Reator Geração IV: Superar as deficiências das atuais instalações de energia nuclear

De Fouad Sabry

O que é o Reator Geração IV

O Fórum Internacional Geração IV está pesquisando a viabilidade comercial de vários projetos de reatores nucleares diferentes que se enquadram no termo genérico "geração Reatores IV." Eles são movidos por muitos propósitos diferentes, alguns dos quais incluem maior segurança, sustentabilidade aprimorada, maior eficiência e custos reduzidos.

Como você se beneficiará

(I) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: reator de geração IV

Capítulo 2: reator nuclear

Capítulo 3 : Reator criador

Capítulo 4: Reator de nêutrons rápidos

Capítulo 5: Reator rápido integral

Capítulo 6: Reator de sal fundido

Capítulo 7: Combustível nuclear

Capítulo 8: Reator de água supercrítica

Capítulo 9: Reator de gás de alta temperatura

Capítulo 10: Reator rápido resfriado a chumbo

Capítulo 11: Reator rápido resfriado a sódio

Capítulo 12: Ciclo do combustível de tório

Capítulo 13: Líquido me reator resfriado a vapor

Capítulo 14: Reabastecimento on-line

Capítulo 15: Reator de tório de flúor líquido

Capítulo 16: Reator de ondas viajantes

Capítulo 17: Lista de projetos de reatores modulares pequenos

Capítulo 18: TerraPower

Capítulo 19: Reator BN-1200

Capítulo 20: Reator de sal fundido integral

Capítulo 21: BREST (reator)

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre o reator de geração iv.

(III) Exemplos do mundo real para o uso do reator de geração iv reator em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, brevemente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 ​​graus das tecnologias do reator de geração IV.

Para quem é este livro

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, amadores e aqueles que desejam ir além do conhecimento ou informação básica para qualquer tipo de reator de geração IV.

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 7 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Geração IV Reator Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a linha de assunto Generation IV Reator: Superando as deficiências das atuais instalações nucleares, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Reator de Geração IV, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Reator geração IV.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Reator de Geração IV, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno da Geração IV Reator, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre o Reator de Geração IV. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

O Fórum Internacional geração IV está a fazer investigação sobre a viabilidade comercial de vários diferentes desenhos de reatores nucleares que se enquadram no termo reatores de geração IV . São impulsionados por muitos propósitos diferentes, alguns dos quais incluem o aumento da segurança, o reforço da sustentabilidade, o aumento da eficiência e a redução dos custos.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Reator de geração IV

Capítulo 2: Reator nuclear

Capítulo 3: Reator de criador

Capítulo 4: Reator de neutrões rápidos

Capítulo 5: Reator rápido integral

Capítulo 6: Reator de sal fundido

Capítulo 7: Combustível nuclear

Capítulo 8: Centro de Investigação Atómica de Bhabha

Capítulo 9: Reator de água supercrítico

Capítulo 10: Reator a gás de alta temperatura

Capítulo 11: Reator rápido arrefecido a gás

Capítulo 12: Reator rápido arrefecido por chumbo

Capítulo 13: Reator rápido arrefecido por sódio

Capítulo 14: Ciclo do combustível do tório

Capítulo 15: Reator de tório de tório de fluoreto líquido

Capítulo 16: Reator de ondas itinerantes

Capítulo 17: Lista de pequenos desenhos modulares de reatores

Capítulo 18: TerraPower

Capítulo 19: Energia nuclear baseada no tório

Capítulo 20: Reator de Sal Fundido Integral

Capítulo 21: BREST (reator)

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Reator de geração IV

Os reatores de geração IV, muitas vezes conhecidos como reatores Gen IV, são uma série de desenhos de reatores nucleares que estão atualmente a ser explorados pelo Fórum Internacional geração IV para potenciais utilizações no sector comercial. São impulsionados por muitos propósitos diferentes, alguns dos quais incluem o aumento da segurança, o reforço da sustentabilidade, o aumento da eficiência e a redução dos custos.

O reator rápido de sódio, que é o desenho mais desenvolvido para um reator Gen IV, obteve a maior fatia de financiamento ao longo dos anos. Existem várias instalações de demonstração em funcionamento, para além de dois reatores comerciais, ambos localizados na Rússia. Desde 1981, pelo menos um destes tem funcionado com sucesso como um negócio. A criação de um ciclo de combustível fechado amigo do ambiente e autossustentável para o reator é a componente mais importante da arquitetura Gen IV. Dos seis tipos diferentes, aquele com potencial para ter a maior segurança intrínseca é o reator de sal fundido, que é uma tecnologia mais antiga e menos estabelecida.

A partir deste momento, a grande maioria dos reatores que ainda estão operacionais em todo o mundo são considerados sistemas da segunda geração de reatores. Isto deve-se ao facto de a maioria dos sistemas da primeira geração terem sido desmantelados há bastante tempo e, a partir do ano de 2021, existem apenas alguns reatores da Geração III que ainda estão operacionais. Os reatores da geração V são referidos como reatores que são completamente teóricos neste momento e que não são, portanto, considerados realistas no futuro médio. Consequentemente, o financiamento da investigação e do desenvolvimento é restringido a este tipo de reatores.

O Escritório de Energia Nuclear dos Estados Unidos foi a força motriz por detrás da criação do Fórum Internacional geração IV (GIF) em janeiro de 2000.

Departamento de Energia (DOE)

O Fórum GIF apresentou horários individualizados para cada um dos seis sistemas distintos. O processo de investigação e desenvolvimento pode ser dividido em três fases:

viabilidade: Testar as ideias fundamentais em situações relevantes; localizar e fixar eventuais possíveis rolhas tecnológicas; viabilidade:

São necessárias verificação e otimização de processos, fenómenos e capacidades materiais à escala de engenharia em circunstâncias de protótipo.

demonstração: Complete e obtenha uma licença para o desenho detalhado, bem como realizar a construção e operação do protótipo ou sistema de demonstração, com o objetivo final de o elevar ao nível da implantação comercial.

Inicialmente, foi tomado em consideração uma grande variedade de desenhos de reatores; no entanto, o conjunto de candidatos foi reduzido para incluir apenas as tecnologias mais promissoras e aqueles que tiveram a melhor hipótese de cumprir os objetivos do esforço da Gen IV. Três dos sistemas são considerados reatores térmicos, enquanto os outros quatro são considerados reatores rápidos. Também estão a ser feitas investigações para determinar se o Reator de Alta Temperatura, ou VHTR, pode fornecer calor de processo de alta qualidade para a síntese de hidrogénio. A utilização de reatores rápidos tem a opção de reprodução de mais combustível do que os utilizados e de actinides de combustão, o que minimizaria ainda mais a quantidade de resíduos produzidos pelo processo. Dependendo do ponto de vista de cada um, estes sistemas proporcionam avanços consideráveis em termos de sustentabilidade, segurança e fiabilidade, economias, resistência à proliferação e proteção física.

Um reator nuclear que emprega neutrões térmicos ou neutrões lentos é conhecido como um reator térmico. Os neutrões que são libertados como um subproduto da fissão são abrandados por um moderador de neutrões, a fim de aumentar a probabilidade de o combustível absorvê-los.

Como seguimento do HTR-10, o governo chinês começou a trabalhar em 2012 na construção de uma demonstração HTR-PM 200-MW reator de leito de pedra de alta temperatura.

Um núcleo de grafite moderado e um ciclo de combustível de urânio uma vez por todo o tempo estão no centro do design do reator de alta temperatura (VHTR).

como um refrigerante, é utilizado hélio ou sal fundido.

Este desenho do reator prevê uma temperatura de saída de 1.000°C.

Tanto um bloco prismático como uma arquitetura de reator de cama de pedra são opções viáveis para o núcleo do reator.

As altas temperaturas possibilitam a realização de uma variedade de processos, incluindo a criação de hidrogénio e calor de processo através do ciclo termoquímico de enxofre-iodo.

Em fevereiro de 2010, o reator modular sul-africano de camas de seixo (PBMR), que seria o primeiro reator de alta temperatura do mundo, foi negado financiamento pelo governo. Os potenciais investidores e consumidores foram adiados devido a um aumento significativo dos preços, bem como às preocupações com a ocorrência de questões técnicas imprevistas.

Em 2012, no âmbito do concurso para o desenvolvimento da próxima geração de centrais nucleares, o Laboratório Nacional do Idaho deu a sua aprovação a um projeto comparável ao reator de Antares, bloco prismático da Areva, com o objetivo de o implementar como protótipo até ao ano de 2021. O PBMR conhecido como Xe-100 produzirá cerca de 76 MWe e 200 MWt de energia térmica. A típica planta de quatro embalagens Xe-100 é capaz de produzir cerca de 300 MWe e pode ser construída em apenas 13 hectares de terra. Todas as partes do Xe-100 poderão ser transportadas por estrada, e para acelerar o processo de construção, em vez de construir qualquer coisa no estaleiro, será simplesmente montada lá.

O principal refrigerante, ou talvez o próprio combustível, num reator de sal derretido é uma mistura de sais derretidos. Esta forma de reator nuclear é conhecida como um reator de sal derretido. Foram várias as propostas para a construção deste tipo de reator, e apenas alguns protótipos foram construídos.

A ideia básica de um  ESCLEROSE Múltipla pode ser aplicada a outros tipos de reatores, incluindo reatores térmicos, epitérmicos e rápidos. Desde 2005, foi dada ênfase ao desenvolvimento de um MSR de espectro rápido (MSFR).

Tanto os reatores de espectro térmico (como o IMSR) como os reatores de espectro rápido estão incluídos nos desenhos dos conceitos de ideias mais recentes (por exemplo, MCSFR).

As primeiras noções do espectro térmico, bem como muitas das usadas agora, dependem do combustível nuclear.

talvez tetrafluoride de urânio (UF4) ou tetrafluo de tório (ThF4), dissolvido em sal de flúor fundido.

O fluido atingiria a criticidade fluindo para um núcleo onde a grafite funcionaria como moderadora. Isto faria com que o fluido atingisse a criticidade.

Várias das teorias de hoje baseiam-se no uso de combustível que se espalha numa matriz de grafite, com o sal derretido a servir como fonte de baixa pressão.

um arrefecimento a uma temperatura elevada.

Como a velocidade média dos neutrões que causariam os eventos de fissão dentro do seu combustível é mais rápida do que a dos neutrões térmicos, estes conceitos de MSR da Gen IV são frequentemente denominados mais precisamente um reator epitérmico em vez de um reator térmico. Isto deve-se ao facto de os neutrões térmicos serem mais lentos que os neutrões epitérmicos.

Espectro rápido O moderador de grafite não está incluído em nenhum dos desenhos de ideias msr (como MCSFR). Alcançam a criticidade assegurando-se de que possuem uma quantidade suficiente de sal com uma quantidade adequada de partículas cindível. Devido ao seu espectro rápido, são capazes de consumir uma quantidade muito maior de combustível, produzindo apenas resíduos de curta duração.

A tecnologia do sal fundido tem várias variantes, incluindo o reator conceptual de fluido dual, que está a ser projetado com chumbo como meio de arrefecimento, mas combustível de sal fundido, geralmente como cloreto metálico, por exemplo, cloreto de plutónio(III), para ajudar em maiores capacidades de ciclo de combustível fechado de resíduos nucleares. A maioria dos desenhos de MSR atualmente em perseguição são em grande parte derivados da experiência do reator de molten-sal de 1960 (MSRE). Outras abordagens notáveis que diferem significativamente da MSRE incluem o conceito de reator de sal estável (SSR), que é promovido pela MOLTEX. Esta abordagem envolve o sal derretido em centenas de barras de combustível sólido comum que já estão bem estabelecidas na indústria nuclear. Outras abordagens notáveis incluem: Em 2015, uma empresa de consultoria localizada no Reino Unido chamada Energy Process Construction determinou que este design britânico posterior era o mais competitivo para o desenvolvimento de pequenos reatores modulares.

A perspetiva de o MSR funcionar como um queimador de resíduos nucleares de espectro térmico é mais uma característica notável deste reator. Apenas os reatores de espectro rápido foram tradicionalmente considerados viáveis para a utilização ou redução das unidades nucleares usadas. No entanto, novas investigações sugerem que outros tipos de reatores também podem ser eficazes. O processo de queima de resíduos térmicos foi possível adicionando uma pequena quantidade de tório ao combustível nuclear usado em vez de uma parte do urânio. Sem as preocupações de proliferação nuclear e outros desafios técnicos associados aos reatores rápidos, a taxa de produção líquida de elementos transuranium (como o plutónio e o américo, por exemplo) é reduzida a um nível inferior à taxa de consumo. Isto resulta numa redução da magnitude do problema de armazenamento nuclear.

O reator de água supercrítico, também conhecido como SCWR, é um conceito para um reator de água de moderação reduzida. No entanto, como a velocidade média dos neutrões que causariam os eventos de fissão dentro do combustível é mais rápida do que a dos neutrões térmicos, é mais precisamente referido como um reator epitérmico em vez de um reator térmico. Isto deve-se ao facto de os neutrões epitérmicos viajarem a uma temperatura mais alta do que os neutrões térmicos. O fluido de trabalho é a água que foi empurrada para o seu estado supercrítico. Os SCWRs são essencialmente reatores de água leve (LWRs), mas são operados a maiores pressões e temperaturas e têm um ciclo de troca de calor direto que só passa por ele uma vez. Uma vez que utiliza água supercrítica (não confundir com massa crítica) como fluido de trabalho, teria apenas uma fase de água presente, o que torna o método de troca de calor supercrítico mais semelhante a um reator de água pressurizado do que a um reator de água a ferver (BWR), que é como é mais comumente previsto operar. No entanto, não é o caso de um reator de água a ferver (BWR), que funciona num ciclo direto (PWR). Seria capaz de funcionar a temperaturas muito maiores do que as de PWRs ou BWRs atualmente em uso.

A eficiência térmica dos reatores supercríticos arrefecidos pela água (SCWRs) é de cerca de 45%, enquanto a eficiência dos reatores de água leve contemporânea (LWRs) é de aproximadamente 33%. Esta elevada eficiência térmica faz das SCWRs um candidato atraente para sistemas nucleares avançados.

A produção de energia a um custo reduzido é o objetivo primordial do SCWR. Baseia-se em duas tecnologias que já se mostraram eficazes: os reatores de água leve (LWRs), que são os reatores geradores de energia que são utilizados em todo o mundo com mais frequência, e caldeiras sobreaquecidas de combustíveis fósseis, que também são utilizadas num número significativo de locais em todo o mundo. Há agora 32 grupos de 13 nações diferentes a analisar a ideia do SCWR.

Como resultado do facto de serem reatores de água, as SCWRs são suscetíveis aos mesmos perigos que os BWRs e os LWRs, incluindo a libertação de vapor radioativo e a possibilidade de explosão de vapor, bem como a exigência de recipientes de pressão pesados extremamente dispendiosos, tubos, válvulas e bombas. Devido ao facto de as SCWRs funcionarem a temperaturas mais elevadas, estas questões comuns são inerentemente mais severas para estes reatores.

O VVER-1700/393, também conhecido como VVER-SCWR ou VVER-SKD, é um reator supercrítico arrefecido pela água que está em vias de ser projetado na Rússia. Tem uma relação de reprodução de 0,95 e um núcleo de entrada dupla.

Sem qualquer moderação, os neutrões rápidos produzidos por fissão podem ser utilizados imediatamente num reator rápido. Em contraste com os reatores de neutrões térmicos, os reatores de neutrões rápidos podem ser programados para queimar, ou fissão, todos os actinídeos. Se for dado tempo suficiente, isso resultará numa redução significativa da fração de actinídeos no combustível nuclear usado produzido pela atual frota mundial de reatores de água leve de neutrões térmicos, completando assim o ciclo do combustível nuclear. Em alternativa, também são capazes de produzir mais combustível actinídeo do que o necessário se a configuração dos seus sistemas for alterada.

O sistema de reator rápido arrefecido a gás (GFR) está equipado com um ciclo de combustível fechado e um espectro de neutrões rápidos, permitindo a conversão eficaz de urânio fértil, bem como a gestão de actinídeos.

O reator é arrefecido por hélio e com uma temperatura de saída de 850 °C é uma evolução do reator de alta temperatura (VHTR) para um ciclo de combustível mais sustentável.

A grande eficiência térmica será conseguida com a utilização de uma turbina a gás de ciclo Brayton direta.

Vários outros tipos de combustível estão agora a ser contemplados devido à sua capacidade de funcionar a temperaturas muito elevadas e de assegurar uma retenção excecional de produtos de fissão. Estas formas de combustível incluem: combustível cerâmico composto, partículas de combustível melhoradas ou componentes de compostos actinídeos que estão envoltos em cerâmica.

As configurações do núcleo que são baseadas em conjuntos de combustível à base de pinos ou placas, bem como em blocos prismáticos, estão agora a ser consideradas.

Um dos três sistemas de reatores de geração IV que receberam financiamento da Iniciativa Nuclear Nuclear Sustentável Europeia é um reator rápido arrefecido a gás que se chamará Allegro e terá uma capacidade de 100 MWt. Este reator destina-se a ser construído num país da Europa Central ou Oriental.

O BN-600 e o BN-800 são os dois maiores reatores rápidos arrefecidos pela Rússia, e ambos estão localizados na Rússia (800 MW). O reator Superfenix em França, que tinha uma produção de mais de 1.200 megawatts de eletricidade e esteve operacional com sucesso durante alguns anos até ser desativado em 1996, foi o maior reator que já tinha sido posto em funcionamento. Em outubro de 1985, o Reator de Teste de Criador Rápido (FBTR), localizado na Índia, alcançou a criticidade. O combustível do FBTR queimou a eficiência pela primeira vez atingiu a marca de 100.000 megawatts-dias por tonelada de urânio (MWd/MTU) em setembro de 2002. Isto é visto como um feito significativo na história da tecnologia de reatores criadores na Índia. Um reator rápido arrefecido de sódio com uma capacidade de 500 MWe está agora a ser construído com um custo de 5.677 crores INR (cerca de 900 milhões de dólares). Esta construção está a ser feita utilizando a experiência obtida a partir do funcionamento do FBTR, o Reator DeR de Reator Rápido protótipo. Na sequência de uma série de contratempos, o governo disse em março de 2020 que agora prevê que o reator só estará operacional em dezembro de 2021. Após o PFBR, haverá mais seis reatores comerciais de fast breeders (CFBRs), cada um com uma capacidade de 600 MWe.

O reator de reprodução rápida alimentado a óxido e o reator rápido integrado alimentado a metal são dois conceitos que já estão em desenvolvimento para os reatores de reprodução rápido arrefecidos por sódio. O Gen IV SFR é um projeto que se alarga a estas duas iniciativas.

O objetivo é reduzir a exigência de que quaisquer isótopos transuranicos saiam do local de forma a maximizar a eficácia do uso de urânio. Isto será conseguido através da produção de plutónio. Um núcleo não moderado alimentado por neutrões rápidos é utilizado na construção do reator. Esta configuração destina-se a facilitar o consumo de qualquer isótopo transuranico (e em alguns casos utilizado como combustível). O combustível para o SFR expande-se quando o reator fica demasiado quente, o que faz com que a reação em cadeia abrande automaticamente. Isto para além das vantagens que advêm da eliminação dos transulénicos de meia-vida do ciclo de resíduos. É seguro, de forma não ativa, desta forma.

Um dos desenhos de um reator SFR tem-no a ser arrefecido por sódio líquido e a ser alimentado por uma liga metálica de urânio e plutónio ou combustível nuclear usado, que é o resíduo nuclear produzido por reatores de água leve. O combustível SFR está envolto em revestimento de aço, e o sódio líquido preenche o espaço entre as partes revestidas que compõem o conjunto de combustível. O conjunto de combustível é o que compõe o SFR. Um SFR tem uma série de obstáculos em termos da sua conceção, sendo um dos quais os perigos associados ao manuseamento do sódio. O sódio tem uma reação explosiva quando entra em contacto com a água. No entanto, em vez de utilizar a água como o refrigerante, o metal líquido é usado em vez disso. Isto permite que o sistema funcione a pressão atmosférica, o que, por sua vez, reduz a probabilidade de fugas.

A Iniciativa Nuclear Nuclear Europeia forneceu financiamento para três sistemas de reatores de geração IV. Um deles foi um reator técnico avançado de sódio para demonstrações industriais (ASTRID), que é um reator rápido arrefecido por sódio.

Existem vários progenitores do Gen IV SFR localizados em todo o mundo. Um desses progenitores é o 400 MWe Fast Flux Test Facility, que tem operado eficazmente no local de Hanford, em Washington, nos últimos 10 anos.

No Laboratório Nacional de Idaho, o 20 MWe EBR II esteve em funcionamento durante quase trinta anos até ser encerrado em 1994. Durante esse tempo, correu suave e eficazmente.

O Laboratório Nacional de Argonne foi responsável pelo desenvolvimento da tecnologia que foi utilizada no Reator Rápido Integral (IFR) entre os anos de 1984 e 1994. O reator PRISM da GE Hitachi é uma utilização atualizada e comercializada dessa tecnologia. Em vez de produzir combustível fresco, o principal objetivo do projeto PRISM é reciclar o combustível nuclear usado dos reatores existentes através da combustão. O conceito, que foi apresentado como uma alternativa ao método tradicional de enterrar combustível nuclear usado e resíduos, encurta a metade das vidas dos componentes fissionáveis que estão presentes no combustível nuclear usado, ao mesmo tempo que produz energia em parte significativa como subproduto.

O reator rápido arrefecido por chumbo tem um reator eutectico de chumbo ou chumbo/bismuth (LBE) com um ciclo de combustível fechado. Este tipo de reator produz radiação rápida do espectro de neutrões.

Entre as opções disponíveis estão uma variedade de classificações de plantas, inclui uma bateria que pode armazenar entre 50 e 150 MW de potência e tem um longo tempo entre reabastecimentos, um sistema modular com classificações de saída entre 300 e 400 MW, bem como uma grande opção monolítica com uma capacidade de 1.200 MW (o nome batteryude alls to the long-long-duradouro, duradouro,  núcleo que foi feito na planta, em contradição com qualquer disposição para a conversão eletroquímica de energia).

O combustível é composto por um metal ou um nitreto e inclui urânio fértil e transuranics.

O reator é arrefecido por convecção natural com uma temperatura de arrefecimento da saída do reator de 550 °C, possivelmente até 800 °C com materiais avançados.

A maior temperatura permite que as reações termoquímicas produzam hidrogénio.

A Iniciativa Nuclear Nuclear Sustentável Europeia está a financiar três sistemas diferentes de reatores de geração IV. Um deles é um reator rápido arrefecido por chumbo que é também um reator sub-crítico orientado pelo acelerador. Vai chamar-se MYRRHA, e terá uma capacidade de 100 MW(t). A construção deste reator terá lugar na Bélgica, prevendo-se que esteja concluída até ao ano 2036. Em março de 2009, o modelo de energia reduzida de Myrrha, que recebeu o nome de Guinevere em Mol, foi posto em funcionamento.

A noção de que os acidentes nucleares podem ocorrer e devem ser dominados é substituída pela ideia de excluir acidentes, tal como defendido pelo Fórum GEN IV. Argumentam que a combinação de sistemas de segurança nuclear ativos e passivos que seriam