1960 년대에 오크 릿지 국립연구소 (ORNL) 가 용융 염 원자로 연구를 먼저 진행했으며, 그들의 작업 대부분은 용융 염 원자로 실험 (MSRE) 에 따라 정상에 도달했다. MSRE 는 7.4 메가와트의 열동력을 가진 실험용 원자로로, 본질적으로 안전한 초열 중성자 증식 힙의 중성자' 코어' 를 시뮬레이션하는 데 사용된다. 녹은 우라늄과 플루토늄 연료를 테스트합니다. 테스트 된 233UF4 액체 연료는 폐기물을 최소화하기 위해 독특한 붕괴 경로를 가지고 있으며 폐기물 동위 원소의 반감기는 50 년 미만입니다. 원자로 안의 650 C 의 뜨거운 온도는 가스 터빈과 같은 고효율 열기를 구동할 수 있다. 중성자 측정을 용이하게 하기 위해 거대하고 비싼 소금 증식층을 생략했다.
MSRE 는 ORNL 에 있습니다. MSRE 파이프, 코어 케이스 및 구조 부품은 Hastelloy -N 합금으로 만들어졌으며 연화제는 열분해 흑연입니다. MSRE 는 1965 에서 임계점에 도달하여 4 년 동안 운영했습니다. MSRE 의 연료는 LIF-BE F2-ZR F4-UF4 (65-30-5-0.1), 흑연 코어는 느리게, 2 차 냉각수는 FLIBE (2LI F-BE) 입니다 MSRE 온도는 650 C 에 달하며 전체 전력 작동 1.5 년에 해당합니다. 도토리링 국립연구소의 1970- 1976 기간 동안의 최종 연구결과는 LIF-BE F2-TH F4-UF4 (72-/KLOC-) 의 연료입니다
용융 염 힙은 고유 한 안전 설계 (비활성 부품이 가져온 안전성과 큰 음의 반응 온도 계수), 충분한 토륨 증식 우라늄 -233 연료 사용, 청결: 핵분열 생성물의 낭비 (백만 킬로와트시당) 감소 10 배 감소, 매립 시간 단축/ 작은 크기에서는 2 ~ 8MW 의 열력 또는 1 3MW 의 전력이 여전히 가능합니다. 잠수함이나 비행기에 필요한 크기로 설계할 수 있습니다. 60 초 이내에 부하 변화에 대응할 수 있습니다 ("전통적인" 고체 연료 원자력 발전소와는 달리). 전형적인 용융 염 연료 원자로 (MSFR) 는 많은 핵 엔지니어들을 흥분시켰다. 개척자는 경수로 특허를 획득한 앨빈 와인버그로, 미국 유명 핵연구센터 오크링 국립연구소 주임을 맡고 있다.
중성자 밀도가 높은 원자로, 토륨 연료 순환으로 인한 우라늄 233 을 태우는' 이류' 원자로라는 두 가지 개념을 연구해 중성자를 흡수하고 결국 우라늄 233 의 토륨 염층으로 전환했다. 쌍류 방안이 발달한 시대에 이 설계의 약점은 알려진 설계에서 복잡한 배관 공사와 당시 적절한 파이프 재료가 부족하다는 데 있다. 일반 강철 니켈 합금은 중성자를 너무 많이 흡수하거나 부식되기 쉽다. 흑연은 너무 바삭한 것으로 간주되어 강한 중성자가 비춰지면 약간 팽창할 수 있다. 텅스텐은 중성자에게는 충분히 투명하지만, 열불화물에 노출되면 쉽게 부식된다.
이 두 가지 문제는 뒤이어 오크 릿지 국립연구소의 연구원들에 의해 해결되었다. Hastelloy-N 에 추적자 티타늄을 추가하여 파이프 부식 문제를 해결했다.
이중 흐름' 방안의 토륨 소금과 우라늄염은 완행제 봉의 모양 (코어와 증식층의 중성자 밀도가 유사함) 과 연료 후 처리를 조절하는 화학 과정을 세심하게 설계함으로써 더 간단하고 저렴하지만 여전히 효과적인' 단일 흐름' 원자로에 저장할 수 있다.
윈버그 연구팀의 동력 힙 설계는 MSRE 가 초고온, 고등학교 하위 밀도, 증식 힙을 검증하는 데 사용하는' 코어' 섹션과 비슷하다. 윈버그와 오크 리지 국립연구소의 동료들이 제시한 장점은 다음과 같습니다.
안전한 작동 및 유지 관리: 용융 불화물은 해수면 압력, 초고온 및 강한 조사 하에서 기계적 및 화학적 의미에서 안정적입니다. 텅스텐은 이온의 형태로 거의 모든 진화 산물과 결합되어 순환에 들어갈 수 없게 한다. 방사성 불활성 기체, 특히 제논 135, 중요한 중성자 흡수제는 예측 가능하고 수용 가능한 위치인 연료가 가장 춥고 가장 분산된 펌프 그릇에서 발생한다. 사고가 발생하더라도 생물권으로 퍼지지 않는다. 용융 염은 공기 또는 물에서 불연성이며, 방사성 핵분열 생성물의 플루토늄 원소와 불화물 염은 보통 물에 용해되지 않는다.
핵심 지역에는 고압 증기가 없고 저압 용융 염만 있다. 즉, 용융 염 코어에서 증기 폭발이 발생하지 않으며 경수로에서 가장 비싼 부품인 코어의 고압 증기 용기 케이스도 필요하지 않습니다. 대신 금속판으로 만든 큰 통과 저압관 (용융 염관) 을 대신한다. 사용된 금속 소재는 Hastelloy -N 으로 고온에 내성이 있는 희귀 니켈 합금이지만, 이 재료의 사용량이 크게 줄어들고 얇은 금속의 성형과 용접도 비싸지 않다.
경수 원자로와 마찬가지로, 플루토늄 증식 원자로는 저능열 중성자를 사용한다. 따라서 우라늄 플루토늄 연료 순환에 필요하지만 조작하기 어려운 고속 중성자 증식 원자로보다 훨씬 안전합니다. 플루토늄 연료 순환은 원자로 안전, 장기간 충분한 연료, 값비싼 연료 농축 시설이 필요하지 않다는 장점을 결합했다.
용융 염 연료 원자로의 작동 온도는 경수 원자로에 비해 시험된 MSRE 와 관련 방안 중 섭씨 650 도에서 미시험 방안 중 섭씨 950 도까지 훨씬 높다. 따라서 용융 염 원자로는 매우 효율적인 브레튼 사이클 (가스 터빈) 발전기를 구동할 수 있습니다. MSRE 는 이미 650 C 에서의 운행을 보여줌으로써 MSR 을 최첨단 4 세대 원자로로 만들었다. 고온 운행으로 인한 효율성은 연료 소비, 폐기물 배출 및 보조 장비 (주요 비용) 를 50% 이상 낮출 수 있습니다.
용융 염 원자로의 규모는 크고 작기 때문에 공공시설은 수입을 이용하여 일련의 소형 원자로 (예: 100MW 전력) 를 쉽게 건설함으로써 이자 비용과 상업적 위험을 줄일 수 있다.
용융 염 연료 원자로는 실험적이지 않습니다. 일부 디자인은 간단하고 실전 검증을 거친 용융 염더미가 이미 건설되어 650 C 에서 상당히 오랫동안 운행했다. 용융 염 원자로는 새로운 과학 지식이 필요하지 않다. 엔지니어링 측면에서 업데이트, 더 큰 또는 모듈식 설계 방안을 개발할 위험도 낮습니다.
모든 원자력 발전소와 마찬가지로 용융 염 연료 원자로는 생물권에 미치는 영향이 매우 적다. 특히 화석연료와 재생에너지 프로젝트에 비해 토지가 거의 차지하지 않고 건설 규모가 상대적으로 작으며 폐기물은 생물권과 격리돼 있다. 플루토늄 증식기는 증식최적화를 할 때 현장 후처리가 필요하며, 증식층에서 플루토늄 233 을 제거하여 중성자 포획을 통해 우라늄 234 가 아닌 플루토늄을 통해 우라늄 233 으로 붕괴한다. 이로 인해 핵연료가 핵무기 재료로 전환될 수 있다.
우라늄 233 에는 추적급 우라늄 232 가 포함되어 있으며, 이 우라늄은 쇠퇴 사슬에서 강한 감마방사능을 가진 쇠퇴자 체 탈륨 208 을 생성합니다. 감마선 전자장비에 대한 간섭은 핵무기 제조의 난이도를 증가시킬 수 있다. 동위원소 분리법으로 우라늄 232 를 제거하는 것은 비교적 어렵다. 우라늄이 토륨과 다른 원소에서 분리되면 방사능은 처음에는 낮지만, 토륨 228 (반감기 2 년) 과 단수명 토륨 붕괴 산물의 농축에 따라 증가한다. 농축 천연 우라늄은 핵무기를 만드는 더 간단한 방법이다.
불화물이 수증기에 닿으면 자연적으로 불화수소산이 생성되고, 원자로가 멈추거나, 원자로를 버리거나, 물에 잠기면 불화수소산 안개가 방출된다. 용융 염 힙 연료의 사후 처리는 인접한 작은 화학 공장에서 연속적으로 진행될 수 있다. Winberg 는 오크 릿지 국립 연구소 (Oach Ridge National Laboratory) 의 팀에서 매우 작은 사후 처리 시설이 대형 1GW 발전소에 서비스를 제공 할 수 있음을 발견했습니다. 모든 소금은 사후 처리가 필요하지만 10 일마다 한 번만 수행해야합니다. 따라서 원자로 연료 순환으로 인한 값 비싸고 유독하거나 방사성 제품의 총량은 사용 후 연료봉을 저장해야 하는 기존의 경수 원자로보다 적다. 게다가, 연료와 폐기물을 제외한 모든 것은 후처리 공장에 보관되어 있다. 사후 처리 주기는 다음과 같습니다.
불소 스프레이를 사용하여 소금에서 우라늄 -233 연료를 제거하십시오. 그리고 반드시 다음 단계 전에 완성해야 한다.
텅스텐은 4 미터 높이의 용융 기둥을 통해 연료염에서 분리되었다.
작은 저장 시설에서 비스무트 기둥에서 분리된 텅스텐은 우라늄 -233 으로 쇠퇴했다. 플루토늄의 반감기는 27 일이기 때문에 저장 10 개월은 99.9% 가 우라늄 -233 연료로 붕괴될 것을 보장할 수 있다.
증기 상 불소화 염 증류 시스템은 소금을 추출합니다. 각 소금의 증발 온도는 다르다. 가벼운 소금: 불소화 베릴륨과 불소화 리튬은 각각1169 C 와1676 C 에서 증발하는 소금 덩어리를 형성합니다. 진공에서 온도가 낮아집니다. 불소화 토륨은1680 C 정도에 증발한다. 진공에서 온도가 약간 낮다. 브롬계 원소와 알칼리성 희토불화물 (예: 브롬화 브롬화 브롬화물) 만 끓는점이 높기 때문에 보존된다. 그들은 유해한 중성자 독물을 함유하고 있다. GW 전력당 매년 약 800 킬로그램의 폐기물이 생성되기 때문에 시설이 매우 작다. 수명이 긴 초우라늄 소금은 연료로 원자로로 반송된다.
소금 증류를 통해 용융 염 연료 더미는 토륨을 태울 수 있으며, 심지어 경수로 속의 핵폐기물의 브롬염까지 태울 수 있다.
이론적으로' 쌍류' 원자로 설계는 증식을 핵분열 연료염에서 분리할 수 있다. 이것은 고온증류가 불화 브롬 (끓는 점1680 C) 과 브롬계 분열화물의 분리로 인한 기술적 도전을 제거하는데, 그 대가는 원자로 구조가 더 복잡하다는 것이다. 오크령은 MSR 코어 고온, 고등학생, 부식 환경에서 운영하기에 적합한 파이프 재료가 없기 때문에 이류 설계 방안을 포기했다. 다른 증식연료순환과 후처리와 마찬가지로, 토륨 연료순환은 모든 플루토늄 원소를 연소시킨 후 연료가 고갈될 것이다. 수백 년 동안, 이 사용된 연료들은 줄곧 방사능을 가지고 있다. 30 년의 쇠퇴를 거쳐 주요 쇠퇴산물은 플루토늄 137 과 스트론튬 90 으로, 수백 년의 쇠퇴를 거쳐 주로 테크네튬 99 등 장수명 분열산물이다. 현재의 원자력 산업에서 경수로 연료 순환으로 인한 사용 후 연료에는 플루토늄 동위원소와 플루토늄계 원소가 다량 함유되어 있다. 현재 방사선을 줄이는 방법은 거의 전적으로 플루토늄 원소의 제거, 재활용 및 재처리에 의존하고 있다. 소량만 제거하지 않고 사후 처리 폐기물의 일환으로 그 장점은 대부분 상실된다.
우라늄 플루토늄 순환에 비해, 플루토늄 순환은 중액계 원소가 훨씬 적다. 이는 대부분의 플루토늄 연료의 초기 질량이 비교적 낮기 때문에, 질량이 큰 산물은 생성되기 전에 분열에 의해 쉽게 파괴될 수 있기 때문이다. 그러나 고속 중성자의 (n, 2n) 반응으로 인해 프라세오디뮴 23 1 (반감기 3 1 만년) 이 발생합니다. 플루토늄 23 1 및 무거운 플루토늄 원소는 정상 연료 폐쇄 주기의 중성자 포획과 분열 과정을 파괴한다. 그럼에도 불구하고, 용융 염 원자로가 화학적으로 분리되면, 플루토늄 233 은 중성자 포로를 피하기 위해 코어에서 추출되고, 연속 축적을 거쳐, 플루토늄 233 의 쇠퇴산물 우라늄 233 을 원자로에 다시 넣으면, 플루토늄 23 1 도 코어에서 추출된다. 용융 염의 부식성은 통제하기 쉽다. 플루토늄 농도가 높으면 우라늄이 완충제가 되어 불소가 UF3 에서 UF4 로 전환된다. UF3 재생은 소량의 플루토늄을 첨가하여 흡수할 수 있다. MSRE 에서는 금속 베릴륨 스틱이 녹은 소금에 삽입되어 정확한 농도의 UF3 을 만듭니다.
연료봉 설계에는 대량의 검증이 필요하지 않습니다 (연료봉 설계의 검증은 일반적으로 몇 년이 걸리며, 이로 인해 새로운 핵 기술의 효과적인 배포가 방해됨). 연료는 용해되고, 화학 후처리 과정은 반응산물을 제거한다. 또한 Li+BeF+ThF 와 같은 혼합 연료를 고려합니다.
용융 염 연료 원자로는 [수동 핵 안전] 을 가질 수 있습니다. 반응성 계수가 음수인 용융 염 혼합 연료는 과열될 경우 에너지 생성을 줄일 수 있습니다. 대부분의 용융 염 원자로 용기에는 아래쪽에 빠른 냉각 플러그가 있습니다. 냉각에 실패하면 연료가 아래쪽 스토리지 장치로 비워집니다.
연속 사후 처리는 많은 원자로 설계 및 운영 문제를 단순화합니다. 예를 들어, 제논 135 에는 중성자 흡수 효과가 없습니다. 핵분열 생성물의 중성자 흡수는 계속 감소했다. 경수로의 초우라늄 원소와 장기' 폐기물' 은 연료로 연소된다.
용융 염 원자로의 기계 및 중성자 특성은 경수 원자로보다 간단하다. 코어에는 연료 소금과 연화제의 두 가지 물질이 있습니다. 따라서 정상 반응에서는 물 비등과 화학 상호 작용과 같은 양반응 공화계수가 용융 염더미에 미치는 영향이 적다. (사실, 물은 완속제이기 때문에 열더미에서 끓으면 안정된 음의 반응 공화계수가 발생한다. ) 을 참조하십시오
연료는 코어를 냉각시키는 데 사용할 수 있기 때문에 냉각수와 파이프는 고등학교 하위 플럭스 영역에 들어갈 필요가 없습니다. 연료는 코어 외부의 낮은 중성자 플럭스 영역의 열 교환기에서 냉각된다. 이렇게 하면 파이프, 테스트 및 개발의 중성자 효과에 대한 관심이 줄어듭니다.
소금의 증류 과정은 핵분열 산물의 분리와 회수를 의미하며, 이로 인해 핵전지의 비용이 매우 낮아진다. 텅스텐과 기타 전환된 희귀가스는 펌프 그릇에서 용해된 연료에서 분리되었다. 초우라늄 원소는 연료에 다시 넣어 계속 연소한다.
흑연 감속, 수냉 및 고체 연료 원자로 설계의 경우 냉각수 공화의 경우 반응성 계수가 쉽게 증가합니다 (양수 냉각수 반응성 공화 계수-원자로 냉각이 실패하면 반응이 빨라짐). 이로 인해 이러한 설계가 매우 안전하지 않습니다. 다른 유형의 원자로와 달리 단일 연료 MSR 의 연료와 냉각수는 혼합 용융 염입니다. 따라서 MSR 의 냉각수에 에어 트랩이 발생하면 연료에도 에어 트랩이 발생하여 핵반응이 종료됩니다. 게다가, 순환 밖의 비임계 용융 염 저장장치도 설계되었다. 원자로 아래 밸브를 열면 몇 초 안에 원자로 안의 연료/냉각수를 쉽게 비우고 중력을 통해 용융 염을 바깥의 전용 저장 탱크에 밀어 넣을 수 있다. 그러나 용융 염 원자로에는 다음과 같은 몇 가지 설계 과제가 있습니다.
촘촘한 용융 염더미 코어에서는 고등학생 플럭스와 고온이 흑연 완화제의 모양을 바꿔 4 년마다 교체해야 한다. 폐쇄된 파이프에서 흑연을 제거하는 것은 단류 설계를 채택하는 주요 동기이다. 대부분의 용융 염 원자로는 흑연을 구조 재료로 사용하지 않고 쉽게 교체할 수 있는 곳에 배치합니다. 한 가지 디자인은 흑연 볼을 소금에 띄워 원자로를 끄지 않고 제거하고 계속 검사할 수 있도록 하는 것이다.
핵의 고등학생 밀도는 리튬 6 을 수소인 방사성 동위원소로 빠르게 변환한다. 용융 염더미에서 텅스텐은 불화수소 (HF) 를 형성하는데, 불화수소는 강한 부식성과 활발한 화학적 성질을 지닌 방사성 기체이다. 따라서 용융 염 원자로 설계에 리튬 소금을 사용하면 리튬 7 동위 원소를 사용하여 삼중 수소의 형성을 방지한다. 용융 염 원자로는 연료염에서 리튬 6 을 제거하여 플루토늄의 형성을 막았다는 것을 증명했다. 리튬 7 은 리튬 6 14% 이상이며 가장 흔한 리튬 동위원소이기 때문에 천연 리튬에서 리튬 6 을 추출하는 것이 비교적 쉽고 저렴합니다. 리튬의 진공 증류 효율은 수준당 8% 에 달하며 천연 리튬만 진공실에서 가열해야 한다.
일부 만성 부식은 심지어 특수한 니켈 합금 -Hastelloy-N 에서도 발생한다. 반응기가 수소에 노출되면 (HF 부식성 가스 형성) 부식이 더 빨라진다. 파이프에 노출 된 수증기는 부식성 수소를 많이 흡수하므로 용융 염 더미의 소금은 실제로 건조 불활성 가스 층 (일반적으로 헬륨) 에서 작동합니다.
냉각할 때 연료염은 활발한 화학적 성질을 지닌 부식성 가스인 텅스텐을 생산한다. 과정이 느리지만 폐쇄하기 전에 연료염과 노폐물을 제거하여 불화가스 (비방사성) 를 피해야 한다. 불행히도, 이것은 실험적 용융 염 원자로가 폐쇄된 지 20 여 년 만에 만족스럽지 못한 방식으로 발견되었다.
염화나트륨과 같은 염화나트륨을 담체염으로 하는 용융 염반응기는 비슷한 장점을 많이 가지고 있다. 중염소 심지 감속 능력이 떨어지면서 원자로가 속더미가 되었다. 이론적으로 낭비되는 중성자는 적고, 증식은 더 효과적이지만, 안전성도 더 떨어진다. 또한 중성자가 염소 35 의 성장 수명을 활성화시키는 방사성 활성화 산물인 염소 36 을 막기 위해서는 순수 동위원소 염소 37 이 필요하다. 염소 36 자체는 문제가 없지만 황으로 쇠퇴하여 깨지기 쉬운 테플화황을 형성한다. SF4 는 독성 부식성 기체로 니켈 합금의 성능을 저하시키고, 물을 만나 HF 를 발생시켜 인체 점막을 손상시킨다. 연료를 준비할 필요가 없기 때문에 MSR 비용을 절감했습니다. 그러나 원자로 제조사들은 보통 연료 준비로부터 장기적인 이익을 얻기 때문에 상용화는 도전이 될 것이다. 그것은 원시 연료를 사용하기 때문에, 기본적으로 혼합화공 제품일 뿐, 이것은 현재 원자로 공급자가 원하지 않는 것이다. 연료 부품 판매의 혜택을 장기적으로 볼 수 있기 때문입니다. 그러나 정부 기관은 이 모델을 복제하고 라이센스 메커니즘을 설계할 수 있습니다. 대체 비즈니스 모델은 유료 유지 관리와 용융 염 후 처리입니다.
느린 열 중성자 토륨 기반 증식 원자로도 낮은 증식률을 가지고 있다. 매년 약 109% 의 우라늄 -233 만 소모할 수 있다. 즉, 새로운 원자로에 연료를 공급하기에 충분한 우라늄 -233 을 얻는 데 8 년 이상이 걸리며, 이로 인해 해당 유형의 원자로 배치가 느려질 수 있습니다. 새로운 플루토늄 원자로를 배치하고 가동하는 가장 실용적이고 빠른 계획은 기존의 경수로 핵폐기물이나 퇴역한 핵무기에서 나온 플루토늄을 사용해야 한다. 미국 에너지부는 일부 원자로를 즉시 가동할 수 있는 충분한 우라늄 -233 비축량을 가지고 있다. 이것은 또한 사회 핵폐기물의 높은 재고를 줄일 수 있다. 한편, 일본은 양성자암 치료 프로그램인 일본 후지 프로젝트를 이용해 간단한 연구를 진행했다. 요약하면, 일부 유형의 토륨 기반 용융 염 증식기는 킬로와트 당 발전 비용 (자본 비용 또는 사회 비용) 에 관계없이 인간이 알고있는 가장 효과적이고 진보 된 에너지 원이 될 수 있습니다.
토륨 기반 연료 사이클은 두 가지 방법으로 확산에 저항 할 수 있습니다.
첫째, 과열은 1 년에 증식하여 생기는 연료가 1 년에 소비되는 연료보다 9% 더 많다는 것은 검증될 수 있다. 과도한 증식으로 원자로 선실이 빠르게 폭발하면 동력도 운행을 멈추게 된다.
둘째, 토륨 기반 연료 순환에서 생성 된 토륨 230 은 화학적으로 분리 될 수 없으며 (생산 과정이 느림), 토륨 232 증식 물질을 점차적으로 오염시킬 것입니다. 플루토늄 230 반응은 우라늄 232 로, 우라늄 232 는 탈륨 208 의 쇠퇴 사슬에 강한 감마선 방사선을 가지고 있다. 우라늄 -233/ 우라늄 -232 연료 원자로가 방사능 성능 손상 전자로 인해 폭탄이 될 수 있다고 생각하는 것은 비현실적이다.
지각의 토륨 함량은 우라늄 238 의 약 3 배, 또는 우라늄 235 의 400 배로 납만큼 풍부하다.
토륨도 싸다. 현재 시장에서 토륨의 가격은 킬로그램 당 30 달러입니다. 2 1 세기 초 우라늄 가격이 100 달러/킬로그램까지 올랐는데, 여기에는 연료 농축과 조립 비용은 포함되지 않았다. 용융 염 연료 더미와 용융 염 냉각 고체 연료 더미는 큰 차이가 있다. 권장 4 세대 원자력 시스템에서 [용융 염 원자로 시스템], [MSCR] 이라고도 하는 것은 [용융 염 변환로] 의 이니셜이다. 연료 후처리 과정이 어렵고 연료봉은 조립과 검사가 필요하다. 이로 인해 용융 염더미 프로젝트가 초기 단계에서 배치되는 것을 방해하고 20 년 동안 계속되었다. 그러나, 그것이 조립연료를 사용하기 때문에 원자로 제조업체는 여전히 연료 부품을 판매함으로써 이익을 얻을 수 있다.
MSCR 의 장점은 안전, 저압 및 고온 냉각수이며 액체 금속 냉각 원자로도 즐길 수 있다는 것입니다. 분명히 용융 염 원자로에는 폭발을 일으킬 수 있는 증기도 없고, 거대하고 값비싼 강철 압력 용기도 없다. 고온에서 작동할 수 있기 때문에 효율적이고 가벼운 브레튼 사이클 터빈을 사용하여 열을 전기로 변환할 수 있습니다.
현재 MSCRs 에 대한 연구는 대부분 소형 열 교환기에 집중되어 있다. 더 작은 열 교환기와 더 적은 용융 염을 사용하여 비용을 더 절감할 수 있습니다.
용융 염은 부식성이 강하여 온도가 높아지면서 부식성이 더 강하다. MSR 의 주 냉각 회로에는 고온 부식과 강한 방사선을 견딜 수 있는 재질이 필요합니다. 실험에 따르면 Hastelloy -N 및 이와 유사한 합금은 최대 700 C 의 고온에서 작동하는 임무에 적응할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 생산 규모 원자로의 장기적인 경험으로 볼 때, 그것은 더 높은 작동 온도를 만족시켜야 하지만, 열화학 수소가 850 C 에서 가능해져서 심각한 엔지니어링 어려움을 초래할 수 있다. 복합탄소, 몰리브덴 합금 (예: TZM), 탄화합금 및 금속계 내화재 또는 ODS 합금이 가능할 수 있지만 이 온도 범위 내의 재질은 아직 결정되지 않았습니다. 우리가 용융 염의 기준을 선택한 것은 원자로를 더 안전하고 실용적으로 만들기 위해서이다. 불화물 소금은 주로 염소염처럼 비싼 동위원소 분리가 필요하지 않기 때문에 선호된다. 불화물은 중성자 조사 하에서 방사능이 잘 변하지 않아 흡수 단면이 염소염보다 작지만 중성자의 느린 효과는 염소염보다 좋다. 많은 5 불화물과 6 불화물의 끓는점은 매우 낮지만, 저가의 불화물의 끓는점은 매우 높다. 불화물 소금은 더 간단한 성분으로 분해하기에 충분한 열량이 필요하기 때문에 불화물 용융 염은 끓는 점보다 훨씬 낮은 온도에서' 화학적 안정' 이다.
원자로의 용융 염도 녹여야 용융 염의 융점을 효과적으로 낮출 수 있다. 이것은 또한 용융 염이 다시 가열되기 전에 용융 염에서 더 많은 열을 제거 할 수 있기 때문에 열 엔진을 더욱 효과적으로 만들 것입니다.
동위 원소 분리의 가치가있는 소금도 있습니다. 염소염을 이용하여 빠른 부가가치 원자로를 만들 수 있고, 원자로 설계에서 염소염을 이용하여 이미 많은 일을 했다. 그러나 염소염의 염소는 반드시 고순도 염소 37 로 정제해야 한다. 이렇게 하면 테플화황의 생성을 줄일 수 있다 (조사 후 방사성 염소가 황으로 쇠퇴할 때 테플화황이 생길 수 있다). 마찬가지로 용융 염의 리튬 원소는 고순도 리튬 7 로 정제해야 삼중 수소 생성을 줄일 수 있습니다 (삼중 수소는 불화수소를 형성 할 수 있음).
용융 불화물의 강한 산화 복원 작용으로 용융 불화물의 화학세를 바꿀 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 불소에 플루토늄을 넣어 이른바' FLiBe' 용융 염을 형성할 수 있다. 플루토늄을 넣으면 전기화학 전위를 낮추고 부식을 막을 수 있기 때문이다. 그러나 베릴륨은 독성이 강하므로 설계에서 외부 환경으로 유출되지 않도록 매우 주의해야 합니다. 많은 다른 염류들은 용융 염 통로의 부식을 일으킬 수 있는데, 특히 고온에서는 반응기가 높은 활성 수소를 생산할 수 있다.
지금까지 용융 염 선택에 관한 대부분의 연구는' FLiBe' 용융 염에 집중되었다. 리튬과 플루토늄은 합리적이고 효과적인 완화제이기 때문에 용융 염융점이 다른 성분보다 낮기 때문이다. 플루토늄 코어가 중성자 하나를 흡수하면 중성자 두 개를 방출할 수 있고 중성자의 경제성도 높아지기 때문이다. 연료 용융 염의 경우 보통 1%-2%mol 의 UF4 를 넣고 토륨 염과 플루토늄 소금을 넣는다. MSFR 은 단 하나의 혼합 연료만 실행했으며 MSRE 는 세 가지 알려진 핵연료를 사용했습니다.
여러 재료의 중성자 포획과 느린 효율을 비교한 후 빨간색은 플루토늄이 함유된 용융 염, 파란색은 ZrF4 가 함유된 용융 염, 녹색은 LiF 가 함유된 용융 염이다. 첫째, 소금은 매우 순수해야 하며 대형 용융 염 반응기에서 청결을 유지할 수 있어야 한다. 소금에 수증기가 함유되어 있다면 부식성이 강한 불화수소산이 형성된다. 다른 불순물은 시스템에서 제거될 수 있는 불리한 화학반응을 일으킬 수 있다. 전통적인 물 위완화제인 코어에서는 물을 정화하고 이온을 제거하는 데 많은 노력을 기울여 부식성을 줄여야 한다.
온라인 사후 처리 가능성은 용융 염 리액터 설계의 장점이다. 연속 처리는 핵분열 생성물의 재고를 줄이고 부식을 통제하며 고등학생의 흡수 단면에서 핵분열 생성물 (특히 플루토늄) 을 제거하여 중성자 경제성을 높인다. 이로 인해 MSR 은 빈중성자 연료 순환에 특히 적합하다. 일부 플루토늄이 확산되는 경우, 중간체 플루토늄 233 은 핵심에서 제거되어 고순도의 우라늄 233 을 쇠퇴시켜 매력적인 핵폭탄 제조 재료로 만들 수 있다. 연료에 남아 있다면, 플루토늄은 너무 많은 중성자를 흡수할 수 있으며, 흑연완화제와 열보 아래서 증식을 초래할 수 있다. 많은 최신 설계는 더 많은 토륨을 사용하는 것이 좋습니다. 이로 인해 적은 수의 플루토늄 원자가 두 번째 중성자를 흡수하거나 (N, 2n) 반응을 통해 우라늄 232 가 생성됩니다. 이 중성자는 흡수되지 않고 원자핵의 다른 중성자를 명중시킵니다. 우라늄 -232 의 반감기가 짧기 때문에, 그 쇠퇴 사슬에는 높은 플루토늄 방사성 물질이 함유되어 있으며, 우라늄의 이 동위원소 혼합물은 핵폭탄 제조에 더 이상 매력이 없다. 동시에, 이 장점은 더 많은 소금을 처리하는 추가 비용을 가져왔다. 또 다른 설계 제안은 중수를 고효율 완화제로 사용하여 중성자 경제성을 높이는 것입니다 (더 많은 중성자 손실을 흡수할 수 있도록 허용). 그러나 이러한 설계로 인해 원자로는 저온 및 저열 효율에서만 작동할 수 있습니다. 필요한 용융 염 후 처리 기술은 실험실 수준에서만 천명되었다. 전체 규모의 상용 원자로 응용의 전제는 상업경쟁력이 있는 용융 염 청소 시스템을 개발하는 것이다.