Reaktor garam cair

Reaktor garam cair (RGC) merupakan sebuah kelas dari reaktor fisi nuklir di mana pendingin reaktor nuklir utama dan bahan bakarnya merupakan sebuah campuran garam cair dengan bahan fisil.

Bahan bakar reaktor garam cair (MSR) adalah garam cair panas, bukan bahan bakar padat seperti kebanyakan reaktor nuklir. Garam cair ini dapat berbentuk garam fluorida atau klorida yang mengandung bahan fisil seperti uranium atau torium terlarut. Selain berfungsi sebagai bahan bakar, garam cair ini juga berperan sebagai pendingin, mengangkut panas untuk menghasilkan listrik, dan bisa juga berfungsi sebagai moderator dalam beberapa desain.         
jmpl|Skema ini menguraikan berbagai kemungkinan penerapan panas untuk Integral Molten Salt Reactor IMSR.
jmpl|Perbandingan garam FLiBe padat dan cair. Warnanya berasal dari uranium tetrafluorida terlarut.
jmpl|Reaktor nuklir Thorcon

Bahan bakar MSR berbentuk cair, bukan padat, yang melarut dalam garam cair yang sangat panas, seperti garam fluorida atau klorida. Garam cair ini berfungsi sebagai bahan bakar sekaligus pendingin, yang mengangkut panas dari teras reaktor ke pembangkit listrik. Komposisi MSR (Molten Salt Reactor) dapat menggunakan beberapa jenis bahan bakar, yang paling umum adalah campuran garam cair yang mengandung uranium (seperti UF₄) atau torium (seperti ThF₄), yang dilarutkan dalam garam pembawa cair (seperti LiF-BeF₂ atau FLiBe). Bahan bakar yang mengandung torium, seringkali dikombinasikan dengan uranium untuk menghasilkan bahan bakar lebih efisien, atau disebut sebagai reaktor pembiak torium (LFTR). Desain MSR memungkinkan penambahan material fisil secara eksternal jika diperlukan, mengurangi kebutuhan akan inventaris reaktivitas berlebih. 

Dua MSR penelitian beroperasi di Amerika Serikat pada pertengahan abad ke-20. Eksperimen Reaktor Pesawat Udara (ARE) tahun 1950-an terutama dimotivasi oleh ukuran teknologi yang ringkas, sementara Eksperimen Reaktor Garam Cair (MSRE) tahun 1960-an bertujuan untuk mendemonstrasikan pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan siklus bahan bakar torium dalam reaktor pembiak. File: GenIV.MSR.ANES.2002.rev1

Peningkatan penelitian terhadap desain reaktor Generasi IV memperbarui minat di abad ke-21 dengan banyak negara memulai proyek. Pada 11 Oktober 2023, TMSR-LF1 Tiongkok mencapai kekritisan, dan kemudian mencapai operasi daya penuh, serta pembiakan torium.

 Properti 
MSR menghilangkan skenario pelelehan nuklir yang terjadi pada reaktor berpendingin air karena campuran bahan bakar tetap dalam keadaan cair. Campuran bahan bakar dirancang untuk dialirkan tanpa dipompa dari teras ke bejana penahanan dalam skenario darurat, di mana bahan bakar memadat, menghentikan reaksi. Selain itu, evolusi hidrogen tidak terjadi. Hal ini menghilangkan risiko ledakan hidrogen (seperti pada bencana nuklir Fukushima). MSR beroperasi pada atau mendekati tekanan atmosfer, alih-alih 75–150 kali tekanan atmosfer pada reaktor air ringan (LWR) pada umumnya. Hal ini mengurangi kebutuhan dan biaya untuk bejana tekan reaktor. Produk fisi gas (Xe dan Kr) memiliki kelarutan yang rendah dalam garam bahan bakar, dan dapat ditangkap dengan aman saat menggelembung keluar dari bahan bakar, alih-alih meningkatkan tekanan di dalam tabung bahan bakar, seperti yang terjadi pada reaktor konvensional. MSR dapat diisi ulang bahan bakarnya saat beroperasi (pada dasarnya pemrosesan ulang nuklir daring) sementara reaktor konvensional dimatikan untuk pengisian bahan bakar (pengecualian penting termasuk reaktor tabung tekanan seperti CANDU air berat atau PHWR kelas Atucha, RBMK berpendingin air ringan bermoderator grafit, dan reaktor berpendingin gas buatan Inggris seperti Magnox, AGR). Suhu operasi MSR sekitar 700 °C (1.292 °F), jauh lebih tinggi daripada LWR tradisional yang sekitar 300 °C (572 °F). Hal ini meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik dan peluang panas proses.

Tantangan desain yang relevan meliputi korosivitas garam panas dan perubahan komposisi kimia garam saat ditransmutasikan oleh fluks neutron.

MSR, terutama yang berbahan bakar dalam garam cairnya, menawarkan tekanan operasi yang lebih rendah, dan suhu yang lebih tinggi. Dalam hal ini, MSR lebih mirip dengan reaktor berpendingin logam cair daripada reaktor berpendingin air ringan konvensional. Desain MSR seringkali merupakan reaktor pembiakan dengan siklus bahan bakar tertutup—berbeda dengan bahan bakar sekali pakai yang saat ini digunakan pada pembangkit listrik tenaga nuklir konvensional.

MSR memanfaatkan koefisien reaktivitas suhu negatif dan kenaikan suhu yang diizinkan untuk mencegah kecelakaan kekritisan. Untuk desain dengan bahan bakar dalam garam, garam tersebut langsung mengembang secara termal seiring dengan penurunan daya. Pada reaktor konvensional, reaktivitas negatif tertunda karena panas dari bahan bakar harus ditransfer ke moderator. Metode tambahan adalah menempatkan wadah terpisah yang didinginkan secara pasif di bawah reaktor. Bahan bakar akan mengalir ke dalam wadah selama malafungsi atau pemeliharaan, yang menghentikan reaksi.

Suhu beberapa desain cukup tinggi untuk menghasilkan panas proses, sehingga mereka dimasukkan ke dalam peta jalan GEN-IV.

 Masa kritis pada MSR 
Masa kritis pada Reaktor Garam Cair (MSR) adalah kondisi di mana reaksi fisi berantai dalam bahan bakar garam cair dapat dipertahankan secara berkelanjutan. Dibandingkan dengan reaktor berbahan bakar padat konvensional, MSR memiliki karakteristik yang unik dalam mencapai dan mengendalikan kondisi kritis ini. 

Kondisi kritis dalam MSR dipengaruhi oleh beberapa faktor yang terkait dengan sifat bahan bakar cairnya: Dalam MSR, bahan bakar fisi (seperti uranium atau plutonium) dilarutkan langsung dalam garam cair. Kondisi kritis dapat dicapai dengan menyesuaikan konsentrasi bahan bakar dalam garam. Saat suhu garam bahan bakar meningkat, kerapatannya menurun, yang berarti bahan bakar fisi menjadi kurang padat. Ini menyebabkan lebih sedikit reaksi fisi, sehingga secara inheren memberikan umpan balik negatif terhadap reaktivitas. Ini adalah fitur keselamatan penting dari MSR. Banyak desain MSR menggunakan moderator, seperti grafit, untuk memperlambat neutron dan meningkatkan kemungkinan terjadinya reaksi fisi. Pemilihan dan kepadatan moderator menjadi faktor penting dalam mencapai kondisi kritis. Ukuran dan bentuk teras reaktor juga memengaruhi bagaimana neutron berinteraksi dengan bahan bakar, yang pada akhirnya menentukan kondisi kritis. 

Masa kritis pada reaktor thorium molten salt reactor (MSR) adalah titik di mana reaksi nuklir menjadi mandiri dan berkelanjutan, sehingga reaktor dapat beroperasi secara otomatis. Proses ini dicapai dengan memicu reaksi fisi dari uranium-233 yang dihasilkan dari bombardir neutron pada torium dalam garam cair yang dipanaskan. Keselamatan MSR dijaga dengan fitur "freeze plug" (sumbat beku) yang akan mencair jika suhu naik melebihi titik kritis, sehingga bahan bakar cair akan mengalir ke bak penampung yang sub-kritis dan secara otomatis mematikan reaktor tanpa daya eksternal. 

Torium dilarutkan dalam garam florida cair, menciptakan bahan bakar reaktor cair. Garam cair yang mengandung torium dibombardir dengan neutron berenergi tinggi. Reaksi ini mengubah torium menjadi uranium-233, yang kemudian menjalani reaksi fisi nuklir untuk menghasilkan energi. Reaksi fisi menjadi mandiri ketika jumlah neutron yang dihasilkan cukup untuk mempertahankan reaksi berantai. 

Untuk mengendalikan masa kritis, MSR menggunakan beberapa metode:
Batang kendali, mirip dengan reaktor lain, MSR dapat menggunakan batang kendali yang menyerap neutron untuk menyesuaikan reaktivitas di dalam teras reaktor. MSR memiliki koefisien reaktivitas suhu yang negatif secara inheren. Artinya, jika suhu meningkat, reaktivitas secara otomatis menurun, menyebabkan reaktor "mati" dengan aman tanpa intervensi eksternal jika terjadi kegagalan. Banyak desain MSR menyertakan plug beku (freeze plug), yaitu sumbat bahan bakar beku yang mencair jika suhu naik terlalu tinggi. Cairan bahan bakar kemudian akan mengalir ke dalam tangki penyimpanan subkritis (tangki pembuangan) yang dirancang secara khusus untuk mencegah reaksi berantai. 

Karakteristik unik MSR terkait masa kritis memberikannya beberapa keunggulan keselamatan yang inheren: Karena bahan bakar sudah dalam bentuk cair, risiko pelelehan teras reaktor yang menjadi perhatian utama pada reaktor berbahan bakar padat dapat dihindari. Plug beku menyediakan metode penghentian reaktor yang sepenuhnya pasif (tidak memerlukan daya listrik) dan didorong oleh gravitasi jika suhu mencapai tingkat tertentu. MSR beroperasi pada tekanan rendah, yang mengurangi risiko kebocoran bahan bakar atau ledakan yang disebabkan oleh tekanan. Beberapa desain MSR memungkinkan pemisahan produk fisi tertentu yang dapat menyerap neutron ("racun reaktor") secara terus-menerus selama operasi. Ini membuat reaksi lebih stabil dan efisien. 

 Lihat pula 

 Pesawat nuklir
 Tenaga nuklir
 Limbah nuklir
 Siklus bahan bakar nuklir

 Referensi 

 Bacaan tambahan 

 Energy from Thorium's Document Repository Contains scanned versions of many of the U.S. government engineering reports, over ten thousand pages of construction and operation experience. This repository is the main reference for the aircraft reactor experiment and molten-salt fueled reactor's technical discussion.

 Bruce Hoglund's Eclectic Interests Home Page Nuclear Power, Thorium, Molten Salt reactors, etc.
 Generation IV International Forum MSR website
 INL MSR workshop summary

 Material Considerations for Molten Salt Accelerator-based Plutonium Conversion Systems J.H. Devan et al.
 Nuclear goes retro – with a much greener outlook M. Mitchell Waldrop


 Pranala luar 

 Pacific Northwest National Laboratory – Molten Salt Reactor Fundamentals YouTube
 International Thorium Energy Organisation – www.IThEO.org

 Idaho National Laboratory Molten Salt Reactor Fact Sheet
 Energy from Thorium Blog / Website
 Google TechTalks – “Liquid Fluoride Thorium Reactor: What Fusion Wanted To Be” by Dr. Joe Bonometti NASA / Naval Postgraduate School YouTube
 Pebble Bed Advanced High Temperature Reactor
 Thorium Remix LFTR in 5 Minutes and other LFTR Documentaries.
 Kun Chen from Chinese Academy of Sciences on China Thorium Molten Salt Reactor TMSR Program
 Review of Molten Salt Reactor Technology
 Molten Salt Reactors – Ralph Moir



Kategori:Tipe reaktor tenaga nuklir
Kategori:Reaktor generasi IV
Kategori:Reaktor garam cair