Kaksoisfluidireaktori
Kaksoisfluidireaktori (, DFR) on sulasuolareaktorista kehitetty ydinreaktori, jossa jäähdytysaine ja polttoaine kiertävät toisistaan erillisissä piireissään fluidina. Reaktorin jäähdytyksen ensiöpiirissä on kaavailtu käytettäväksi sulaa lyijyä. Näin kyseessä olisi nestemäisellä metallilla jäähdytetty reaktori. Sula lyijy toimii myös neutroniheijastimena ja vähentää myös reaktorin gammasäteilyä. Mitään neutronihidastimia ei tarvita eikä käytetä, vaan reaktori on niin sanottu nopea hyötöreaktori. Reaktorin korkean lämpötilan vuoksi voimalalta voidaan odottaa korkeaa termistä hyötysuhdetta. Myös vedyn tuotanto hyvällä hyötysuhteella olisi mahdollista. Koska reaktorin lämpötila pysyy jäähdytysaineen ja polttoaineen kiehumispisteen alapuolella, kumpaakaan näistä ei tarvitse paineistaa, ja näin reaktoria ei tarvitse sijoittaa paineastiaan. Reaktorin passiivisen turvallisuuden oletetaan myös olevan korkealla tasolla, sillä pääasiassa polttoaineen lämpölaajeneminen estää reaktorin ylikuumenemisen. Kaksoisfluidireaktorista on suunnitelmissa kaksi eri versiota. Enemmän sulasuolareaktoria muistuttava DFR/s käyttää polttoainepiirissään aktinoidien suoloja. Vielä suurempaan tehotiheyteen pääsee DFR/m, jonka polttoainepiirissä virtaa sula metalli.
Kansainvälinen järjestö GIF on nimennyt neljännen sukupolven ydinreaktoreihin kuusi merkittävää teknologiaa noin sadan ehdokkaan joukosta:
Näistä kuudesta neljännen sukupolven reaktoriteknologiasta kaksoisfluidireaktori yhdistää kolme: LFR, VHTR ja MSR.
Nopean reaktorin erityinen etu on mahdollisuus hyödyntää polttoaineenaan muiden ydinvoimaloiden käytettyä polttoainetta, jolloin ongelmalliset pitkäikäiset radioaktiiviset isotoopit saadaan hyödynnettyä ja hajotettua nopeutetusti. Samalla ydinpolttoaine saadaan hyödynnettyä satakertaisesti.
Kaksoisfluidireaktori on valittu Puolan ydinenergiaohjelman lupaavaksi tutkimuskohteeksi kaasujäähdytteisen korkean lämpötilan reaktorin ohella.
Hyötöreaktorit, jollainen kaksoisfluidireaktorikin on, kykenevät muuttamaan fissiileiksi ytimiksi fertiilejä ytimiä niin tehokkaasti, että reaktorin käynnistyksen jälkeen reaktori kykenee tuottamaan fertiileistä ytimistä kaiken tarvitsemansa reaktoripolttoaineen.
Reaktorin toiminnan kannalta tärkeimmät ydinreaktiot ovat hyötöreaktio ja fissio eli ytimen halkeaminen.
Plutoniumin fissio
Yksi plutoniumytimen halkaisu tuottaa kolme nopeaa neutronia. Vaikka joka kerta plutoniumin Pu ydin ei halkeakaan, neutronikaappauksessa syntyvä Pu ydin on myös fissiili. Suurienerginen nopea neutroni kykenee halkaisemaan nämä sivutuotteina syntyvät ytimet paljon todennäköisemmin kuin hitaat neutronit. Ytimien onnistunut halkaiseminen on oleellista ydinreaktorin neutronitalouden ja ketjureaktion jatkumisen kannalta.
Uraanin hyötöreaktio
Hyötöreaktiossa fertiili U ydin muuttuu fissiiliksi Pu ytimeksi.
Torium polttoaineena
Kaksoisfluidireaktori on hyvän neutronitaloutensa ansiosta lupaava ehdokas toriumia polttoaineenaan käyttäväksi hyötöreaktoriksi. Käytettäessä toriumia reaktorin polttoaineena hyötöreaktiossa muodostuu fissiiliä uraanin isotooppia U, jonka fissio tuottaa pääosan reaktorin neutronivuosta.
Kaksoisfluidireaktorin ensimmäinen vaihtoehto DFR/s muistuttaa polttoainepiirinsä puolesta sulasuolareaktoria. Reaktorin polttoaineeksi on ajateltu plutoniumtrikloridia, uraanitrikloridia ja toriumtrikloridia. Reaktori soveltuu myös köyhän uraanin ja ydinjätteen hävittämiseen. Reaktorin lämpötila on korkea, noin 1 000 °C. Reaktorin lämpötila asettaa vaatimuksia käytettävien suolojen suhteen ja erityisesti sopivan kiehumispisteen kannalta. Korkea lämpötila yhdessä sulan suolan kemiallisen korroosiotaipumuksen kanssa edellyttää paljon reaktorin polttoainepiirin putkistolta. Volframin seoksista ja piikarbidista oletetaan saatavan riittävän kestävät materiaalit reaktorin putkistoon.
Kaksoisfluidireaktorin toinen vaihtoehto DFR/m perustuu sulan metallin käyttöön polttoainepiirissä. Fissioituvista metalleista ei tehdä yhdisteitä muiden alkuaineiden kanssa vaan toimintapisteessään reaktorin lämpötila on niin korkea että polttoaineena käytettävät metallit virtaavat sulana. DFR/m odotetaan olevan tehotiheydeltään ja taloudellisuudeltaan vielä parempi kuin DFR/s.