądrowej, dodanym jako powłoka na rurce paliwowej lub wkładce do rura. Dlatego rura paliwowa może być wykonana ze standardowej stali posiadającej certyfikat jądrowy, bez ryzyka korozji. Ponieważ reaktor działa w szybkim widmie, lampy są narażone na bardzo duży strumień neutronów i są narażone na wysoki poziom uszkodzeń (dpa), szacowany na 100-200 dpa przez cały okres eksploatacji lampy. Rury byłyby wykonane ze stali wysoce odpornych na uszkodzenia spowodowane przez neutrony, takie jak PE16. Trwa również ocena innych stali z danymi dotyczącymi szybkich neutronów, takich jak HT9, NF616 i 15-15Ti.
Średnia gęstość mocy w soli paliwowego 150kW / l, co umożliwia bardzo dużym marginesem do temperatury soli poniżej punktu wrzenia. Skoki mocy na dwukrotnym tym poziomie przez znaczące okresy czasu nie przekraczają bezpiecznych warunków pracy przewodu paliwowego.
Sól chłodząca w zbiorniku reaktora to mieszanina fluorku sodu i cyrkonu. Cyrkon nie jest gatunkiem jądrowym i nadal zawiera około 2% hafnu , co ma minimalny wpływ na reaktywność rdzenia, niski koszt soli chłodzącej i bardzo skuteczną ochronę przed neutronami. 1 metr tej chłodzącej soli zmniejsza strumień neutronów o 4 rzędy wielkości. Wszystkie komponenty RSS są chronione przez to chłodziwo.
Chłodzący zawiera także 1% molowy cyrkon metaliczny (który rozpuszcza się z utworzeniem 2% molowych ZRF 2 ). Zmniejsza to jego potencjał redoks do poziomu, który sprawia, że jest on praktycznie niekorozyjny dla standardowych stali. Dlatego zbiornik reaktora, konstrukcje wsporcze i wymienniki ciepła mogą być wykonane ze standardowej stali nierdzewnej 316L.
Sól chłodząca krąży w rdzeniu reaktora za pomocą pomp przymocowanych do wymienników ciepła w każdym module. Natężenia przepływu są niewielkie, około 1 m / s, więc moc wymagana dla pomp jest niska. Istnieje nadmiarowość umożliwiająca kontynuowanie pracy w przypadku awarii pompy.
Większość krajów jądrowych decyduje się na składowanie wypalonego paliwa jądrowego pod ziemią, czekając, aż ich radioaktywność osiągnie poziom naturalnej. Jako spalarnia, RSS może zapewnić inny sposób gospodarowania tymi odpadami.
Działając w szybkim widmie, RSS skutecznie przekształca długożyciowe aktynowce w bardziej stabilne izotopy . Obecnie reaktory zasilane przetworzonym paliwem wymagają bardzo wysokiej czystości plutonu, aby uzyskać stabilny pellet. Dopóki może osiągnąć krytyczność, RSS może mieć dowolny poziom zanieczyszczenia lantanowcem i aktynowcem w swoim paliwie.
Zastosowana metoda oparta na obróbce pirolitycznej jest dobrze znana. Obróbka pirolityczna dla RSS obejmuje tylko jedną trzecią etapów konwencjonalnej obróbki pirolitycznej, co czyni ją jeszcze tańszą. Według szacunków krajowych laboratoriów w Kanadzie konwencjonalna obróbka pirolityczna pozwoliłaby zaoszczędzić połowę kosztów konwencjonalnego przetwarzania.
Strumień odpadów opuszczający RSS ma postać stałej soli w rurach. Materiał ten może być zeszklony i przechowywany pod ziemią przez ponad 300 000 lat, w zależności od aktualnej strategii, lub może zostać ponownie przetworzony. W takim przypadku produkty rozszczepienia byłyby oddzielane i bezpiecznie składowane na poziomie gruntu przez kilkaset lat potrzebnych do ich rozpadu do poziomów podobnych do rudy uranu. Kłopotliwe długotrwałe aktynowce a pozostałe paliwo będzie zawracany do reaktora do pękania lub może być przekształcona w bardziej stabilnych izotopów.
Technologia RSS jest bardzo elastyczna i można ją dostosować do kilku modeli reaktorów. Zastosowanie paliwa w postaci stopionej soli w standardowych zespołach paliwowych pozwala na wyobrażenie sobie wersji stabilnych dla soli dla wielu z szerokiej gamy reaktorów jądrowych.
Jednak Moltex Energy pragnie skoncentrować swoje wysiłki na opracowaniu przedstawionej wcześniej spalarki szybkiego widma RSS, ze względu na jej niższe przewidywane koszty i mniej wyzwań technicznych.
W dłuższej perspektywie zastosowanie stopionych soli w rurach otwiera nowe perspektywy. Zostały one opracowane na poziomie koncepcyjnym, aby potwierdzić ich wykonalność. Oni rozumieją :
Dzięki tak różnorodnym opcjom reaktorów i dużym dostępnym na świecie rezerwom uranu i toru, RSS może zasilać planetę przez kilka tysięcy lat.
Kryzys klimatyczny wzywa sektor jądrowy do opracowania konkurencyjnych technologii, które można rozwijać na dużą skalę.
Bazowy koszt kapitału dla RSS został niezależnie oszacowany przez brytyjską firmę inżynieryjną na 1500 € / kW. Dla porównania, koszt kapitału nowoczesnej elektrowni węglowej w USA wynosi 2930 € / kW i koszt przyszłego reaktora EPR w Hinkley Point 6 € 750 / kW. Konkurencyjność RSS mogłaby zostać dodatkowo wzmocniona poprzez rozwój modułowości, która umożliwiłaby osiągnięcie korzyści skali poprzez oparcie się na efekcie szeregowym.
Ten niski koszt kapitału skutkuje zdyskontowanym średnim kosztem energii elektrycznej (LCOE) w wysokości 35 EUR / MWh, z potencjałem znacznego obniżenia tego kosztu, ze względu na prostotę i samoistne bezpieczeństwo RSS.
Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) przewiduje rozwój energetyki jądrowej z instalacją dodatkowego 219 GW do 2040 r Dzięki zyski konkurencyjność swojej technologii, Moltex Energii przewiduje, że Kanał będzie konkurować z emisji energii węgla, poprzez dostęp do rynek ponad 1300 GWe energii jądrowej do 2040 r.
Brytyjski patent został przyznany w 2014 roku badano Pre-koncepcja, a sprawa bezpieczeństwa jest na dobrej drodze do rozpoczęcia formalnych rozmów z organami bezpieczeństwa.