トリウム燃料サイクル
原子炉の余剰反応度、温度係数、ボイド係数等について改善が可能である。
核兵器材料となり得るプルトニウム239が生成しない。また、ウラン233も濃縮が困難なため核兵器製造に向かず、核拡散防止に有利である。さらに崩壊生成物のタリウム208は強烈なガンマ線源であり、兵器利用・核ジャックのいずれにも妨げとなる。
天然トリウムのほぼ全てを占めるトリウム232 Th は、半減期140億年とほぼ安定しているが、中性子(高速中性子または熱中性子)を捕獲してトリウム233 Th になる。トリウム233は半減期22分で通常1つの電子と反電子ニュートリノを放出するベータ崩壊によりプロトアクチニウム233 Pa となる。さらに半減期27日で再びベータ崩壊すると、核燃焼性に優れたウラン233 U となる。
n + 90 232 T h → 90 233 T h → β − 91 233 P a → β − 92 233 U {\displaystyle \mathrm {n} +{}_{\ 90}^{232}\mathrm {Th} \rightarrow {}_{\ 90}^{233}\mathrm {Th} {\xrightarrow {\beta ^{-}}}{}_{\ 91}^{233}\mathrm {Pa} {\xrightarrow {\beta ^{-}}}{}_{\ 92}^{233}\mathrm {U} }
トータルの半減期は、ウラン-プルトニウム系列の約10倍と長い。
トリウム溶融塩燃料サイクルの、各種ウラン燃料サイクルに対する特徴として、以下があげられている。
Uは(n,2n)反応により、Pa、Thを経て、Uを生成する。
n + 90 232 T h → 90 233 T h → β − 91 233 P a → β − 92 233 U + n → 92 232 U + 2 n {\displaystyle \mathrm {n} +{}_{\ 90}^{232}\mathrm {Th} \rightarrow {}_{\ 90}^{233}\mathrm {Th} {\xrightarrow {\beta ^{-}}}{}_{\ 91}^{233}\mathrm {Pa} {\xrightarrow {\beta ^{-}}}{}_{\ 92}^{233}\mathrm {U} +\mathrm {n} \rightarrow {}_{\ 92}^{232}\mathrm {U} +2\mathrm {n} }
n + 90 232 T h → 90 233 T h → β − 91 233 P a + n → 91 232 P a + 2 n → β − 92 232 U {\displaystyle \mathrm {n} +{}_{\ 90}^{232}\mathrm {Th} \rightarrow {}_{\ 90}^{233}\mathrm {Th} {\xrightarrow {\beta ^{-}}}{}_{\ 91}^{233}\mathrm {Pa} +\mathrm {n} \rightarrow {}_{\ 91}^{232}\mathrm {Pa} +2\mathrm {n} {\xrightarrow {\beta ^{-}}}{}_{\ 92}^{232}\mathrm {U} }
溶融塩原子炉は、気体核分裂生成物(特に核毒物であるキセノン135)を運転しながら容易に除去できるため、反応度の持続性に優れる。固体/溶融核分裂生成物も、溶融鉛電極を用いた電気分解で溶融鉛に転移させたり、ゼオライトで吸着することで除去できる。このため、長期間にわたって反応度を維持することが原理的に可能である。