Sıvı florür toryum reaktörü
Üstünlükleri > Güvenlik

Doğal güvenlik. LFTR tasarımları, reaktiflik gezilerine karşı edilgen doğal güvenlik sağlamak için güçlü bir negatif sıcaklık reaktiflik katsayısı kullanır. Sıcaklığa bağımlılık 3 kaynaktan gelir. İlki, aşırı ısınırsa, toryumun daha fazla nötron emdiği, sözde Doppler etkisi iledir. Bu, zincir tepkimesini devam ettirmek için daha az nötron bırakır, böylece güç azalır. İkinci bölüm grafit ılımlayıcısını ısıtmaktır, bu genellikle sıcaklık katsayısına pozitif katkıda bulunur. Üçüncü etki yakıtın ısıl genleşmesi ile ilgilidir. Yakıt aşırı ısınırsa, yakıtın sıvı niteliği nedeniyle yakıtın etkin çekirdek bölgesinden dışarıya doğru kayacağı önemli derecede genişler. Küçük (örn. MSRE deneme reaktörü) veya iyi düzenlenmiş bir çekirdekte, bu, reaktifliği azaltır. Bununla birlikte, büyük, az denetimli çekirdeğin (örn. ORNL MSBR tasarımı) daha az yakıt tuzu, daha iyi kontrol ve dolayısıyla daha fazla reaktiflik ve istenmeyen bir pozitif sıcaklık katsayısı anlamına gelir.
Kararlı soğutucu. Erimiş florürler kimyasal olarak kararlıdır ve ışınımdan etkilenmezler. Tuzlar, yüksek sıcaklık ve ışınım altında bile yanmaz, patlamaz veya parçalanmaz. Sodyum soğutkanının su ve hava ile hızlı, şiddetli bir tepkimesi yoktur. Su soğutucuların sahip olduğu yanıcı hidrojen üretimi yoktur. Bununla birlikte tuz radyoliz nedeniyle düşük (100 °C'den düşük) sıcaklıklarda radyasyona kararlı değildir.
Düşük basınç işlemi. Soğutma sıvısı tuzları, yüksek sıcaklıklarda sıvı kaldıklarından, LFTR çekirdekleri, pompadan ve hidrostatik basıncın 0.6 MPa (içme suyu sistemindeki basınçla kıyaslanabilir) gibi olduğu düşük basınçlarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Çekirdeğin başarısız olmasına rağmen, hacimde çok fazla bir artış olur. Bundan dolayı, sınırlama binası patlayamaz. LFTR soğutma tuzları çok yüksek kaynama noktalarına sahip olacak şekilde seçilir. Geçici veya kaza esnasında bile birkaç yüz derece ısınma bile anlamlı bir basınç artışına neden olmaz. Reaktörde, Fukuşima Daiichi nükleer kazası sırasında olduğu gibi büyük bir basınç artışı veya patlamaya neden olabilecek su veya hidrojen yoktur.
Fisyondan basınç artışı yok. LFTR'ler gaz ve uçucu fisyon ürünleri basıncına maruz kalmazlar. Sıvı yakıt, işlenmek üzere ksenon gibi gazlı fisyon ürünlerinin çevrimiçi olarak çıkarılmasını sağlar ve böylece bu bozulma ürünleri bir felâketle yayılmayacaktır. Ayrıca, fisyon ürünleri, ışınımı yakalayan ve radyoaktif maddenin çevreye yayılmasını önleyen iyot, bromür ve stronsiyum gibi fluorür tuzuna kimyasal olarak bağlanır.
Kontrolü daha kolay. Erimiş yakıt reaktörü, xenon-135'in kolayca çıkarılması kazanımına sahiptir. Ksenon-135, önemli bir nötron soğurucu olarak, katı yakıtlı reaktörleri kontrol etmeyi zorlaştırır. Erimiş yakıtlı bir reaktörde, ksenon-135 çıkarılabilir. Katı yakıt reaktörlerinde, ksenon-135 yakıtta kalır ve reaktör kontrolüne müdahale eder.
Yavaş ısınma. Soğutma sıvısı ve yakıt ayrılmaz, bu nedenle herhangi bir sızıntı veya yakıt hareketine, büyük bir miktarda soğutucu eşlik edecektir. Erimiş florürlerin hacimce yüksek ısı kapasitesi vardır, bazıları, FLiBe gibi sudan bile daha yüksektir. Bu, geçişler veya kazalar sırasında büyük miktarda ısıyı emmelerini sağlar.
Edilgen bozunma ısısı soğutması. Birçok reaktör tasarımı (Erimiş Tuz Reaktörü Deneyi gibi), reaktör çalışmadığında yakıt/soğutucu karışımının bir boşaltma tankına kaçmasına izin verir (bkz. aşağıda "Hata güvenlikli çekirdek"). Bu tankın edilgen çürüme ısısının giderilmesi için bir takım çeşitlilikleri (ayrıntılar hala açıktır) olması ve bu nedenle de çalışması için fiziksel özelliklere (kontroller yerine) ihtiyaç duyması planlanmaktadır.
Hata güvenlikli çekirdek. LFTR'ler, alt kısımda, genellikle küçük bir elektrikli fan ile etkin olarak soğutulması gereken bir dondurma tapası içerebilir. Soğutma başarısız olursa, elektrik kesintisi nedeniyle fan durur, fiş erir ve yakıt boşaltılmış bir hassas olmayan edilgen soğutmalı depolama tesisinde boşaltılır. Bu sadece reaktörü durdurmakla kalmaz aynı zamanda depolama tankı ışınlanmış nükleer yakıtların kısa ömürlü radyoaktif bozunumundaki bozunma ısısını daha kolay boşaltabilir. Çekirdekten bir boru kırılması gibi büyük bir sızıntı olması durumunda bile, tuz, reaktörün bulunduğu mutfak lavabosu şekilli odanın üzerine dökülür ve yakıt tuzunun yerçekimi ile pasif olarak soğutmalı döküm deposuna boşaltılması sağlanır.
Daha uzun ömürlü atıklar. LFTR'ler, reaktör atıklarının uzun vadeli radyotoksisitesini önemli ölçüde azaltabilir. Uranyum yakıtlı hafif su reaktörleri %95, U-238'den daha fazla yakıt tüketirler. Bu reaktörler normalde U-238'in bir kısmını uzun ömürlü bir izotop olan Pu-239'a dönüştürürler. Yakıtın neredeyse tamamı bu nedenle transuranik uzun ömürlü bir unsur olmaktan sadece bir adım uzaktadır. Plutonyum-239, yarı ömrü 24.000 yıldır ve hafif su reaktörlerinin nükleer yakıtlarında en yaygın transuranik maddedir. Pu-239 gibi transuranikler, reaktör atıklarının "sonsuz" bir sorun olduğu algısına neden olurlar. Buna karşılık, LFTR, U-233'e toryumu dönüştüren toryum yakıt döngüsü'nü kullanmaktadırlar. Toryum daha açık bir element olduğu için, transuranik elementleri üretmek için daha fazla nötron yakalaması gerekir. U-233'ün bir LFTR'ye iki fisyon yapma olasılığı vardır. İlk olarak U-233 (%90 fisyon) ve ardından kalan %10, U-235'e dönüşürken bir başka olasılığa sahiptir (%80'i parçalanacaktır). Bu nedenle, neptünyum-237'ye ulaşan yakıt fraksiyonu, en muhtemel transuranik element olarak, sadece %2'dir ve GWe/yıl başına yaklaşık 15 kg'dır. Bu, transuranik bir üretim olup, hafif su reaktörlerinden 20x (kat) daha küçüktür ve GWe/yıl başına 300 kg transuranik üretir. Önemlisi, bu çok daha küçük transuranik üretimi nedeniyle, transuraniklerin geri dönüştürülmesi daha kolaydır. Yani, nihayetinde parçalanmak için çekirdeğe geri gönderilirler. U238 plütonyum yakıt çevriminde çalışan reaktörler, hem reaktör nötroniği hem de geri dönüşüm sistemi üzerinde tam geri dönüşümü zorlaştıran çok daha fazla transuranik üretmektedir. LFTR'de, yeniden işleme kayıpları olarak yalnızca bir yüzde oranı, nihai atık gider. Düşük transuranik üretimi ve geri dönüşümünün bu iki yararı birleştirildiğinde, bir toryum yakıt çevrimi, geleneksel uranyum yakıtlı hafif su reaktörüne kıyasla, transuranik atıkların "üretimini" bin kat daha fazla azaltmaktadır. Tek önemli uzun ömürlü atık uranyum yakıtının kendisidir, ancak bu, geri dönüşüm yoluyla sınırsız olarak kullanılabilir ve/veya daima elektrik üretir. Toryum aşamasının hiç kapatılmaması gerekiyorsa, reaktörlerin bir kısmı kapanabilir ve kalan reaktörlerde uranyum yakıt stokları yanabilir ve bu nihai atığı bile toplumun talep ettiği kadar küçük bir seviyeye indirir. LFTR hala atıklarında radyoaktif fisyon ürünleri üretmekte ancak bu çok uzun sürmemektedir - bu fisyon ürünlerinin radyotoksisitesi sezyum-137 ve stronsiyum-90 tarafından hakimiyet altındadır. Daha uzun yarılanma ömrü sezyumundur: 30.17 yıl. Yani, 30.17 yıl sonra, çürüme, radyoaktifliği yarı yarıya azaltır. On yarılanma ömrü, iki maddenin radyoaktifliğini 10 kat arttırarak 1,024'e düşürür. Bu noktada fisyon ürünleri yaklaşık 300 yılda doğal uranyumdan daha az radyoaktiftir. Dahası, yakıt maddesinin sıvı hali, sadece yakıttan değil, aynı zamanda birbirlerinden ayrışma ile fisyon ürünlerinin ayrılmasına olanak tanır ve bu da, bunların her bir fisyon ürününün yarı ömrünün uzunluğuna göre sıralanmasını sağlar; böylece, daha kısa yarılanma ömrü, daha uzun yarılanma ömrüne sahip olanlardan daha çabuk bir şekilde depolanabilir.
Çoğalma direnci. 2016'da CERN eski Genel Müdürü, Nobel Ödüllü fizikçi Carlo Rubbia, 1970'lerde ABD'nin toryum reaktör araştırmalarını kesmesinin başlıca nedeninin, bugün onu cazip kılan şey olan, toryumun nükleer bir silah haline gelmesinin zor olduğunu belirtti. LFTR, yakıtı nükleer silahlara dört yolla saptırmaya karşı direnmektedir: ilk olarak, toryum-232, daha sonra uranyum-233'e dönüşen protaktinyum-233'e dönüştürülerek üretilir. Eğer protaktinyum reaktörde kalırsa az miktarda U-232 de üretilir. U-232'nin güçlü ve tehlikeli gama ışınları üreten bir bozunma zinciri ürünü daha (talyum-208) vardır. Bunlar bir reaktör içinde sorun teşkil etmemektedir, ancak bir bombada bomba üretimini zorlaştırmaktar, elektroniklere zarar vermekte ve bombanın yerini açığa çıkarmaktadır. İkinci çoğalmaya dirençli özellik, LFTR'lerin, gigawatt-yıl elektrik başına yaklaşık 15 kg'lık çok az plütonyum üretmesinden kaynaklanmaktadır (bu bir yılda tek bir büyük reaktörün çıktısıdır). Bu plütonyum, çoğunlukla Pu-238'dir, bu da yüksek ısı ve kendiliğinden çıkan nötronlar nedeniyle fisyon bombası yapımı için uygun olmamasına neden olur. Üçüncü yol olarak, bir LFTR fazla yedek yakıt çıktılamaz. Her yıl yaktığı oranla en fazla %9 daha fazla yakıt üretmekte ve sadece %1 daha fazla yakıt üreten bir reaktör tasarlamak daha da kolay olmaktadır. Bu tür reaktörle bina bombaları hızla elektrik santrallerini devre dışı bırakacaktır ve bu ulusal niyetlerin kolay bir göstergesi konumuna gelecektir. Ve son olarak, toryumun kullanılması, uranyum zenginleştirme ihtiyacını azaltabilir ve sonunda ortadan kaldırabilir. Uranyum zenginleştirme, devletlerin bomba yapım materyalleri elde ettikleri iki temel yöntemden biridir.