כור מלח מותך

כור מלח מותך הוא כור גרעיני המיועד להפקת אנרגיה באמצעות מלח מותך כנוזל הקירור. כורים מסוג זה שייכים לדור הרביעי ומתאפיינים בבטיחות פאסיבית, טמפרטורת עבודה ויעילות תרמודינאמית גבוהה.
כורים מסוג זה מחליפים את המים או מים כבדים ששימשו כנוזל הקירור האופייני בדורות הקודמים, בתערובת מלחים שמאפשרת טמפרטורת רתיחה גבוהה בהרבה יותר ממים ובכך מספקים מספר יתרונות בהם, טמפרטורת יציאה גבוהה בהרבה שגורמת ליעילות תרמודינאמית רבה יותר ומגוון תהליכים אפשריים, וכן שיפור מהותי בבטיחות מכיוון שאין קיטור, ולכן הלחץ במערכת יורד ללחץ אטמוספירי.
בכור מלח מותך הדלק הגרעיני יכול להיות מומס בתוך המלח או בצורת מוצק (מוטות דלק), השליטה בכור מתבצעת על ידי הכנסת והוצאת מוטות גרפיט מהליבה ששולטים בקצב תגובת השרשרת.

כור מוטס

הרעיון נהגה בשנות ה-50 כפתרון להנעת המטוס הגרעיני קונבאייר X-6 והחיפוש אחר כור בעל צפיפות אנרגיה גבוהה. כדי לחקור את הרעיון נבנו שתי מעבדות, האחת באיידהו עסקה בכור מקורר במתכות קלות, והשנייה באוק-רידג' טנסי שעסקה בכור שבו החומר הבקיע – דלק גרעיני - היה חלק מהמלחים שהומסו בכור.
הכור הניסיוני הראשון נקרא ARE, מבוסס אורניום שכלל מאיט (Neutron moderator) מתחמוצת בריליום ומעגל קירור מבוסס נתרן, הפיק בשנת 1954 100MW בטמפרטורת שיא של 860°C. עבור כור זה פותחו סגסוגות מתכות ייחודיות שיעמדו בשיתוך (קורוזיה) והצלחתו פתחה את הדלת לכור ניסיוני נוסף בשם PWAR שהפיק בשנת 1957 טמפרטורה יציבה של 675°C.

MSRE

מעבדת אוק-רידג' ניצלו והרחיבו את תשתיות ניסוי הכור המוטס ויצרו בשנות ה-60 את ה-MSRE כור מלח מותך מבוסס אורניום שכלל גרפיט כמאיט ומלח מותך לקירור והפיק 7.4MW וטמפרטורה של 650°C, הכור עבד כשנה וחצי ואפשר הפריה של תוריום אף על פי שאפשרות זו נזנחה לצורכי מחקר. כור זה היה הכור הבטוח פאסיבי הראשון וכובה והושאר ללא השגחה כל סוף שבוע.

MSBR

השלב הבא שהציעה מעבדת אוק-רידג' בתחילת שנות ה-70 היה הרחבה של ה-MSRE, החלפת הדלק הגרעיני בתוריום, עדכון של מעגל הקירור והמלח המשמש אותו והוספת יכולת הפריה. כור זה לא נבנה בין היתר, מטעמים פוליטיים שנבעו מהעדפת הממשל בוושינגטון ליצור מקומות עבודה במדינת קליפורניה בתוכנית הכור המפרה המהיר ולכן לא תוקצב והתוכנית נסגרה.

שנות ה-80 והלאה

היו מאמצים נוספים אך לא משמעותיים בתחום והוא נשכח עד הופעת הדרישות לדור הרביעי שכוללות שיפורי בטיחות, יעילות וצמצום פסולת גרעינית, מניעת הפצת נשק גרעיני והוזלת עלות הפקת האנרגיה שכורי מלח מותך עונים עליהן ולכן חברות וממשלות בארצות הברית, בריטניה, דנמרק, הודו, יפן, סין, צרפת, קנדה ורוסיה עוסקות בפיתוח כורים מסוג זה.

מבנה ועקרון פעולה

כור גרעיני הוא מערכת המפיקה אנרגיה וכוללת ליבה שבה הדלק הגרעיני יוצר חום, מערכת בקרה ומערכת הסעת חום. בכורי מלח מותך משמש המלח לקירור הליבה ובחלק מהכורים הוא משמש בתמיסה המכילה דלק גרעיני.

ליבה

כאמור ישנם שני סוגים של כור מלח מותך, כור בו הדלק הגרעיני נמצא בתמיסה עם המלח וכור בו המלח משמש רק לקירור הדלק הגרעיני. בכור בו המלח משמש לקירור בלבד, ליבת הכור היא האזור בו מתרחש הביקוע הגרעיני. הביקוע גורם לפליטת אנרגיה באמצעות חום וקרינה רדיואקטיבית שמחממת את המלח, הדלק הגרעיני בליבה נמצא בצינורות, הקרויים מוטות דלק, בדומה לכור מים קלים ומגיע למצב של תגובת שרשרת רק לאחר האטה של הניטרונים באמצעות החדרת חומר מאיט כדוגמת גרפיט. מערכת הבקרה שולטת על מידת ההאטה ובכך שולטת על קצב הביקוע הרצוי (בפיצוץ גרעיני אין מערכת שליטה לכן תגובת השרשרת לא מרוסנת והיא מתחזקת כל עוד יש חומר לביקוע). בכור בו הדלק הגרעיני נמצא בתמיסה עם המלח התמיסה נכנסת לליבה, הניטרונים שבדלק הגרעיני מואטים בגלל הגרפיט בליבה ולכן נוצרת תגובת שרשרת שמחממת את המלח בתמיסה. לאחר שהתמיסה החמה יוצאת מהליבה תגובת השרשרת נפסקת (אך הרדיואקטיביות נמשכת).

מערכת הבקרה

תפקידה של מערכת הבקרה היא לאפשר לשלוט בקצב ולהפסיק את תגובת שרשרת גרעינית. תגובת השרשרת הגרעינית הוא תהליך בו ניטרון נפלט מגרעין של אטום פוגע בגרעין של אטום אחר מבקע אותו ויוצר אטומים קטנים יותר ולפחות שני ניטרונים חדשים שיכולים להמשיך ולהרחיב את התהליך. בכורים בהם הדלק הגרעיני לא מרוכז כדוגמת אורניום לא מועשר, על מנת שניטרון יוכל לפגוע בגרעין אטום אחר יש צורך להאט אותו. מערכת הבקרה מבצעת את התפקיד הזה אם נדרש לעצור את תגובת השרשרת, תפקיד מערכת הבקרה הוא לעצור את הניטרונים. מערכת הבקרה משתמשת בחומרים מאיטים ניטרונים כמו גרפיט כדי לשלוט בקצב תגובת השרשרת. כמות רבה של גרפיט בליבה תעצור את התהליך מכיוון שהניטרונים יאטו מדי. כמות מעטה של גרפיט בליבה תגרום להאצה של הניטרונים ועצירת תגובת השרשרת.