Sıvı florür toryum reaktörü
Üstünlükleri > Ekonomi ve verimlilik

Toryum bolluğu. LFTR'lerde, uranyum-233 yakıtı içinde toryum oluşur. Dünya'nın kabuğu, U-238'in yaklaşık üç ila dört katı daha fazla toryum içerir (toryum yaklaşık olarak kurşun kadar bol miktarda bulunur) ve normalde toryum atık olarak atılan nadir toprak madenciliğinin bir yan ürünüdür. LFTR'leri kullanarak, yüz binlerce yıl için küresel enerji ihtiyaçlarını karşılayacak kadar uygun toryum bulunmaktadır. Toryum, yerkabuğunda kalay, cıva veya gümüşten daha yaygındır. Ortalama yer kabuğunun metre küpünde, yaklaşık dört şeker küpü eşdeğeri toryum bulunur ve bu bir kişinin enerji ihtiyacını on yıldan fazla bir süre sağlamak için yeterlidir. Montana-Idaho sınırındaki Lemhi Geçidinin 1.800.000 ton yüksek dereceli toryum cevheri içerdiği tahmin edilmektedir. Beş yüz ton cevher ABD'nin tüm enerji ihtiyacını bir yıl boyunca arz edebilir. Şu anki talebin eksikliğinden dolayı, ABD hükûmeti, kabuğa yaklaşık 3.200 metrik ton rafine toryum nitratı dönüştürerek Nevada çölüne gömmüştür.
Doğal kaynak yetersizliği yok. Binlerce LFTR oluşturmak için berilyum, lityum, nikel ve molibden gibi diğer doğal kaynaklar mevcuttur.
Reaktör verimliliği. Konvansiyonel reaktörler, zenginleştirilmiş uranyumun yüzde birinden daha azını tüketir ve geri kalanlarını atık olarak bırakır. Mükemmel bir şekilde yeniden işleme tabi tutulmasıyla LFTR'ler, toryum yakıtının yaklaşık %99'unu tüketebilir. Geliştirilmiş yakıt verimliliği ile bir LFTR'de 1 ton doğal toryum, geleneksel reaktörlerde (250 t doğal uranyum gerektiren) 35 t zenginleştirilmiş uranyuma eşdeğer ve kömür santrallerinde 4.166.000 ton siyah kömürün ürettiği güce eşdeğer anlamına gelen enerjiyi sağlayabilmektedir.
Termodinamik verimlilik. Çağdaş süperkritik buhar türbinleriyle çalışan LFTR'ler, %45'lik termal ve elektrik verimliliğinde çalışabilecektir. Yüksek sıcaklık işlemi nedeniyle bir LFTR santralinde kullanılabilecek olan gelecekte kapalı gaz Brayton çevrimleriyle verimlilik %54'e kadar çıkabilir. Günümüz hafif su reaktörlerine göre bu %20-40 daha yüksektir (%33), bu da bölünebilir ve verimli yakıt tüketiminde %20-40 oranında azalma, üretilen fisyon ürünleri, soğutma için atık ısı reddi ve reaktör termik gücü ile aynıdır.
Zenginleştirme ve yakıt elemanı imalatı yok. Doğal toryumun %100'ü yakıt olarak kullanılabilir ve yakıt katı yakıt çubukları yerine erimiş tuz şeklindedir, pahalı yakıt zenginleştirmesi ve katı yakıt çubuklarının geçerlilik prosedürleri ve imalat işlem maliyetleri yüksek değildir. Bu, LFTR yakıt maliyetlerini büyük ölçüde azaltır. LFTR zenginleştirilmiş uranyumla başlatılmış olsa bile, zenginleştirmeye sadece bir kere başlamak gerekir. Devreye girdikten sonra daha fazla zenginleştirme gerekmez.
Düşük yakıt maliyeti. Tuzlar, katı yakıt üretimine kıyasla oldukça ucuzdur. Örneğin, berilyum kg başına oldukça pahalı iken, büyük bir 1 GWe reaktör için gerekli berilyum miktarı oldukça küçüktür. ORNL'in MSBR'si, 5.1 ton Beilyum metali, 26 ton BeF2'yi gerektiriyordu. 147 $/kg BeF2, fiyatıyla bu envanter, milyarlarca dolarlık bir enerji santralı için mütevazı bir maliyet olan 4 milyon doların altına mâl olacaktı. Sonuç olarak, burada varsaydığımız seviyenin üzerinde bir berilyum fiyat artışı, enerji santralinin toplam maliyetinde çok az etkiye sahip olacaktır. Zenginleştirilmiş lityum-7'nin maliyeti 120-800 $/kg LiF ile daha az belirgindir ve 17.9 ton lityum-7'nin 66.5 ton LiF olduğu bir envanterde (MSBR sistemine dayanılarak), LiF için 8 milyon ila 53 milyon dolar arasında bir gider öngörülmektedir. 99,1 ton toryumun 30 $/kg seviyesine eklenmesinde sadece 3 milyon dolar ekek maliyet oluşmaktadır. Bölünebilir materyal, özellikle de pahalı yoğun bir şekilde yeniden işlenmiş plütonyum kullanıldığı durumlarda, bölünebilir plütonyum başına 100 dolarlık bir maliyetle daha pahalıdır. Yalnızca yumuşak nötron spektrumu sayesinde mümkün olan 1.5 tonluk bir başlangıç bölüşüm yüküyle bu 150 milyon dolar kazandırmaktadır. Her şeyi ilave etmek, bir defalık yakıt ücretinin toplam masrafını 165 ila 210 milyon dolar arasında değiştirmektedir. Bu, hafif su reaktörü için ilk çekirdeğin maliyetine benzemektedir. Yeniden işleme detaylarına bağlı olarak, bir defada tuz envanteri uzun yıllar sürebilir, oysa LWR'nin her 4-6 yılda bir tamamen yeni bir çekirdeğe ihtiyacı olmaktadır (her 12 ila 24 ayda bir 1/3'ü değiştirilir). ORNL'in, daha pahalı 3 döngü sisteminin toplam tuz maliyeti hakkındaki kendi tahmini bugünkü parayla 100 milyon dolardan daha az olan 30 milyon dolardı.
LFTR'ler daha temizdir. Tamamen geri dönüşümlü bir sistem olarak, bir LFTR'den çıkan tahliye atıkları çoğunlukla fisyon ürünleridir ve bunların çoğu (%83) geleneksel nükleer santrallerin aktinit atığına kıyasla saatler veya günler gibi nispeten kısa yarılanma ömrüne sahiptir. Bu, jeolojik bir depoda gerekli atık sınırlama döneminde önemli bir azalmaya neden olur. Geri kalan yüzde 17'nin kalan seviyelere ulaşması için sadece 300 yıl gerekmektedir. Toryum yakıt çevrimi atığının radyo-toksisitesi, uranyum/plütonyum yakıt ömrününkinden 10,000 kat daha azdır.
Gerekli az bölünebilir yakıt. LFTR'ler termal spektrumlu reaktörler olduğundan, başlamak için çok daha az bölünmüş yakıta ihtiyaç duyarlar. Tek bir akışkan LFTR'yi başlatmak için sadece 1-2 ton bölünebilirliğe ihtiyaç duyulmaktadır ve ikili akışkan tasarımı için muhtemelen bu 0.4 ton kadar düşüktür. Kıyasla, katı yakıtlı hızlı üretken reaktörlerin reaktör başlatımı için en az 8 ton fissil yakıt gerekir. Hızlı reaktörler kuramsal olarak transuranik atık üzerinde çok iyi bir şekilde başlamış olsalar da, yüksek bölünebilir yakıtlı devreye alma işi çok pahalıya yapılır.[kaynak belirtilmeli]
Yakıt ikmali için kesinti yok. LFTR'lerin sıvı yakıtları vardır ve bu nedenle, sadece yakıt haznesini doldurmak için reaktörü ayırıp kapatmaya gerek yoktur. LFTR'ler böylece bir elektrik kesintisine neden olmaksızın yakıt ikmali (çevrimiçi yakıt ikmali) yapabilir.
Takip eden yükleme. LFTR'de xenon zehirlenmesi olmadığından, elektrik talebinin düşük olduğu zaman güç tasarrufu yapmak ve herhangi bir zamanda tekrar açmak için bir sorun yoktur.
Yüksek basınçlı kap yok. Çekirdeğe basınç uygulanmadığından, çekirdek için yüksek basınçlı bir reaktör kabı olan hafif su reaktörlerine göre pahalı malzemeye ihtiyaç duyulmaz. Bunun yerine, nispeten ince malzemelerden yapılmış bir alçak basınçlı reaktör kabı ve borular (erimiş tuz için) vardır. Metal, ısı ve korozyona karşı dirençli, egzotik nikel alaşımı olmasına rağmen, Hastelloy-N, alaşımı gerekli miktarı nispeten azdır.
Mükemmel ısı aktarımı. Sıvı florür tuzları, özellikle LiF bazlı tuzlar, iyi ısı aktarım özelliklerine sahiptirler. LiF-ThF4 gibi yakıt tuzlarının, suya oranla yaklaşık %22 daha yüksek bir hacimsel ısı kapasitesi vardır, FLiBe, suya oranla yaklaşık %12 daha yüksek ısı kapasitesine sahiptir. Buna ek olarak, LiF esaslı tuzların basınçlı su reaktöründeki sıcak basınçlı suyun yaklaşık iki katı ısıl iletkenliği vardır. Bu, verimli ısı aktarımı ve yoğun bir birincil döngü ile sonuçlanır. Rakip yüksek sıcaklık reaktör soğutucusu olan helyum ile karşılaştırıldığında, fark daha da büyüktür. Yakıt tuzu, sıcak basınçlı helyum gibi hacimsel ısı yeterliğinin 200 kat üstünde ve ısıl iletkenliğin 3 katından fazladır. Erimiş bir tuz döngüsü, 1/5 çaplı boruları kullanacak ve atmosfer basıncında kalırken yüksek basınçlı helyum için gerekli olan 1/20 güç pompalarını kullanacaktır.
Daha küçük, düşük basınçlı hava muhafazası. Basınçlı su yerine soğutma sıvısı olarak sıvı tuz kullanılarak, reaktör kabından biraz daha büyük bir muhafaza yapısı kullanılabilir. Hafif su reaktörleri, buharla yanıp sönen basınçlı su kullanır ve sızıntı durumunda basınç bin kat artar ve reaktör kabından bin kat daha büyük bir hacim binası gerektirir. LFTR tasarımı sadece fiziksel boyutta küçük olarak değil aynı zamanda iç basıncında düşük olmasını gerektirir. Muhafaza içinde hızlı bir basınç yükselmesine (hidrojen veya buhar gibi) neden olan depolanmış bir enerji kaynağı yoktur. Bu, LFTR'ye yalnızca doğal güvenliğin yanı sıra, aynı zamanda daha küçük boyutlar, daha düşük malzeme kullanımı ve daha düşük inşaat maliyeti açısından önemli bir teorik üstünlük sağlar.
Hava soğutma. Yüksek sıcaklık güç çevrimi, suyun az olduğu birçok bölgede kullanım için kritik olan verimlilikte çok az bir kayıp ile hava soğutmalı olabilir. Konvansiyonel buharla çalışan sistemlerde kullanılan büyük su soğutma kulelerine ihtiyaç duyulmaz, bu da santral yapı maliyetlerini düşürür.
Atıklardan kaynağa. Bazı fisyon ürünlerinin ayrı bir ticari değere sahip olabilmesi için çıkarılmasının mümkün olabileceği önerileri bulunmaktadır. Bununla birlikte, üretilen enerjiyle karşılaştırıldığında, fisyon ürünlerinin değeri düşüktür ve kimyasal saflaştırması pahalı olmaktadır.
Verimli madencilik. Yer kabuğundan toryum çıkarma süreci (extraction process), uranyumdan daha güvenlidir ve bu verimli bir madencilik yöntemidir. Toryum cevheri, monazit, genellikle kendi cevherinde bulunan uranyum yüzdesinden daha yüksek toryum konsantrasyonları içerir. Bu, toryumun daha maliyet etkin ve daha az çevreye zarar veren yakıt kaynağı olmasını sağlar. Radyasyon seviyelerinin olası olarak zararlı olduğu yer altı uranyum madenleri gibi havalandırma gerektirmeyen toryum madenleri, açık bir çukur olduğu için, toryum madenciliği, uranyum madenciliğinden daha kolay ve daha az tehlikelidir.