Reator De Sal Fundido: Repensando o ciclo do combustível no futuro da energia nuclear?

De Fouad Sabry

O que é o reator de sal fundido

Um tipo de reator de fissão nuclear conhecido como reator de sal fundido, ou MSR, é aquele em que o principal refrigerante do reator nuclear e /ou o combustível é uma mistura de sal fundido. Houve apenas dois MSRs em operação, e ambos eram reatores de pesquisa nos Estados Unidos. O Molten-Salt Reactor Experiment da década de 1960 teve como objetivo provar o conceito de uma usina nuclear que implementa um ciclo de combustível de tório em um reator reprodutor, enquanto o Aircraft Reactor Experiment da década de 1950 foi motivado principalmente pelo tamanho compacto que a técnica oferece. O Experimento do Reator de Aeronaves foi realizado na década de 1950. O aumento da pesquisa em projetos de reatores da Geração IV começou a revigorar o interesse na tecnologia e, em setembro de 2021, a China estava prestes a iniciar seu MSR de tório TMSR-LF1. Esse interesse foi despertado pelo fato de vários países terem projetos usando a tecnologia.

Como você se beneficiará

(I) Insights e validações sobre o seguintes tópicos:

Capítulo 1: Reator de sal fundido

Capítulo 2: Reator nuclear

Capítulo 3: Reator de leito de seixos

Capítulo 4: Reator criador

Capítulo 5: Reator de nêutrons rápidos

Capítulo 6: Coeficiente de vazio

Capítulo 7: Segurança nuclear passiva

Capítulo 8: Combustível nuclear

Capítulo 9: Reator de geração IV

Capítulo 10: Reator de gás de alta temperatura

Capítulo 11: Ciclo do combustível de tório

Capítulo 12: Alvin M. Weinberg

Capítulo 13: Experimento do reator de sal fundido

Capítulo 14: Reator de tório de flúor líquido

Capítulo 15: FLiBe

Capítulo 16: Energia nuclear à base de tório

Capítulo 17: Reator de sal fundido integral

Capítulo 18: Reator nuclear ThorCon

Capítulo 19: Reator de fluido duplo

Capítulo 20: Reator de sal estável

Capítulo 21: TMSR -LF1

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre reator de sal fundido.

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

(IV) 17 apêndices para explicar, resumidamente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 ​​graus das tecnologias de reatores de sal fundido.

Para quem este livro é destinado

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

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 8 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Molten Salt Reactor Copyright © 2022 by 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 Reator de Sal Derretido: Repensar o ciclo de combustível no futuro da energia nuclear? , e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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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 Sal Derretido, 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 de Sal Derretido.

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 Sal Derretido, 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 do Reator de Sal Derretido, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente do topo 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 Sal Derretido. 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

Uma espécie de reator de fissão nuclear conhecido como reator de sal fundido, ou MSR para abreviar, é aquele em que o principal reator de arrefecimento e/ou o combustível é uma mistura de sal derretido. Só houve dois MSRs em funcionamento, e ambos eram reatores de investigação nos Estados Unidos. A experiência do reator de molten-sal dos anos 60 visava provar o conceito de uma central nuclear que implementa um ciclo de combustível de tório num reator criador, enquanto a Experiência do Reator de Aeronaves dos anos 50 foi motivada principalmente pelo tamanho compacto que a técnica oferece. A Experiência do Reator de Aeronaves foi realizada na década de 1950. O aumento da investigação sobre os desenhos de reatores da Geração IV começou a revigorar o interesse pela tecnologia e, a partir de setembro de 2021, a China estava à beira de iniciar o seu MSR de tório TMSR-LF1. Este interesse foi desencadeado pelo facto de numerosos países terem projetos com recurso à tecnologia.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 6: Reator de sal fundido

Capítulo 2: Reator nuclear

Capítulo 3: Reator de criador

Capítulo 4: Reator de criador

Capítulo 5: Reator de neutrões rápidos

Capítulo 6: Segurança nuclear passiva

Capítulo 7: Combustível nuclear

Capítulo 7: Combustível nuclear

Capítulo 9: Reator de geração IV

Capítulo 9: Reator de água supercrítico

Capítulo 11: Reator rápido arrefecido por chumbo

Capítulo 12: Alvin M. Weinberg

Capítulo 13: Experiência do reator de sal fundido

Capítulo 14: Reator de tório de tório de fluoreto líquido

Capítulo 15: Reator de Sal Derretido fuji

Capítulo 16: Lista de pequenos desenhos modulares dos reatores

Capítulo 17: Reator de Sal Fundido Integral

Capítulo 18: Energia nuclear baseada no tório

Capítulo 19: Reator integral de sal fundido

Capítulo 20: Potência Transatómica

Capítulo 21: Reator de sal estável

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 6: Reator de sal fundido

Uma espécie de reator de fissão nuclear conhecido como reator de sal fundido, ou MSR para abreviar, é aquele em que o principal reator de arrefecimento e/ou o combustível é uma mistura de sal derretido. Só houve dois MSRs em funcionamento, e ambos eram reatores de investigação nos Estados Unidos. A experiência do reator de molten-sal dos anos 60 visava provar o conceito de uma central nuclear que implementa um ciclo de combustível de tório num reator criador, enquanto a Experiência do Reator de Aeronaves dos anos 50 foi motivada principalmente pelo tamanho compacto que a técnica oferece. A Experiência do Reator de Aeronaves foi realizada na década de 1950. O aumento da investigação sobre os projetos de reatores da Geração IV começou a revigorar o interesse pela tecnologia, com vários países a terem projetos, e a partir de setembro de 2021, a China está à beira de iniciar o seu reator de tório TMSR-LF1 MSR. [Citação necessária].

Pensa-se que os MSRs são mais seguros do que os reatores convencionais devido ao facto de operarem com combustível que já se encontra em estado de fusão. Além disso, em caso de emergência, a mistura de combustível foi concebida para drenar do núcleo e para um recipiente de contenção, onde se solidifique em reservatórios de drenagem de combustível. Isto elimina a possibilidade de os reatores tradicionais (combustíveis sólidos) sofrerem uma fusão nuclear descontrolada, bem como as explosões de hidrogénio relacionadas, como se viu durante a tragédia nuclear em Fukushima. em vez de aumentar a pressão dentro dos tubos de combustível durante a vida útil do combustível, como é feito nos reatores tradicionais alimentados a sólidos, este tipo de reator mantém uma pressão constante ao longo de todo. Os MSRs também têm a capacidade de ser reabastecidos enquanto estão a funcionar, o que é efetivamente a mesma coisa que o reprocessamento nuclear online. Os reatores convencionais, por outro lado, têm de ser desligados para serem reabastecidos (reatores de água pesada como o CANDU ou os PHWRs da classe Atucha são uma exceção notável).

Outra característica-chave dos MSRs é a temperatura de funcionamento de cerca de 700 °C (1.292 °F), significativamente superiores às LCL tradicionais a cerca de 300 °C (572 °F), oferecendo um nível de eficiência mais elevado na produção de eletricidade, o potencial das instalações que armazenam energia para a rede, a produção económica de hidrogénio e, em alguns casos, opções para reduzir o calor do processo.

A corrosividade dos sais quentes e a alteração da composição química do sal, uma vez que é transmutada pelo fluxo de neutrões no núcleo do reator, são ambas dificuldades relevantes que devem ser abordadas ao longo do processo de conceção.

Os MSRs proporcionam uma multiplicidade de benefícios incomparáveis aos concedidos pelos reatores de energia nuclear convencionais; mas, por razões históricas, não foram implementadas.

Em comparação com os reatores convencionais, os MSRs, particularmente aqueles em que o combustível é dissolvido no sal, têm uma série de características distintas. A pressão dentro de um núcleo do reator pode ser bastante baixa, mas a temperatura pode ser bastante alta. A este respeito, um MSR é mais análogo a um reator arrefecido de água leve que utiliza metal líquido para arrefecimento do que a um reator normal de água leve. Em contraste com o combustível outrora utilizado na maioria das centrais nucleares dos Estados Unidos neste momento, os MSR são muitas vezes concebidos como reatores de reprodução equipados com ciclos de combustível fechados.

Para limitar as excursões de reatividade, os conceitos de segurança dependem de um coeficiente de temperatura de reatividade que seja negativo e de um aumento significativo da temperatura provável. É possível instalar um segundo recipiente que seja arrefecido passivamente por baixo do reator como uma técnica alternativa para desligar o reator. No caso de haver uma avaria, bem como para efeitos de manutenção de rotina, o combustível é drenado do reator. A reação nuclear em cadeia está interrompida, o que também funciona como um mecanismo de arrefecimento secundário. Para alguns desenhos experimentais subcríticos muito seguros, os aceleradores de neutrões foram sugeridos como uma solução.

Os MSRs têm inúmeros benefícios potenciais sobre os reatores de água leve que já estão a ser utilizados:

A remoção do calor do processo de decomposição é realizada passivamente em MSRs, tal como em todos os desenhos de reatores de baixa pressão. Como o combustível e o refrigerante são o mesmo fluido em certos desenhos, remover o refrigerante também remove o combustível do reator. Isto é análogo à forma como a remoção do moderador num LWR também remove o refrigerante nesse desenho. Ao contrário do vapor, os sais de flúor têm dificuldade em dissolver-se em água e não produzem hidrogénio que possa ser queimado. Os sais fundidos, em contraste com o aço e o óxido de urânio sólido, não são prejudicados pelo bombardeamento de neutrões que ocorre no núcleo do reator; no entanto, o reator ainda é.

Uma vez que um MSR de baixa pressão não possui o vapor radioativo de alta pressão que um BWR tem, não experimenta fugas de vapor radioativo e água de arrefecimento e não requer a contenção dispendiosa, o vaso de núcleo de aço, as tubagens e os equipamentos de segurança necessários para conter o vapor radioativo. A grande maioria dos desenhos de MSR, por outro lado, prevê que os produtos de fissão radioativos que transportam fluidos que transportam produtos de fissão radioativo estejam em contacto direto com bombas e permutadores de calor.

Uma vez que os MSRs são capazes de funcionar com neutrões lentos, existe a possibilidade de tornar os ciclos de combustível nuclear fechados mais rentáveis. Qualquer reator que complete o ciclo do combustível nuclear e assim diminua as consequências ambientais, desde que o plano seja executado no seu conjunto, inclui: Através de um processo de separação química, os actinídeos de longa duração são convertidos de volta em combustível do reator. A maioria dos resíduos que são libertados são produtos de fissão, muitas vezes conhecidos como cinzas nucleares, que têm meias-vidas mais curtas. Por isso, o tempo necessário para a contenção geológica é reduzido das dezenas de milhares de anos exigidos pelo combustível nuclear usado de um reator de água leve para apenas 300 anos. Além disso, permite a utilização de combustíveis nucleares alternativos, como o tório.

O piroprocessamento pode ser utilizado na fase líquida do combustível para extrair produtos de fissão, também conhecidos como cinzas nucleares, a partir de combustíveis actinídeos. Isto pode oferecer benefícios ao método mais tradicional de reprocessamento, apesar de ainda ser necessário um desenvolvimento significativo.

O fabrico de barras de combustível não é necessário (substituído por síntese de sal de combustível).

Alguns desenhos são compatíveis com o espectro de neutrões rápidos, que pode queimar materiais transuranic problemáticos de reatores nucleares de água leve padrão, tais como Pu240, Pu241 e mais alto (plutónio de grau reator).

Em menos de um minuto, um MSR pode responder a alterações na carga (ao contrário das centrais nucleares de combustível sólido tradicionais que sofrem de envenenamento por xenon).

Os reatores de sal fundido são capazes de operar a altas temperaturas, o que resulta num aumento do nível de eficiência térmica. Isto resulta numa redução do tamanho, custos e efeitos no ambiente.

Os MSRs têm o potencial de fornecer uma alta potência específica, que se refere a uma alta potência em baixa massa, como mostra o ARE.

Devido ao seu potencial para uma economia de neutrões favorável, o MSR é uma opção apelativa para o ciclo de combustível de tório deficiente de neutrões.

Comparativamente pouco progresso quando comparado com a maioria dos desenhos da Gen IV

Nos sistemas que utilizam sal de combustível circulante, os radionuclídeos dissolvidos no combustível entram em contacto com peças significativas de equipamentos como bombas e permutadores de calor, que provavelmente precisariam de manutenção para serem executados remotamente e podem ser dispendiosos.

Para certos MSRs, é necessário um processamento químico no local para controlar a mistura de núcleo e eliminar os produtos de fissão.

Alterações necessárias aos regulamentos para acomodar aspetos significativamente diferentes do design

As ligas à base de níquel são utilizadas na construção de certos desenhos de MSR, a fim de conter o sal derretido.

As ligas baseadas em níquel e ferro são propensas a embrionamento sob fluxo de neutrões elevados. : 83

Risco de corrosão.

Os sais fundidos precisam de um acompanhamento vigilante do seu estado de redox para mitigar o perigo de corrosão.

Este apresenta um conjunto único de desafios para sistemas que utilizam o sal de combustível circulante, em que uma mistura complicada de isótopos cindível e fértil, juntamente com os seus respetivos produtos de fissão, transmutação e decadência, está a ser bombeado através do reator.

Os desenhos que utilizam o sal de combustível estático utilizam a modularização da questão. O sal de combustível é armazenado dentro de pinos de combustível, que são substituídos regularmente, principalmente devido a danos causados pela irradiação de neutrões, é um componente fundamental do conceito operacional; enquanto a composição química do sal refrigerante é mais simples e, sob o controlo estatal redox adequado, não coloca os pinos de combustível ou o recipiente do reator em perigo de corrosão de forma alguma.

(Em referência ao controlo dos estados redox), consulte as descrições fornecidas para os sais de combustível e refrigerantes utilizados no reator de sal estável.

Os MSRs criados na ORNL na década de 1960 só podiam ser utilizados de forma sem risco por um período limitado de tempo, e operados a apenas cerca de 650 °C.

Os riscos potenciais de corrosão incluem a dissolução do crómio por sais de tório de fluoreto líquido a 700 °C >, ameaçando assim os componentes de aço inoxidável.

Outros agentes típicos da liga, como o cobalto e o níquel, são suscetíveis à transformação por radiação de neutrões, encurtando o tempo de vida.

No caso de sais de lítio (como.

FLiBe), é vantajoso, se for caro, fazer uso do 7Li para reduzir a produção de trítio (o trítio tem a capacidade de infiltrar-se em aços inoxidáveis), causar emapoio e fugir para a envolvente circundante).

A Hastelloy N foi criada pela ORNL para ajudar a enfrentar estes desafios, além disso, estão a ser feitos trabalhos para que sejam aprovados tipos adicionais de aço estrutural para utilização em reatores (316H),, 800H, inco 617).

Alguns desenhos de MSR podem ser alterados para criar um reator criador capaz de gerar material nuclear adequado para uso em armas.

Tanto o MSRE como os reatores nucleares da aeronave empregavam níveis de enriquecimento tão elevados que estavam perigosamente próximos dos utilizados em bombas nucleares. Estes níveis violariam a lei ao abrigo da grande maioria dos sistemas regulamentares contemporâneos que estão em vigor para as instalações elétricas. A grande maioria dos desenhos contemporâneos afasta este problema.

O tempo de vida útil de um MSR que utiliza neutrões térmicos moderados pode ser encurtado em resultado de danos de neutrões em materiais moderadores sólidos. Por exemplo, o MSRE foi construído com tolerâncias extremamente soltas para as suas varas moderadoras de grafite, de modo a que os danos de neutrões possam variar o seu tamanho sem causar qualquer dano aos próprios sticks moderadores. Uma vez que a grafite muda de tamanho quando é rebentada com neutrões, não é possível utilizar tubos de grafite em desenhos MSR dois fluidos. Os tubos de grafite dividir-se-iam e vazavam se fossem utilizados nestes desenhos. Devido à necessidade de prevenir a moderação, um MSR que utiliza neutrões rápidos não pode empregar grafite de qualquer forma.

Os MSRs térmicos têm um tempo de duplicação mais lento do que os criadores de neutrões rápidos, apesar de os seus rácios de reprodução serem mais baixos.

Os sais fundidos são um dos muitos métodos que podem ser usados para o arrefecimento dos MSRs.

Os reatores de combustível sólido arrefecidos a sal fundidos passam por alguns nomes diferentes, incluindo sistema de reator de sal fundido na proposta geração IV, reatores de conversores de sal fundido (MSCR), reatores avançados de alta temperatura (AHTR) e reatores fluoreto de alta temperatura. Todos estes nomes referem-se ao mesmo tipo de reator (FHR, designação do DOE preferido).

Os FHRs não conseguem simplesmente reprocessar o combustível e têm barras de combustível que precisam de ser produzidas e certificadas. Este processo pode demorar até vinte anos a partir do momento em que o conceito é concebido pela primeira vez. O FHR mantém os benefícios económicos e de segurança de um refrigerante de baixa pressão e de alta temperatura, que são características que também são partilhadas por reatores arrefecidos por metais líquidos. Nomeadamente, não existe produção de vapor no núcleo, como existe nos BWRs, pelo que não há necessidade de um recipiente de pressão maciça e a preços elevados (conforme necessário para os PWRs). Como pode funcionar a altas temperaturas, uma turbina a gás de ciclo Brayton que seja eficiente e leve pode ser usada para o processo de conversão do calor em potência.

Uma parte significativa da investigação que está a ser feita em FHRs neste momento está focada no desenvolvimento de pequenos permutadores de calor compactos que podem reduzir os volumes de sal derretido e as despesas que estão ligadas a essas quantidades.

O potencial corrosivo dos sais fundidos pode ser bastante significativo, e este potencial aumenta à medida que a temperatura sobe.

No que diz respeito ao circuito de refrigeração principal, é essencial ter um material resistente à corrosão mesmo quando sujeito a altas temperaturas e a uma radiação forte.

As experiências mostram que Hastelloy-N e as mesmas as mesmas são adequadas a estas tarefas a temperaturas de funcionamento até cerca de 700 °C.

No entanto, há falta de experiência operacional.

Temperaturas de funcionamento ainda mais elevadas são desejáveis — a 850 °C torna-se possível a produção termoquímica de hidrogénio.

Não foram efetuados testes para validar materiais para esta gama de temperaturas, não obstante o facto de compósitos de carbono, as asas de molibdénio (por exemplo.

TZM), carbonetos, bem como a possibilidade de utilização de ligas ODS ou materiais baseados em metais refratários.

Um investigador privado propôs que uma solução poderia ser empregar as novas ligas beta-titânio Au, uma vez que isso não só permitiria operar a temperaturas muito elevadas, como também aumentaria a margem de segurança.

As misturas de sal foram selecionadas para tornar o reator mais funcional e seguro.

Fluorina tem apenas um isótopo estável (¹⁹F), e sob a influência do bombardeamento de neutrões não se torna facilmente radioativo.

Em contraste com o cloro e os vários outros halides, fluorina também tem uma taxa de absorção de neutrões mais baixa e moderados (lentos) neutrões mais eficazmente.

As temperaturas elevadas fazem com que os fluoretos com baixa valência fervam, apesar de vários pentafluoretos e hexafluoretos ferverem a temperaturas muito moderadas.

Antes de poderem ser reduzidos aos seus componentes, têm de ser aquecidos a temperaturas extremamente elevadas.

Quando mantidos substancialmente abaixo das respetivas temperaturas de ebulição, os sais fundidos deste tipo são considerados quimicamente estáveis.

Os sais de flúor têm uma baixa solubilidade na água, e não criam hidrogénio queimado.

O cloro tem dois isótopos estáveis (³⁵Cl e ³⁷Cl), bem como um isótopo de decomposição lenta entre eles, o que facilita a absorção de neutrões por ³⁵Cl.

A presença de cloretos permite a construção de reatores de criadores rápidos.

Verificou-se uma redução significativa da quantidade de investigação realizada sobre desenhos de reatores utilizando sais de cloreto.

O cloro, ao contrário do fluorino, deve passar pelo processo de purificação para separar o isótopo estável mais pesado, ³⁷Cl, reduzindo assim a produção de tetracloreto de enxofre que ocorre quando ³⁵Cl absorve um neutrão para se tornar ³⁶Cl, e depois degrada-se por decadência beta a ³⁶S.

O lítio deve ser na forma de ⁷Li purificado, porque ⁶Li captura eficazmente neutrões e produz trítio.

Mesmo que seja utilizado o ⁷Li puro, a criação de quantidades substanciais de trítio é desencadeada por sais que contêm lítio, análogos às centrais nucleares que utilizam água pesada.

Para reduzir os seus pontos de fusão, os sais do reator são frequentemente encontrados em misturas que estão perto do eutático. Devido ao seu baixo ponto de fusão, o sal pode ser derretido mais facilmente no arranque, e há menos hipóteses de o sal congelar quando é arrefecido no permutador de calor.

Como os sais de fluoreto fundido têm uma janela redox relativamente grande, o potencial redox do sistema de sal fundido é passível de modificação. Com a adição de berílio, o composto conhecido como fluorina-lítio-berílio (ou FLiBe) pode ser usado para reduzir o potencial redox e quase acabar com a corrosão. No entanto, devido ao facto de o berílio ser um elemento muito venenoso, terão de ser incluídas medidas de segurança adicionais no projeto, a fim de evitar que qualquer um deles seja libertado para o ambiente. Uma grande variedade de sais diferentes também tem o potencial de induzir corrosão nas tubagens, especialmente se o reator estiver suficientemente quente para produzir hidrogénio altamente reativo.

Até à data, a maioria dos estudos tem-se centrado no FLiBe, principalmente devido ao facto de o lítio e o berílio serem moderadores relativamente bons e combinarem para gerar uma combinação de sal eutáctico com um ponto de fusão mais baixo do que cada um dos sais componentes.

Além disso, a duplicação de neutrões pode ocorrer em berílio, aumentando a eficiência da economia de neutrões.

Após a tomada de um neutrão, o núcleo de berílio irá entrar neste processo, o que resultará na libertação de dois neutrões.

Devido à gasolina que contém sais, geralmente  é adicionado 1% ou 2% (por toupeira) de UF4.

Os fluoretos de tório e plutónio também foram usados a certa altura.

A ORNL foi o primeiro lugar do mundo a descobrir métodos para preparar e trabalhar com sal derretido. A remoção de óxidos, enxofre e contaminantes metálicos é o objetivo do processo de purificação utilizado no sal. A presença de óxidos pode levar à deposição de partículas sólidas durante o funcionamento do reator. À temperatura de funcionamento, o ataque corrosivo de enxofre às ligas à base de níquel requer a sua remoção para que o processo possa continuar. Para efeitos de controlo da corrosão, é necessário remover metais estruturais como o crómio, o níquel e o ferro.

Foi especificada uma fase de purificação do teor de água utilizando hF e gás de varrimento de hélio para funcionar a 400 °C.

A contaminação por óxido e enxofre nas misturas de sal foi removida utilizando a mistura de gás hf – H2 , com o sal aquecido a 600 °C.

Um benefício que pode vir com a utilização de um MSR é o potencial do processamento on-line.

O processamento numa base contínua resultaria numa menor acumulação de produtos de fissão, eliminando os produtos de fissão que têm uma grande secção transversal de absorção de neutrões, a corrosão pode ser controlada e a economia de neutrões pode ser melhorada, especialmente o xenon.

Por isso, o MSR é uma excelente escolha para ser usado no ciclo de combustível de tório pobre em neutrões.

O processamento online de combustível pode introduzir riscos de acidentes de processamento de combustível:15 que podem desencadear a libertação de isótopos de rádio.

Em algumas circunstâncias envolvendo a reprodução de tório, o protactinium ²³³Pa do produto intermédio seria removido do reator e autorizado a decompor-se em ²³³U altamente puro, um componente apelativo para utilização no fabrico de bombas.

Desenhos mais atualizados sugerem o uso de um com uma potência específica mais baixa ou um segundo cobertor de reprodução de tório.

Isto resulta numa diluição do protactinium de tal forma que apenas uma pequena fração dos átomos de protactinium são capazes de absorver um segundo neutrão ou protão, através de uma (n, 2n) reação química (em que um neutrão incidente não é absorvido, mas em vez disso derruba um neutrão fora do núcleo), gerar ²³²U.

Como o ²³²U tem uma curta meia-vida e a sua cadeia de decomposição contém emissores gama duras, reduz a conveniência da composição isotópica de urânio para uso na produção de bombas.

Este ganho resultaria no aumento das despesas de um inventário cindível maior ou de um desenho de dois fluidos com uma quantidade significativa de sal cobertor. No entanto, seria possível obter este benefício.

Embora tenha sido demonstrada a tecnologia essencial para a reciclagem do sal de combustível, só o foi feito à escala laboratorial. A realização de investigação e desenvolvimento para a construção de um sistema de limpeza do sal de combustível economicamente viável é uma condição prévia para a construção de