مفاعل الثوريوم بالفلوريد السائل

مفاعل الثوريوم السائل بالفلوريد ( LFTR ؛ يُنطق غالبًا "ليفتير ") هو نوع من مفاعلات الملح المنصهر . تستخدم مفاعلات LFTR دورة وقود الثوريوم مع ملح منصهر (سائل) قائم على الفلوريد كوقود . في التصميم النموذجي، يُضخ السائل بين قلب حرج ومبادل حراري خارجي حيث تُنقل الحرارة إلى ملح ثانوي غير مشع. ثم ينقل الملح الثانوي حرارته إلى توربين بخاري أو توربين غازي ذي دورة مغلقة . [ 1 ]
تُزوّد المفاعلات التي تعمل بالوقود الملحي المنصهر (MSRs) الوقود النووي بمزيج من الملح المنصهر. ويجب عدم الخلط بينها وبين التصاميم التي تستخدم الملح المنصهر للتبريد فقط (مفاعلات الفلوريد عالية الحرارة) والتي لا تزال تستخدم وقودًا صلبًا. [ 2 ] تشمل مفاعلات الملح المنصهر، كفئة، كلاً من مفاعلات الاحتراق ومفاعلات التوليد في الأطياف السريعة أو الحرارية، باستخدام وقود قائم على أملاح الفلوريد أو الكلوريد ومجموعة من المواد الاستهلاكية الانشطارية أو الخصبة. وتُعرَّف مفاعلات LFTRs باستخدام أملاح وقود الفلوريد وتوليد الثوريوم إلى يورانيوم -233 في طيف النيوترونات الحرارية.
تمّت دراسة مفهوم مفاعل الملح المنصهر لأول مرة في مختبر أوك ريدج الوطني خلال تجربة مفاعل الملح المنصهر في ستينيات القرن الماضي، على الرغم من أن هذه التجربة لم تستخدم الثوريوم. وقد حظي مفاعل الملح المنصهر باهتمام متجدد عالميًا مؤخرًا. [ 3 ] وقد أعربت شركات من اليابان والصين والمملكة المتحدة، بالإضافة إلى شركات خاصة من الولايات المتحدة والتشيك وكندا [ 4 ] وأستراليا، عن نيتها تطوير هذه التقنية وتسويقها.
تختلف مفاعلات LFTR عن مفاعلات الطاقة الأخرى في جميع الجوانب تقريبًا: فهي تستخدم الثوريوم الذي يتحول إلى يورانيوم-233، بدلًا من استخدام اليورانيوم-235 المُخصب ( اليورانيوم المُعزز بالنظائر )؛ ويتم تزويدها بالوقود عن طريق الضخ دون توقف. [ 5 ] يسمح سائل التبريد الملحي المستخدم فيها بدرجة حرارة تشغيل أعلى وضغط أقل بكثير في دائرة التبريد الأولية. تُتيح هذه الخصائص المميزة العديد من المزايا المحتملة، فضلًا عن تحديات التصميم.
خلفية


بحلول عام 1946، أي بعد ثماني سنوات من اكتشاف الانشطار النووي ، تم تحديد ثلاثة نظائر قابلة للانشطار علنًا لاستخدامها كوقود نووي : [ 6 ] [ 7 ]
- اليورانيوم-235 ، وهو قابل للانشطار بالفعل ، ويوجد بنسبة 0.72% من اليورانيوم الطبيعي
- البلوتونيوم-239 ، والذي يمكن إنتاجه من اليورانيوم-238 غير القابل للانشطار (>99% من اليورانيوم الطبيعي).
- اليورانيوم-233 ، والذي يمكن إنتاجه من الثوريوم-232 غير القابل للانشطار (حوالي 100٪ من الثوريوم الطبيعي ؛ والذي يوجد بوفرة أكبر بأربع مرات تقريبًا في قشرة الأرض مقارنة باليورانيوم [ 8 ] ).
الثوريوم-232 واليورانيوم-235 واليورانيوم-238 هي نظائر بدائية ، إذ وُجدت بشكلها الحالي لأكثر من 4.5 مليار سنة ، أي قبل تكوين الأرض ؛ وقد تشكلت في لبّ النجوم المحتضرة عبر عملية الالتقاط السريع للنيوترونات (r-process) وانتشرت عبر المجرة بفعل المستعرات العظمى . [ 9 ] وينتج عن تحللها الإشعاعي حوالي نصف حرارة باطن الأرض . [ 10 ]
لأسباب فنية وتاريخية [ 11 ] ، يرتبط كل من هذه النظائر الثلاثة بأنواع مختلفة من المفاعلات. يُعد اليورانيوم-235 الوقود النووي الرئيسي في العالم، ويُستخدم عادةً في مفاعلات الماء الخفيف . أما اليورانيوم-238/البلوتونيوم-239، فقد وُجد استخدامه بكثرة في مفاعلات التوليد السريع بالصوديوم السائل ومفاعلات كاندو . بينما يُعد الثوريوم-232/اليورانيوم-233 الأنسب لمفاعلات الملح المنصهر . [ 12 ]
كان ألفين إم. واينبرغ رائدًا في استخدام مفاعل الملح المنصهر (MSR) في مختبر أوك ريدج الوطني . في هذا المختبر، تم تصميم وبناء وتشغيل نموذجين أوليين لمفاعلات الملح المنصهر بنجاح. وهما تجربة مفاعل الطائرات (ARE) عام 1954، وتجربة مفاعل الملح المنصهر (MSRE) من عام 1965 إلى عام 1969. استخدم كلا المفاعلين التجريبيين أملاح وقود الفلوريد السائلة. وقد أظهر مفاعل MSRE على وجه الخصوص إمكانية تزويده باليورانيوم-233 واليورانيوم-235 خلال تجارب تشغيل منفصلة. [ 13 ] : ix أُقيل واينبرغ من منصبه وأُغلق برنامج مفاعل الملح المنصهر في أوائل سبعينيات القرن العشرين، [ 14 ] وبعد ذلك، توقف البحث في الولايات المتحدة. [ 15 ] [ 16 ] واليوم، لا يزال مفاعلا ARE وMSRE هما مفاعلا الملح المنصهر الوحيدان اللذان تم تشغيلهما على الإطلاق.
أساسيات التكاثر
في مفاعل الطاقة النووية ، يوجد نوعان من الوقود. الأول هو المواد الانشطارية ، التي تنشطر عند اصطدامها بالنيوترونات ، مطلقةً كمية كبيرة من الطاقة، بالإضافة إلى نيوترونين أو ثلاثة نيوترونات جديدة. يمكن لهذه النيوترونات أن تنشطر المزيد من المواد الانشطارية، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل مستمر. من أمثلة الوقود الانشطاري اليورانيوم-233، واليورانيوم-235، والبلوتونيوم-239. أما النوع الثاني من الوقود فيُسمى الوقود الخصب . من أمثلة الوقود الخصب الثوريوم-232 (الثوريوم المستخرج من المناجم) واليورانيوم-238 (اليورانيوم المستخرج من المناجم). لكي تصبح هذه النظائر قابلة للانشطار، يجب أن تمتص أولًا نيوترونًا ناتجًا عن عملية الانشطار، لتتحول إلى ثوريوم-233 ويورانيوم-239 على التوالي. بعد تحللين متتاليين من نوع بيتا ، تتحول إلى نظائر انشطارية هي اليورانيوم-233 والبلوتونيوم-239 على التوالي. تُسمى هذه العملية بالتكاثر النووي. [ 5 ]
تُنتج جميع المفاعلات بعض الوقود بهذه الطريقة، [ 17 ] لكن المفاعلات الحرارية التي تعمل بالوقود الصلب اليوم لا تُنتج كمية كافية من الوقود الجديد من المواد القابلة للانشطار لتعويض كمية المواد الانشطارية التي تستهلكها. ويعود ذلك إلى أن المفاعلات الحالية تستخدم دورة اليورانيوم-البلوتونيوم المستخرجة في طيف نيوتروني مُعدّل. تُنتج دورة الوقود هذه، باستخدام النيوترونات المُبطأة، أقل من نيوترونين جديدين من انشطار البلوتونيوم المُنتج. وبما أن نيوترونًا واحدًا مطلوب لاستمرار تفاعل الانشطار، فإن هذا يترك أقل من نيوترون واحد لكل انشطار لإنتاج وقود جديد. إضافةً إلى ذلك، تمتص المواد الموجودة في قلب المفاعل، مثل المعادن والمُهدئات ونواتج الانشطار، بعض النيوترونات، مما يترك عددًا قليلًا جدًا من النيوترونات لإنتاج كمية كافية من الوقود لمواصلة تشغيل المفاعل. ونتيجةً لذلك، يجب إضافة وقود انشطاري جديد بشكل دوري واستبدال بعض الوقود القديم لإفساح المجال للوقود الجديد.
في المفاعل الذي ينتج وقودًا جديدًا على الأقل بقدر ما يستهلكه، لا حاجة لإضافة وقود انشطاري جديد. يُضاف فقط وقود خصب جديد، والذي يتحول إلى وقود انشطاري داخل المفاعل. بالإضافة إلى ذلك، يجب إزالة نواتج الانشطار. يُسمى هذا النوع من المفاعلات مفاعلًا مُولِّدًا . أما إذا كان يُنتج نفس كمية الوقود الانشطاري الجديد من الوقود الخصب اللازمة لاستمرار تشغيله إلى أجل غير مسمى، فيُسمى مفاعلًا مُولِّدًا مُتعادلًا أو مفاعلًا مُولِّدًا متساوي الطاقة. عادةً ما يُصمم مفاعل LFTR كمفاعل مُولِّد: يدخل الثوريوم، وتخرج نواتج انشطارية.
تتطلب المفاعلات التي تستخدم دورة وقود اليورانيوم-البلوتونيوم مفاعلات سريعة للحفاظ على عملية التوليد، لأن عملية الانشطار لا تُنتج أكثر من نيوترونين لكل انشطار إلا بوجود نيوترونات سريعة الحركة. أما مع الثوريوم، فيمكن التوليد باستخدام مفاعل حراري . وقد ثبتت فعالية ذلك في محطة شيبينغ بورت للطاقة الذرية ، حيث أنتجت حمولة الوقود النهائية فيها كمية من المواد الانشطارية من الثوريوم تفوق ما استهلكته بقليل، على الرغم من كونها مفاعلاً قياسياً نسبياً يعمل بالماء الخفيف . تتطلب المفاعلات الحرارية كمية أقل من الوقود الانشطاري باهظ الثمن لبدء التشغيل، لكنها أكثر حساسية لمنتجات الانشطار المتبقية في قلب المفاعل.
هناك طريقتان لتكوين مفاعل التوليد لإجراء عملية التوليد المطلوبة. يمكن وضع الوقود الخصب والوقود الانشطاري معًا، بحيث تتم عمليتا التوليد والانشطار في نفس المكان. أو يمكن فصل الوقود الانشطاري عن الوقود الخصب. تُعرف هذه الطريقة الأخيرة باسم "القلب والغطاء"، لأن قلب المفاعل الانشطاري يُنتج الحرارة والنيوترونات، بينما يقوم غطاء منفصل بعملية التوليد.
اختلافات تصميم النظام الأساسي للمفاعل
بحثت شركة أوك ريدج في كلا الطريقتين لتصنيع مُولِّد لمفاعلها الملحي المنصهر. ولأن الوقود سائل، يُطلق على هذه المفاعلات اسم مفاعلات الثوريوم الحرارية الملحية المنصهرة "أحادية السائل" و"ثنائية السائل".
مفاعل سائل واحد

يتضمن تصميم المفاعل أحادي السائل وعاءً كبيرًا للمفاعل مملوءًا بملح فلوريد يحتوي على الثوريوم واليورانيوم. تعمل قضبان الجرافيت المغمورة في الملح كمهدئ ولتوجيه تدفق الملح. في تصميم مفاعل التوليد بالملح المنصهر (MSBR) التابع لمختبر أوك ريدج الوطني [ 18 ]، يؤدي تقليل كمية الجرافيت بالقرب من حافة قلب المفاعل إلى تقليل تهدئة المنطقة الخارجية، مما يزيد من امتصاص الثوريوم للنيوترونات هناك. مع هذا الترتيب، يتم توليد معظم النيوترونات على مسافة ما من حدود المفاعل، مما يقلل من تسرب النيوترونات إلى مستوى مقبول. [ 19 ] ومع ذلك، يتطلب تصميم المفاعل أحادي السائل حجمًا كبيرًا للسماح بعملية التوليد. [ 20 ]
في تكوين المفاعل المولد، تم تحديد معالجة مكثفة للوقود لإزالة نواتج الانشطار من ملح الوقود. [ 13 ] : 181 أما في تكوين المفاعل المحول، فقد تم تبسيط متطلبات معالجة الوقود لتقليل تكلفة المحطة. [ 19 ] وكان المقابل هو الحاجة إلى إعادة تزويد اليورانيوم بالوقود بشكل دوري.
كان مفاعل MSRE نموذجًا أوليًا مخصصًا للمنطقة الأساسية فقط. [ 21 ] وقد وفر MSRE خبرة تشغيلية قيّمة طويلة الأمد. ووفقًا لتقديرات العلماء اليابانيين، يمكن تحقيق برنامج واحد لمفاعل LFTR السائل من خلال استثمار متواضع نسبيًا يتراوح بين 300 و400 مليون دولار على مدى 5 إلى 10 سنوات لتمويل البحوث اللازمة لسد الثغرات التقنية البسيطة وبناء نموذج أولي لمفاعل صغير يُضاهي MSRE. [ 22 ]
مفاعل ثنائي السوائل
يُعدّ تصميم المفاعل ثنائي السوائل أكثر تعقيدًا من الناحية الميكانيكية من تصميم المفاعل أحادي السائل. يحتوي المفاعل ثنائي السوائل على قلب ذي كثافة نيوترونية عالية يحرق اليورانيوم-233 الناتج عن دورة وقود الثوريوم . تمتص طبقة منفصلة من ملح الثوريوم النيوترونات وتحول الثوريوم ببطء إلى بروتاكتينيوم-233 . يمكن ترك البروتاكتينيوم-233 في منطقة الطبقة حيث يكون تدفق النيوترونات أقل، بحيث يتحلل ببطء إلى وقود انشطاري من اليورانيوم-233، [ 23 ] بدلًا من امتصاص النيوترونات. يمكن استعادة هذا اليورانيوم-233 الانشطاري الناتج عن طريق حقن المزيد من الفلور لإنتاج سداسي فلوريد اليورانيوم، وهو غاز يمكن جمعه عند خروجه من المحلول. بمجرد اختزاله مرة أخرى إلى رباعي فلوريد اليورانيوم، وهو مادة صلبة، يمكن مزجه مع وسط الملح في قلب المفاعل لبدء الانشطار. يُنقى ملح قلب المفاعل أيضًا، أولًا بالفلورة لإزالة اليورانيوم، ثم بالتقطير الفراغي لإزالة الأملاح الحاملة وإعادة استخدامها. أما قاع جهاز التقطير المتبقي بعد عملية التقطير فهو نفايات نواتج الانشطار لمفاعل LFTR.
تشمل مزايا فصل سائل اللب عن سائل الغطاء ما يلي:
- تبسيط معالجة الوقود . يتشابه الثوريوم كيميائياً مع العديد من نواتج الانشطار النووي، والتي تُسمى اللانثانيدات . بوجود الثوريوم في غلاف منفصل، يُحفظ الثوريوم معزولاً عن اللانثانيدات. وبدون وجود الثوريوم في سائل قلب المفاعل، تُصبح إزالة نواتج انشطار اللانثانيدات أسهل.
- انخفاض مخزون المواد الانشطارية . نظرًا لتركيز الوقود الانشطاري في سائل قلب المفاعل الصغير، يكون قلب المفاعل نفسه أكثر كثافة. لا توجد مواد انشطارية في الغطاء الخارجي الذي يحتوي على الوقود الخصب للتكاثر، باستثناء ما تم توليده فيه. لهذا السبب، تطلب تصميم مختبر أوك ريدج الوطني لعام 1968 ما مقداره 315 كيلوغرامًا فقط من المواد الانشطارية لبدء تشغيل مفاعل MSBR ثنائي السائل بقدرة 250 ميغاواط كهربائي. [ 24 ] : 35 يُقلل هذا من تكلفة شحنة بدء التشغيل الأولية للمواد الانشطارية، ويسمح ببدء تشغيل عدد أكبر من المفاعلات بأي كمية محددة من المواد الانشطارية.
- إنتاج أكثر كفاءة . يمكن لغطاء الثوريوم أن يلتقط النيوترونات المتسربة من قلب المفاعل بكفاءة عالية. يكاد ينعدم الانشطار النووي داخل الغطاء، لذا لا يتسرب منه كميات كبيرة من النيوترونات. ينتج عن ذلك كفاءة عالية في استخدام النيوترونات (اقتصاد النيوترونات)، ونسبة إنتاج أعلى، خاصة في المفاعلات الصغيرة.
من نقاط ضعف تصميم السائلين ضرورة استبدال حاجز القلب والغطاء بشكل دوري بسبب تلفه الناتج عن النيوترونات السريعة. [ 25 ] : اختار مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) الجرافيت كمادة للحاجز نظرًا لانخفاض امتصاصه للنيوترونات ، وتوافقه مع الأملاح المنصهرة، ومقاومته العالية للحرارة، وقوته ومتانته الكافيتين لفصل الوقود عن أملاح الغطاء. يؤدي تأثير إشعاع النيوترونات على الجرافيت إلى انكماشه ثم انتفاخه تدريجيًا، مما يتسبب في زيادة مساميته وتدهور خصائصه الفيزيائية. [ 24 ] : قد يتغير طول أنابيب الجرافيت، وقد تتشقق وتتسرب.
من نقاط ضعف تصميم المفاعل ثنائي السائل تعقيد نظام الأنابيب. فقد اعتقد مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) أن التداخل المعقد بين أنابيب قلب المفاعل وأنابيب الغطاء ضروري لتحقيق مستوى طاقة عالٍ بكثافة طاقة منخفضة مقبولة. [ 24 ] : 4 إلا أن مختبر أوك ريدج الوطني لم يتبنَّ تصميم المفاعل ثنائي السائل، ولم يتم بناء أي نماذج منه.
مع ذلك، شككت أبحاث حديثة في الحاجة إلى أنابيب الجرافيت المتشابكة المعقدة في مختبر أوك ريدج الوطني، مقترحةً مفاعلًا بسيطًا طويلًا من نوع الأنبوب داخل الغلاف يسمح بإنتاج طاقة عالية دون الحاجة إلى أنابيب معقدة، ويستوعب التمدد الحراري، ويتيح استبدال الأنابيب. [ 1 ] : 6 إضافةً إلى ذلك، يمكن استبدال الجرافيت بسبائك عالية الموليبدينوم، والتي تُستخدم في تجارب الاندماج النووي وتتمتع بمقاومة أكبر لأضرار النيوترونات. [ 1 ] : 6
مفاعل هجين "سائل ونصف"
يُطلق على المفاعل ثنائي السوائل الذي يحتوي على الثوريوم في ملح الوقود أحيانًا اسم مفاعل "السائل ونصف" أو مفاعل 1.5 سائل. [ 26 ] وهو مفاعل هجين، يجمع بين بعض مزايا وعيوب كل من مفاعل السائل الواحد ومفاعل السائلين. فكما هو الحال في مفاعل السائل الواحد، يحتوي على الثوريوم في ملح الوقود، مما يُعقّد عملية معالجة الوقود. ومع ذلك، وكما هو الحال في مفاعل السائلين، يُمكنه استخدام غطاء عازل منفصل عالي الكفاءة لامتصاص النيوترونات المتسربة من قلب المفاعل. ويبقى عيب فصل السوائل باستخدام حاجز قائمًا، ولكن مع وجود الثوريوم في ملح الوقود، يقل عدد النيوترونات التي يجب أن تمر عبر هذا الحاجز إلى سائل الغطاء. وهذا يُقلل من الضرر الذي يلحق بالحاجز. كما أن أي تسرب في الحاجز سيكون أقل خطورة، لأن نظام المعالجة مُضطر بالفعل للتعامل مع الثوريوم الموجود في قلب المفاعل.
السؤال التصميمي الرئيسي عند اتخاذ القرار بين مفاعل LFTR ذي سائل ونصف أو سائلين هو ما إذا كان من الأسهل حل مشكلة إعادة المعالجة الأكثر تعقيدًا أو الحاجز الهيكلي الأكثر تطلبًا.
| مفهوم التصميم | نسبة التكاثر | مخزون المواد الانشطارية |
|---|---|---|
| معالجة الوقود باستخدام سائل واحد، عمر الجرافيت 30 عامًا | 1.06 | 2300 كجم |
| معالجة الوقود باستخدام سائل واحد، عمر الجرافيت 4 سنوات | 1.06 | 1500 كجم |
| 1.5 سائل، قلب قابل للاستبدال، معالجة الوقود | 1.07 | 900 كجم |
| معالجة الوقود ذات قلب قابل للاستبدال وسائلين | 1.07 | 700 كجم |
توليد الطاقة
يمكن لمفاعل التدفق السائل ذي درجة حرارة التشغيل العالية التي تصل إلى 700 درجة مئوية أن يعمل بكفاءة حرارية في تحويل الحرارة إلى كهرباء تبلغ 45%. [ 23 ] وهذه النسبة أعلى من كفاءة مفاعلات الماء الخفيف الحالية التي تتراوح بين 32 و36%. إضافةً إلى توليد الكهرباء ، يمكن استخدام الطاقة الحرارية المركزة من مفاعل التدفق السائل ذي درجة الحرارة العالية كحرارة عالية الجودة في العمليات الصناعية، وذلك في العديد من التطبيقات، مثل إنتاج الأمونيا باستخدام عملية هابر أو إنتاج الهيدروجين الحراري عن طريق تحليل الماء، مما يلغي فقدان الكفاءة الناتج عن التحويل الأولي إلى كهرباء.
دورة رانكين

دورة رانكين هي أبسط دورة طاقة ديناميكية حرارية. تتكون أبسط دورة من مولد بخار ، وتوربين، ومكثف، ومضخة. عادةً ما يكون الماء هو سائل التشغيل. يمكن لنظام تحويل طاقة رانكين الموصول بمفاعل LFTR الاستفادة من ارتفاع درجة حرارة البخار لتحسين كفاءته الحرارية . [ 27 ] تُستخدم دورة بخار رانكين دون الحرجة حاليًا في محطات الطاقة التجارية، بينما تستخدم أحدث المحطات دورات بخار رانكين فوق الحرجة ذات درجة الحرارة والضغط الأعلى. افترضت أعمال مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي على مفاعل MSBR استخدام توربين بخاري فوق حرج قياسي بكفاءة 44%، [ 25 ] : 74، وقد أنجزت أعمال تصميم كبيرة لتطوير مولدات بخار من ملح الفلوريد المنصهر. [ 28 ]
دورة برايتون

يتميز مولد دورة برايتون بصغر حجمه مقارنةً بدورة رانكين، وانخفاض تكلفته، وكفاءته الحرارية العالية، ولكنه يتطلب درجات حرارة تشغيل أعلى. ولذلك، فهو مناسب بشكل خاص للاستخدام مع مفاعل LFTR. يمكن أن يكون غاز التشغيل الهيليوم أو النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون. يُبرد الغاز الدافئ ذو الضغط المنخفض في مبرد محيطي. ثم يُضغط الغاز البارد ذو الضغط المنخفض إلى الضغط العالي للنظام. بعد ذلك، يُمدد غاز التشغيل ذو الضغط العالي في توربين لإنتاج الطاقة. غالبًا ما يكون التوربين والضاغط متصلين ميكانيكيًا عبر عمود واحد. [ 29 ] من المتوقع أن تكون دورات برايتون ذات الضغط العالي أصغر حجمًا مقارنةً بدورات رانكين ذات الضغط المنخفض. يمكن لمحرك برايتون الحراري العمل عند ضغط منخفض باستخدام أنابيب ذات قطر أكبر. [ 29 ] تم بناء أول وحدة طاقة شمسية تجارية في العالم تعمل بدورة برايتون (100 كيلوواط) وعرضها في صحراء عربة بإسرائيل عام 2009. [ 30 ]
إزالة نواتج الانشطار
يحتاج مفاعل LFTR إلى آلية لإزالة نواتج الانشطار من الوقود. تمتص نواتج الانشطار المتبقية في المفاعل النيوترونات، مما يقلل من كفاءة استخدامها . يكتسب هذا الأمر أهمية خاصة في دورة وقود الثوريوم، حيث يكون مخزون النيوترونات الاحتياطية محدودًا، وطيف النيوترونات حراريًا، ما يؤدي إلى امتصاص قوي. الحد الأدنى المطلوب هو استخلاص المواد الانشطارية القيّمة من الوقود المستهلك.
تُشبه عملية إزالة نواتج الانشطار إعادة معالجة عناصر الوقود الصلب؛ حيث يتم فصل الوقود الانشطاري القيّم عن نواتج الانشطار النفاياتية بوسائل كيميائية أو فيزيائية. ومن الناحية المثالية، يُمكن إعادة استخدام الوقود الخصب (الثوريوم أو اليورانيوم-238) ومكونات الوقود الأخرى (مثل الملح الحامل أو غلاف الوقود في أنواع الوقود الصلب) لإنتاج وقود جديد. إلا أنه لأسباب اقتصادية، قد ينتهي بها المطاف ضمن النفايات.
من المخطط أن تعمل المعالجة في الموقع بشكل مستمر، حيث يتم تنظيف جزء صغير من الملح يوميًا وإعادته إلى المفاعل. لا حاجة لجعل ملح الوقود نقيًا للغاية؛ فالهدف هو الحفاظ على تركيز نواتج الانشطار والشوائب الأخرى (مثل الأكسجين) منخفضًا بدرجة كافية. يجب الحفاظ على تركيزات بعض العناصر الأرضية النادرة منخفضة بشكل خاص، نظرًا لكبر مقطعها العرضي للامتصاص. قد تتراكم بعض العناصر الأخرى ذات المقطع العرضي الصغير، مثل السيزيوم أو الزركونيوم، على مدى سنوات من التشغيل قبل إزالتها.
بما أن وقود مفاعل LFTR عبارة عن خليط من الأملاح المنصهرة، فإن استخدام المعالجة الحرارية ، وهي طرق تعتمد على درجات حرارة عالية وتعمل مباشرة مع الملح المنصهر الساخن، يُعد خيارًا جذابًا. لا تستخدم المعالجة الحرارية مذيبات حساسة للإشعاع، ولا تتأثر بسهولة بحرارة الاضمحلال. ويمكن استخدامها مع الوقود عالي الإشعاع مباشرة من المفاعل. [ 31 ] إن وجود عملية الفصل الكيميائي في الموقع، بالقرب من المفاعل، يُغني عن النقل ويُبقي إجمالي مخزون دورة الوقود منخفضًا. من الناحية المثالية، يبقى كل شيء داخل المحطة باستثناء الوقود الجديد (الثوريوم) والنفايات (نواتج الانشطار).
تتمثل إحدى المزايا المحتملة للوقود السائل في أنه لا يسهل فقط فصل نواتج الانشطار عن الوقود، ولكن أيضًا عزل نواتج الانشطار الفردية عن بعضها البعض، وهو أمر مربح للنظائر النادرة والتي عليها طلب كبير في مختلف الاستخدامات الصناعية (مصادر الإشعاع لاختبار اللحامات عن طريق التصوير الإشعاعي)، والزراعية (تعقيم المنتجات عن طريق التشعيع)، والطبية ( الموليبدينوم-99 الذي يتحلل إلى التكنيتيوم-99م ، وهو النظير المشع الطبي الأكثر استخدامًا ).
التفاصيل حسب مجموعة العناصر
لا تُشكّل المعادن النبيلة ( البلاديوم ، الروثينيوم ، الفضة ، الموليبدينوم ، النيوبيوم ، الأنتيمون ، التكنيتيوم ) فلوريدات في الملح العادي، بل تُشكّل جزيئات معدنية غروانية دقيقة. يمكن أن تترسب هذه الجزيئات على أسطح المعادن مثل المبادل الحراري، أو يُفضّل أن تترسب على المرشحات ذات المساحة السطحية الكبيرة التي يسهل استبدالها. مع ذلك، لا يزال هناك بعض الغموض حول مصيرها النهائي، نظرًا لأن تجربة تشغيل مفاعل الملح البحري (MSRE) كانت قصيرة نسبيًا، كما أن إجراء تجارب معملية مستقلة أمر صعب. [ 32 ]
تُزال غازات مثل الزينون والكريبتون بسهولة بضخّ الهيليوم. إضافةً إلى ذلك، تُزال بعض المعادن النفيسة على شكل رذاذ . يُعدّ التخلص السريع من الزينون-135 بالغ الأهمية، فهو سامّ قوي للنيوترونات ، ويُصعّب التحكم في المفاعل إذا لم يُزال؛ كما يُحسّن ذلك من كفاءة استخدام النيوترونات. يُحفظ الغاز (المكوّن أساسًا من الهيليوم والزينون والكريبتون) لمدة يومين تقريبًا حتى يتحلل معظم الزينون-135 والنظائر الأخرى قصيرة العمر. يُمكن بعد ذلك إعادة تدوير معظم الغاز. بعد فترة حفظ إضافية لعدة أشهر، ينخفض النشاط الإشعاعي إلى مستوى يسمح بفصل الغاز عند درجات حرارة منخفضة إلى هيليوم (لإعادة الاستخدام)، وزينون (للبيع)، وكريبتون، الذي يحتاج إلى التخزين (مثلًا في صورة مضغوطة) لفترة طويلة (عدة عقود) بانتظار تحلل الكريبتون-85 . [ 18 ] : 274
لتنقية خليط الملح، اقتُرحت عدة طرق للفصل الكيميائي. [ 33 ] بالمقارنة مع إعادة المعالجة التقليدية بتقنية PUREX ، يمكن أن تكون المعالجة الحرارية أكثر كفاءة وتنتج نفايات ثانوية أقل. تبدأ المعالجة الحرارية لملح LFTR بسائل مناسب، لذا قد تكون أقل تكلفة من استخدام وقود الأكسيد الصلب. مع ذلك، ولعدم وجود مصنع متكامل لإعادة معالجة الملح المنصهر، اقتصرت جميع الاختبارات على المختبر، وعلى عدد قليل من العناصر. لا يزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتطوير لتحسين الفصل وجعل إعادة المعالجة أكثر جدوى اقتصادية.
يمكن إزالة اليورانيوم وبعض العناصر الأخرى من الملح بعملية تُسمى تطاير الفلور: حيث يؤدي ضخ الفلور إلى إزالة الفلوريدات عالية التكافؤ المتطايرة على شكل غاز. يتكون هذا الغاز بشكل أساسي من سداسي فلوريد اليورانيوم ، الذي يحتوي على وقود اليورانيوم-233، بالإضافة إلى سداسي فلوريد النبتونيوم ، وسداسي فلوريد التكنيتيوم، وسداسي فلوريد السيلينيوم ، فضلاً عن فلوريدات بعض نواتج الانشطار الأخرى (مثل اليود والموليبدينوم والتيلوريوم). يمكن فصل الفلوريدات المتطايرة بشكل إضافي عن طريق الامتزاز والتقطير. تُعد معالجة سداسي فلوريد اليورانيوم عملية راسخة في تخصيب اليورانيوم. تتميز الفلوريدات عالية التكافؤ بتآكلها الشديد عند درجات الحرارة العالية، مما يستلزم استخدام مواد أكثر مقاومة من سبيكة هاستيلوي . وقد اقترح برنامج MSBR في مختبر أوك ريدج الوطني استخدام الملح المتصلب كطبقة واقية. في مفاعل MSRE، استُخدمت خاصية تطاير الفلور لإزالة اليورانيوم من ملح الوقود. كما أن هذه الخاصية مُطوَّرة ومُختَبَرة بشكل جيد لاستخدامها مع عناصر الوقود الصلب. [ 31 ]
هناك طريقة أخرى بسيطة، تم اختبارها خلال برنامج MSRE، وهي التقطير الفراغي عالي الحرارة. يمكن إزالة الفلوريدات ذات نقطة الغليان المنخفضة، مثل رباعي فلوريد اليورانيوم وأملاح حاملة من فلوريد الليثيوم وفلوريد البريليوم، عن طريق التقطير. في ظل الفراغ، يمكن أن تكون درجة الحرارة أقل من نقطة الغليان عند الضغط الجوي. لذا، تكفي درجة حرارة حوالي 1000 درجة مئوية لاستعادة معظم ملح حامل فلوريد الليثيوم والبريليوم. [ 34 ] مع ذلك، ورغم إمكانية فصل فلوريد الثوريوم من فلوريدات اللانثانيدات ذات نقطة الغليان الأعلى من حيث المبدأ، إلا أن ذلك يتطلب درجات حرارة عالية جدًا ومواد جديدة. يمكن للفصل الكيميائي في تصميمات المفاعل ثنائي السوائل، باستخدام اليورانيوم كوقود انشطاري، أن يعمل بهاتين العمليتين البسيطتين نسبيًا: [ 35 ] يمكن إزالة اليورانيوم من ملح الغطاء عن طريق تطاير الفلور، ونقله إلى ملح اللب. ولإزالة نواتج الانشطار من ملح اللب، يُزال اليورانيوم أولًا عن طريق تطاير الفلور. بعد ذلك، يمكن استخلاص الملح الحامل عن طريق التقطير بدرجة حرارة عالية. أما الفلوريدات ذات درجة الغليان العالية، بما في ذلك اللانثانيدات، فتبقى كنفايات.
عمليات فصل اختيارية باستخدام بروتاكتينيوم-233
لم تكن التصاميم الكيميائية المبكرة لمفاعل أوك ريدج معنية بالانتشار النووي، بل هدفت إلى التوليد السريع. وقد خُطط لفصل وتخزين البروتاكتينيوم-233 ، ليتحلل إلى يورانيوم-233 دون أن يتلف بفعل امتصاص النيوترونات في المفاعل. وبعمر نصف يبلغ 27 يومًا، فإن شهرين من التخزين كفيلان بضمان تحلل 75% من البروتاكتينيوم -233 إلى وقود اليورانيوم -233 . ولا تُعدّ خطوة إزالة البروتاكتينيوم ضرورية بحد ذاتها في مفاعل LFTR. وتعتمد الحلول البديلة على العمل بكثافة طاقة أقل، وبالتالي مخزون أكبر من المواد الانشطارية (للمفاعلات ذات سائل 1 أو 1.5) أو غطاء أكبر (للمفاعلات ذات سائل 2). كما أن استخدام طيف نيوتروني أكثر صلابة يُساعد على تحقيق توليد مقبول دون الحاجة إلى عزل البروتاكتينيوم. [ 1 ]
إذا تم تحديد فصل Pa، فيجب القيام بذلك بشكل متكرر (على سبيل المثال، كل 10 أيام) ليكون فعالاً. بالنسبة لمحطة بقدرة 1 جيجاواط وسائل واحد، يعني هذا أن حوالي 10% من الوقود أو حوالي 15 طنًا من ملح الوقود تحتاج إلى إعادة معالجة يوميًا. هذا الأمر لا يكون مجديًا إلا إذا كانت التكاليف أقل بكثير من التكاليف الحالية لإعادة معالجة الوقود الصلب.
تتجنب التصاميم الحديثة عادةً إزالة البروميثيوم [ 1 ] ، وتقلل من كمية الملح المُرسل لإعادة المعالجة، مما يقلل من الحجم المطلوب وتكاليف الفصل الكيميائي. كما أنها تتجنب مخاوف الانتشار النووي الناتجة عن نقاء اليورانيوم-233 العالي الذي قد ينتج عن تحلل البروميثيوم المفصول كيميائيًا.
يصبح الفصل أكثر صعوبةً إذا اختلطت نواتج الانشطار بالثوريوم، نظرًا للتشابه الكيميائي بين الثوريوم والبلوتونيوم واللانثانيدات (عناصر الأرض النادرة). إحدى الطرق المقترحة لفصل البروتاكتينيوم وإزالة اللانثانيدات هي ملامستها للبزموت المنصهر . في تفاعل أكسدة -اختزال، يمكن نقل بعض المعادن إلى مصهور البزموت مقابل الليثيوم المضاف إليه. عند تركيزات منخفضة من الليثيوم، ينتقل اليورانيوم والبلوتونيوم والبروتاكتينيوم إلى مصهور البزموت. في ظروف اختزال أقوى (زيادة تركيز الليثيوم في مصهور البزموت)، تنتقل اللانثانيدات والثوريوم أيضًا إلى مصهور البزموت. بعد ذلك، تُزال نواتج الانشطار من سبيكة البزموت في خطوة منفصلة، على سبيل المثال عن طريق ملامستها لمصهور كلوريد الليثيوم. [ 36 ] مع ذلك، لا تزال هذه الطريقة غير متطورة. قد يكون من الممكن تطبيق طريقة مماثلة مع معادن سائلة أخرى مثل الألومنيوم. [ 37 ]
المزايا
توفر مفاعلات الملح المنصهر التي تعمل بالثوريوم العديد من المزايا المحتملة مقارنة بمفاعلات الماء الخفيف التقليدية التي تعمل باليورانيوم الصلب: [ 8 ] [ 20 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]
أمان
- الأمان الذاتي . تستخدم تصاميم مفاعلات LFTR معامل درجة حرارة سلبيًا قويًا للتفاعلية لتحقيق أمان ذاتي سلبي ضد ارتفاعات التفاعلية. ينشأ اعتماد درجة الحرارة من ثلاثة مصادر. أولها أن الثوريوم يمتص المزيد من النيوترونات عند ارتفاع درجة حرارته، وهو ما يُعرف بتأثير دوبلر. [ 42 ] هذا يُقلل عدد النيوترونات المتاحة لاستمرار التفاعل المتسلسل، مما يُقلل الطاقة. ثانيًا، تسخين مهدئ الجرافيت، الذي يُساهم عادةً بشكل إيجابي في معامل درجة الحرارة. [ 42 ] أما التأثير الثالث فيتعلق بالتمدد الحراري للوقود. [ 42 ] إذا ارتفعت درجة حرارة الوقود، فإنه يتمدد بشكل كبير، مما يدفعه خارج منطقة قلب المفاعل النشط نظرًا لطبيعته السائلة. في قلب صغير (مثل مفاعل اختبار MSRE) أو ذي قلب مُهدئ جيدًا، يُقلل هذا من التفاعلية. ومع ذلك، في قلب كبير وغير معتدل (مثل تصميم ORNL MSBR)، فإن كمية أقل من ملح الوقود تعني اعتدالًا أفضل وبالتالي تفاعلية أكبر ومعامل درجة حرارة موجب غير مرغوب فيه.
- مبرد مستقر . تتميز الفلوريدات المنصهرة بثباتها الكيميائي ومقاومتها للإشعاع. لا تحترق الأملاح ولا تنفجر ولا تتحلل، حتى في ظل درجات حرارة عالية وإشعاع. [ 43 ] لا تحدث تفاعلات عنيفة سريعة مع الماء والهواء كما هو الحال مع مبردات الصوديوم. ولا ينتج عنها هيدروجين قابل للاشتعال كما هو الحال مع مبردات الماء. [ 44 ] مع ذلك، فإن الملح غير مستقر تجاه الإشعاع عند درجات حرارة منخفضة (أقل من 100 درجة مئوية) بسبب التحلل الإشعاعي .
- التشغيل تحت ضغط منخفض . نظرًا لأن أملاح التبريد تبقى سائلة عند درجات حرارة عالية، [ 43 ] فإن قلب مفاعل LFTR مصمم للعمل عند ضغوط منخفضة، مثل 0.6 ميجا باسكال [ 45 ] (مماثل للضغط في نظام مياه الشرب) من المضخة والضغط الهيدروستاتيكي. حتى في حالة تعطل القلب ، يكون الارتفاع في الحجم ضئيلاً. وبالتالي، لا يمكن أن ينفجر مبنى الاحتواء . تُختار أملاح تبريد LFTR لتكون ذات نقاط غليان عالية جدًا. حتى ارتفاع درجة الحرارة بمقدار عدة مئات من الدرجات أثناء حالة طارئة أو حادث لا يتسبب في زيادة ملحوظة في الضغط. لا يوجد ماء أو هيدروجين في المفاعل يمكن أن يتسبب في ارتفاع كبير في الضغط أو انفجار كما حدث خلال حادث فوكوشيما دايتشي النووي . [ 46 ]
- لا يحدث تراكم للضغط نتيجة الانشطار . لا تتعرض مفاعلات الوقود السائل لتراكم الضغط الناتج عن نواتج الانشطار الغازية والمتطايرة . يسمح الوقود السائل بإزالة نواتج الانشطار الغازية، مثل الزينون، أثناء التشغيل لمعالجتها، وبالتالي لن تنتشر هذه النواتج في حالة وقوع كارثة. [ 47 ] علاوة على ذلك، ترتبط نواتج الانشطار كيميائيًا بملح الفلوريد، بما في ذلك اليود والسيزيوم والسترونتيوم، مما يؤدي إلى امتصاص الإشعاع ومنع انتشار المواد المشعة إلى البيئة. [ 48 ]
- أسهل في التحكم . يتميز مفاعل الوقود المنصهر بسهولة إزالة الزينون-135. يُعد الزينون-135 ، وهو مُمتصٌّ هامٌّ للنيوترونات ، عاملاً يُصعِّب التحكم في مفاعلات الوقود الصلب. في مفاعل الوقود المنصهر، يُمكن إزالة الزينون-135. أما في مفاعلات الوقود الصلب، فيبقى الزينون-135 في الوقود ويُعيق التحكم في المفاعل. [ 49 ]
- التسخين البطيء . لا يمكن فصل سائل التبريد عن الوقود، لذا فإن أي تسرب أو حركة للوقود ستصاحبها حتمًا كمية كبيرة من سائل التبريد. تتميز الفلوريدات المنصهرة بسعة حرارية حجمية عالية ، بعضها، مثل FLiBe ، أعلى من الماء. وهذا يسمح لها بامتصاص كميات كبيرة من الحرارة أثناء التغيرات المفاجئة أو الحوادث. [ 33 ] [ 50 ]
- التبريد السلبي لحرارة الاضمحلال . تسمح العديد من تصميمات المفاعلات (مثل تصميم تجربة مفاعل الملح المنصهر ) بتصريف خليط الوقود/المبرد إلى خزان تصريف، عندما يكون المفاعل متوقفًا عن العمل (انظر "قلب الأمان" أدناه). من المخطط أن يحتوي هذا الخزان على نوع من أنواع إزالة حرارة الاضمحلال السلبية (التفاصيل لا تزال قيد الدراسة)، وبالتالي يعتمد تشغيله على الخصائص الفيزيائية (بدلاً من الضوابط). [ 51 ]
- قلب مفاعل آمن ضد الأعطال . قد تحتوي مفاعلات LFTR على سدادة تجميد في الأسفل يجب تبريدها بشكل فعال، عادةً بواسطة مروحة كهربائية صغيرة. في حال تعطل التبريد، مثلاً بسبب انقطاع التيار الكهربائي، تتوقف المروحة، وتنصهر السدادة، ويتسرب الوقود إلى منشأة تخزين مبردة بشكل سلبي دون المستوى الحرج . هذا لا يوقف المفاعل فحسب، بل يُسهّل أيضًا على خزان التخزين التخلص من حرارة التحلل الناتجة عن التحلل الإشعاعي قصير العمر للوقود النووي المشع. حتى في حالة حدوث تسرب كبير من قلب المفاعل، مثل انكسار أنبوب، سيتسرب الملح إلى الغرفة التي تشبه حوض المطبخ والتي يوجد بها المفاعل، مما يؤدي إلى تصريف ملح الوقود بفعل الجاذبية إلى خزان التفريغ المبرد بشكل سلبي. [ 19 ]
- تقليل النفايات طويلة الأمد . يمكن لمفاعلات الماء الخفيف (LFTRs) أن تقلل بشكل كبير من السمية الإشعاعية طويلة الأمد لنفايات المفاعلات. تحتوي مفاعلات الماء الخفيف التي تعمل بوقود اليورانيوم على وقود يتكون من أكثر من 95% من اليورانيوم-238. عادةً ما تحول هذه المفاعلات جزءًا من اليورانيوم-238 إلى البلوتونيوم-239، وهو نظير طويل الأمد. وبالتالي، فإن معظم الوقود على بُعد خطوة واحدة فقط من أن يصبح عنصرًا عابرًا لليورانيوم طويل الأمد. يبلغ عمر النصف للبلوتونيوم-239 حوالي 24000 عام، وهو أكثر العناصر العابرة لليورانيوم شيوعًا في الوقود النووي المستهلك من مفاعلات الماء الخفيف. تُسبب العناصر العابرة لليورانيوم، مثل البلوتونيوم-239، الاعتقاد بأن نفايات المفاعلات مشكلة أبدية . في المقابل، تستخدم مفاعلات الماء الخفيف دورة وقود الثوريوم ، التي تحول الثوريوم إلى يورانيوم-233. ولأن الثوريوم عنصر أخف، فإنه يتطلب عددًا أكبر من عمليات التقاط النيوترونات لإنتاج العناصر العابرة لليورانيوم. يُتاح لليورانيوم-233 فرصتان للانشطار في مفاعل الماء الخفيف. أولًا، يورانيوم-233 (ينشطر بنسبة 90%)، ثم تُتاح للنسبة المتبقية (10%) فرصة أخرى للتحول إلى يورانيوم-235 (ينشطر بنسبة 80%). وبالتالي، فإن نسبة الوقود التي تصل إلى النبتونيوم-237، وهو العنصر الأكثر احتمالًا من العناصر العابرة لليورانيوم ، لا تتجاوز 2%، أي حوالي 15 كيلوغرامًا لكل جيجاواط/سنة. [ 52 ] يُعد هذا الإنتاج من العناصر العابرة لليورانيوم أقل بعشرين مرة من مفاعلات الماء الخفيف، التي تُنتج 300 كيلوغرام من هذه العناصر لكل جيجاواط/سنة. والأهم من ذلك، أنه نظرًا لهذا الإنتاج الأقل بكثير من العناصر العابرة لليورانيوم، يُصبح من الأسهل بكثير إعادة تدويرها. أي أنها تُعاد إلى قلب المفاعل لتنشطر في نهاية المطاف. أما المفاعلات التي تعمل بدورة وقود اليورانيوم-238-البلوتونيوم فتُنتج كميات أكبر بكثير من العناصر العابرة لليورانيوم، مما يجعل إعادة التدوير الكاملة أمرًا صعبًا على كلٍ من نيوترونيات المفاعل ونظام إعادة التدوير. في مفاعل الماء الخفيف ذي التدفق المنخفض (LFTR)، لا تتجاوز نسبة الفاقد الناتج عن إعادة المعالجة جزءًا ضئيلاً من النسبة المئوية، ويذهب هذا الفاقد إلى النفايات النهائية. وعند الجمع بين هاتين الميزتين، وهما انخفاض إنتاج العناصر العابرة لليورانيوم وإعادة التدوير، تُقلل دورة وقود الثوريوم من إنتاج النفايات العابرة لليورانيوم بأكثر من ألف ضعف مقارنةً بمفاعل الماء الخفيف التقليدي ذي التدفق الأحادي الذي يعمل بوقود اليورانيوم . النفايات الوحيدة طويلة الأمد ذات الأهمية هي وقود اليورانيوم نفسه، ولكن يمكن استخدامه إلى أجل غير مسمى عن طريق إعادة التدوير، مع توليد الكهرباء باستمرار. في حال اضطررنا إلى إيقاف تشغيل مرحلة الثوريوم، يمكن إيقاف تشغيل جزء من المفاعلات وحرق مخزون وقود اليورانيوم فيها في المفاعلات المتبقية، مما يسمح بخفض كمية هذه النفايات النهائية إلى أدنى مستوى ممكن وفقًا لمتطلبات المجتمع. [ 53 ] لا يزال مفاعل LFTR ينتج نواتج انشطار مشعة في نفاياته، ولكنها لا تدوم طويلًا، إذ يهيمن السيزيوم-137 والسترونتيوم -90 على السمية الإشعاعية لهذه النواتج.يبلغ عمر النصف الأطول للسيزيوم 30.17 عامًا. لذا، بعد 30.17 عامًا، يُقلل التحلل الإشعاعي النشاط الإشعاعي إلى النصف. عشرة أضعاف عمر النصف تُقلل النشاط الإشعاعي بمقدار الضعف مرفوعًا للأس عشرة، أي بمعامل 1024. عند هذه النقطة، أي بعد حوالي 300 عام، تكون نواتج الانشطار أقل إشعاعًا من اليورانيوم الطبيعي. [ 54 ] [ 55 ] علاوة على ذلك، تسمح الحالة السائلة لمادة الوقود بفصل نواتج الانشطار ليس فقط عن الوقود، بل عن بعضها البعض أيضًا، مما يُتيح فرزها حسب طول عمر النصف لكل ناتج انشطار، بحيث يمكن إخراج النواتج ذات أعمار النصف الأقصر من التخزين أسرع من تلك ذات أعمار النصف الأطول.
- مقاومة الانتشار . في عام 2016، ادعى الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل ، الدكتور كارلو روبيا ، المدير العام السابق لمركز سيرن ، أن أحد الأسباب الرئيسية لتقليص الولايات المتحدة لأبحاث مفاعل الثوريوم في سبعينيات القرن الماضي هو ما يجعله جذابًا للغاية اليوم: صعوبة تحويل الثوريوم إلى سلاح نووي . [ 56 ] يقاوم مفاعل LFTR تحويل وقوده إلى أسلحة نووية بأربع طرق: أولًا، يتكاثر الثوريوم-232 عن طريق التحول أولًا إلى بروتاكتينيوم-233، الذي يتحلل بدوره إلى يورانيوم-233. إذا بقي البروتاكتينيوم في المفاعل، تُنتج أيضًا كميات صغيرة من اليورانيوم-232. لليورانيوم-232 ناتج سلسلة تحلل (الثاليوم-208) يُصدر أشعة غاما قوية وخطيرة. لا تُشكل هذه الأشعة مشكلة داخل المفاعل، ولكن في القنبلة، تُعقّد عملية تصنيعها، وتُلحق الضرر بالإلكترونيات، وتكشف موقع القنبلة. [ 57 ] تتمثل السمة الثانية لمقاومة الانتشار في أن مفاعلات LFTR تنتج كمية ضئيلة جدًا من البلوتونيوم، حوالي 15 كيلوغرامًا لكل جيجاوات-سنة من الكهرباء (وهذا هو ناتج مفاعل كبير واحد على مدار عام). ويتكون هذا البلوتونيوم في معظمه من نظير البلوتونيوم-238، مما يجعله غير مناسب لصنع القنابل الانشطارية، نظرًا للحرارة العالية والنيوترونات التلقائية المنبعثة منه. أما المسار الثالث، فهو أن مفاعل LFTR لا ينتج الكثير من الوقود الاحتياطي. فهو ينتج ما لا يزيد عن 9% من الوقود الذي يحرقه سنويًا، بل من الأسهل تصميم مفاعل ينتج 1% فقط من الوقود الإضافي. باستخدام هذا النوع من المفاعلات، سيؤدي صنع القنابل بسرعة إلى إخراج محطات الطاقة من الخدمة، وهذا مؤشر واضح على النوايا الوطنية. وأخيرًا، يمكن أن يقلل استخدام الثوريوم من الحاجة إلى تخصيب اليورانيوم، بل ويقضي عليها تمامًا في نهاية المطاف. يُعد تخصيب اليورانيوم أحد الطريقتين الرئيسيتين اللتين حصلت بهما الدول على مواد صنع القنابل. [ 8 ]
الاقتصاد والكفاءة

- وفرة الثوريوم. يُنتج مفاعل LFTR الثوريوم ليتحول إلى وقود اليورانيوم-233. تحتوي قشرة الأرض على ما يقارب ثلاثة إلى أربعة أضعاف كمية الثوريوم الموجودة في اليورانيوم-238 (الثوريوم متوفر تقريبًا مثل الرصاص ). وهو منتج ثانوي لتعدين العناصر الأرضية النادرة، ويُتخلص منه عادةً كنفايات. باستخدام مفاعلات LFTR، يتوفر ما يكفي من الثوريوم بأسعار معقولة لتلبية احتياجات الطاقة العالمية لمئات الآلاف من السنين. [ 59 ] يُعد الثوريوم أكثر شيوعًا في قشرة الأرض من القصدير والزئبق والفضة. [ 8 ] ينتج متر مكعب واحد من القشرة الأرضية المتوسطة ما يعادل أربعة مكعبات سكر من الثوريوم، وهو ما يكفي لتلبية احتياجات الطاقة لشخص واحد لأكثر من عشر سنوات في حال انشطاره النووي بالكامل. [ 8 ] يُقدر أن ممر ليمهي على حدود مونتانا وأيداهو يحتوي على 1,800,000 طن من خام الثوريوم عالي الجودة. [ 8 ] يمكن لخمسمائة طن أن تُغطي جميع احتياجات الولايات المتحدة من الطاقة لمدة عام واحد . [ 8 ] نظراً لقلة الطلب الحالي، أعادت الحكومة الأمريكية حوالي 3200 طن متري من نترات الثوريوم المكرر إلى القشرة الأرضية، ودفنتها في صحراء نيفادا. [ 8 ]
- لا يوجد نقص في الموارد الطبيعية . تتوفر موارد طبيعية أخرى كافية مثل البريليوم والليثيوم والنيكل والموليبدينوم لبناء آلاف من مفاعلات نقل الغاز السائل. [ 60 ]
- كفاءة المفاعل. تستهلك المفاعلات التقليدية أقل من واحد بالمئة من اليورانيوم المستخرج، تاركةً الباقي كنفايات. مع إعادة معالجة مثالية، قد يستهلك مفاعل LFTR ما يصل إلى 99% من وقود الثوريوم. تعني كفاءة الوقود المحسّنة أن طنًا واحدًا من الثوريوم الطبيعي في مفاعل LFTR ينتج طاقة تعادل ما ينتجه 35 طنًا من اليورانيوم المخصب في المفاعلات التقليدية (التي تتطلب 250 طنًا من اليورانيوم الطبيعي)، [ 8 ] أو 4,166,000 طن من الفحم الحجري في محطة توليد طاقة تعمل بالفحم.
- الكفاءة الديناميكية الحرارية. تعمل مفاعلات الماء الخفيف ذات التدفق المنخفض (LFTRs) المزودة بتوربينات بخارية فوق حرجة حديثة بكفاءة تحويل حراري إلى كهربائي تبلغ 45%. ومع دورات برايتون الغازية المغلقة المستقبلية، والتي يمكن استخدامها في محطات توليد الطاقة التي تعمل بمفاعلات الماء الخفيف ذات التدفق المنخفض نظرًا لقدرتها على العمل في درجات حرارة عالية، قد تصل الكفاءة إلى 54%. وهذا أعلى بنسبة تتراوح بين 20 و40% من مفاعلات الماء الخفيف الحالية (33%)، مما يؤدي إلى خفض استهلاك الوقود الانشطاري والوقود الخصب، ونواتج الانشطار، والحرارة المهدرة للتبريد، والطاقة الحرارية للمفاعل بنسبة مماثلة تتراوح بين 20 و40%. [ 8 ]
- لا حاجة للتخصيب أو تصنيع عناصر الوقود. بما أن الثوريوم الطبيعي بنسبة 100% يُمكن استخدامه كوقود، ولأن الوقود يكون على شكل ملح منصهر بدلاً من قضبان وقود صلبة، فلا حاجة لإجراءات تخصيب الوقود المكلفة أو عمليات التحقق من صحة قضبان الوقود الصلبة أو عمليات تصنيعها. هذا يُقلل بشكل كبير من تكاليف وقود مفاعل LFTR. حتى في حال تشغيل مفاعل LFTR باستخدام اليورانيوم المخصب، فإنه يحتاج إلى هذا التخصيب مرة واحدة فقط لبدء التشغيل. بعد بدء التشغيل، لا يلزم أي تخصيب إضافي. [ 8 ]
- انخفاض تكلفة الوقود. تُعدّ الأملاح رخيصة نسبيًا مقارنةً بإنتاج الوقود الصلب. على سبيل المثال، على الرغم من ارتفاع سعر الكيلوغرام الواحد من البريليوم، فإن الكمية المطلوبة لمفاعل كبير بقدرة 1 جيجاواط كهربائي صغيرة جدًا. تطلّب مفاعل MSBR التابع لمختبر أوك ريدج الوطني 5.1 طن من معدن البريليوم، أي ما يعادل 26 طنًا من BeF₂ . [ 60 ] بسعر 147 دولارًا/كجم من BeF₂ ، [ 50 ] : 44 ستُكلّف هذه الكمية أقل من 4 ملايين دولار، وهي تكلفة متواضعة لمحطة طاقة تُقدّر قيمتها بمليارات الدولارات. بالتالي، فإن ارتفاع سعر البريليوم عن المستوى المفترض هنا لن يُؤثّر بشكل كبير على التكلفة الإجمالية لمحطة الطاقة. أما تكلفة الليثيوم-7 المُخصّب فهي أقل وضوحًا، حيث تتراوح بين 120 و800 دولار/كجم من LiF. [ 1 ] ومخزون (مبني أيضًا على نظام MSBR) يبلغ 17.9 طنًا من الليثيوم-7 على شكل 66.5 طنًا من فلوريد الليثيوم [ 60 ]، مما يجعل تكلفة فلوريد الليثيوم تتراوح بين 8 ملايين و53 مليون دولار. إضافة 99.1 طنًا من الثوريوم بسعر 30 دولارًا للكيلوغرام الواحد تزيد التكلفة بمقدار 3 ملايين دولار فقط. المواد الانشطارية أغلى ثمنًا، خاصةً عند استخدام البلوتونيوم المُعاد معالجته بتكلفة باهظة، حيث تبلغ تكلفة الغرام الواحد من البلوتونيوم الانشطاري 100 دولار. مع شحنة انشطارية ابتدائية تبلغ 1.5 طن فقط، والتي أصبحت ممكنة بفضل طيف النيوترونات اللينة [ 1 ] ، تصل التكلفة إلى 150 مليون دولار. وبجمع كل هذه التكاليف، تصل التكلفة الإجمالية لشحنة الوقود لمرة واحدة، والتي تتراوح بين 165 و210 ملايين دولار. وهذا يُشابه تكلفة قلب المفاعل الأول لمفاعل الماء الخفيف. [ 61 ] اعتمادًا على تفاصيل إعادة معالجة مخزون الملح، يمكن أن يدوم لعقود، بينما يحتاج مفاعل الماء الخفيف إلى قلب جديد كل 4 إلى 6 سنوات (يتم استبدال ثلثه كل 12 إلى 24 شهرًا). وقدّر مختبر أوك ريدج الوطني التكلفة الإجمالية للملح حتى لنظام الحلقات الثلاث الأكثر تكلفة بحوالي 30 مليون دولار، أي أقل من 100 مليون دولار بقيمة اليوم. [ 62 ]
- تُعدّ مفاعلات LFTR أنظف: فباعتبارها نظام إعادة تدوير كامل، تتكون النفايات الناتجة عنها في الغالب من نواتج الانشطار، ومعظمها (83%) له عمر نصف قصير نسبيًا يتراوح بين ساعات وأيام [ 63 ] مقارنةً بنفايات الأكتينيدات ذات العمر الأطول في محطات الطاقة النووية التقليدية. [ 57 ] وينتج عن ذلك انخفاض كبير في فترة احتواء النفايات المطلوبة في مستودع جيولوجي. أما النسبة المتبقية البالغة 17% من النفايات، فتحتاج إلى 300 عام فقط للوصول إلى مستويات الإشعاع الطبيعي. [ 63 ] وتُعدّ السمية الإشعاعية لنفايات دورة وقود الثوريوم أقل بنحو 10000 مرة من تلك الخاصة بدورة وقود اليورانيوم. [ 8 ]
- انخفاض الحاجة إلى الوقود الانشطاري . نظرًا لأن مفاعلات LFTR هي مفاعلات طيفية حرارية، فإنها تحتاج إلى كمية أقل بكثير من الوقود الانشطاري لبدء التشغيل. يكفي 1-2 طن فقط من الوقود الانشطاري لبدء تشغيل مفاعل LFTR أحادي السائل، وقد تصل الكمية إلى 0.4 طن فقط في تصميم ثنائي السائل. [ 1 ] في المقابل، تحتاج مفاعلات التوليد السريع التي تعمل بالوقود الصلب إلى 8 أطنان على الأقل من الوقود الانشطاري لبدء تشغيلها. ورغم أن المفاعلات السريعة نظريًا قادرة على بدء التشغيل بكفاءة عالية باستخدام النفايات العابرة لليورانيوم، إلا أن ارتفاع تكلفة بدء التشغيل بالوقود الانشطاري يجعلها مكلفة للغاية.
- لا يتطلب الأمر أي توقف لإعادة التزود بالوقود. تستخدم مفاعلات LFTR وقودًا سائلًا، وبالتالي لا حاجة لإيقاف تشغيل المفاعل وتفكيكه لمجرد إعادة تزويده بالوقود. وبذلك، يمكن إعادة تزويد مفاعلات LFTR بالوقود دون التسبب في انقطاع التيار الكهربائي ( إعادة التزود بالوقود أثناء التشغيل ).
- متابعة الحمل. بما أن مفاعل LFTR لا يعاني من تسمم الزينون، فلا توجد مشكلة في تقليل الطاقة في أوقات انخفاض الطلب على الكهرباء وإعادة تشغيلها في أي وقت.
- لا حاجة لوعاء ضغط عالٍ. بما أن قلب المفاعل غير مضغوط، فإنه لا يحتاج إلى أغلى عنصر في مفاعلات الماء الخفيف، وهو وعاء الضغط العالي المخصص للقلب. بدلاً من ذلك، يوجد وعاء ضغط منخفض وأنابيب (للملح المنصهر) مصنوعة من مواد رقيقة نسبيًا. على الرغم من أن المعدن المستخدم هو سبيكة نيكل متطورة مقاومة للحرارة والتآكل، وهي هاستيلوي -إن، إلا أن الكمية المطلوبة قليلة نسبيًا.
- تتميز أملاح الفلوريد السائلة، وخاصةً الأملاح القائمة على فلوريد الليثيوم (LiF)، بخصائص نقل حرارة ممتازة . فملح الوقود، مثل LiF- ThF₄ ، يتمتع بسعة حرارية حجمية أعلى بنحو 22% من الماء، [ 64 ] بينما يتمتع FLiBe بسعة حرارية أعلى بنحو 12% من الماء. إضافةً إلى ذلك، تتمتع أملاح LiF بموصلية حرارية تبلغ ضعف موصلية الماء الساخن المضغوط في مفاعل الماء المضغوط تقريبًا. [ 33 ] [ 50 ] ينتج عن ذلك نقل حرارة فعال وحلقة تبريد أولية مدمجة. وبالمقارنة مع الهيليوم ، وهو مُبرد منافس للمفاعلات عالية الحرارة، يكون الفرق أكبر. إذ يتمتع ملح الوقود بسعة حرارية حجمية أعلى بأكثر من 200 ضعف من الهيليوم الساخن المضغوط، وموصلية حرارية أعلى بأكثر من 3 أضعاف. تستخدم حلقة الملح المنصهر أنابيب بقطر يُعادل خُمس قطر أنابيب الهيليوم عالي الضغط، ومضخات تستهلك 1/20 من الطاقة اللازمة لتشغيلها، مع الحفاظ على الضغط الجوي. [ 65 ]
- حاوية أصغر حجمًا ومنخفضة الضغط. باستخدام الملح السائل كمبرد بدلًا من الماء المضغوط، يمكن استخدام هيكل حاوية أكبر بقليل من وعاء المفاعل. تستخدم مفاعلات الماء الخفيف الماء المضغوط، الذي يتحول فجأة إلى بخار ويتمدد ألف ضعف في حالة حدوث تسرب، مما يستلزم مبنى حاوية أكبر بألف ضعف من وعاء المفاعل. لا تقتصر مزايا حاوية مفاعل الماء الخفيف (LFTR) على صغر حجمها المادي فحسب، بل تتميز أيضًا بانخفاض ضغطها بطبيعتها. لا توجد مصادر للطاقة المخزنة التي يمكن أن تتسبب في ارتفاع سريع للضغط (مثل الهيدروجين أو البخار) داخل الحاوية. [ 46 ] وهذا يمنح مفاعل الماء الخفيف (LFTR) ميزة نظرية كبيرة ليس فقط من حيث السلامة المتأصلة، ولكن أيضًا من حيث صغر الحجم، وانخفاض استخدام المواد، وانخفاض تكلفة الإنشاء. [ 8 ]
- من النفايات إلى الموارد. ثمة اقتراحات بإمكانية استخلاص بعض نواتج الانشطار النووي بحيث تكون لها قيمة تجارية مستقلة. [ 66 ] مع ذلك، تُعدّ قيمة نواتج الانشطار منخفضة مقارنةً بالطاقة المنتجة، كما أن تنقيتها كيميائياً مكلفة. [ 67 ]
- التعدين الفعال. يُعد استخراج الثوريوم من قشرة الأرض طريقة تعدين أكثر أمانًا وكفاءة من استخراج اليورانيوم. يحتوي خام الثوريوم، المونازيت، عمومًا على تركيزات أعلى من الثوريوم مقارنةً بنسبة اليورانيوم الموجودة في خامه. وهذا ما يجعل الثوريوم مصدر وقود أقل تكلفة وأقل ضررًا بالبيئة. كما أن تعدين الثوريوم أسهل وأقل خطورة من تعدين اليورانيوم، لأن المنجم عبارة عن حفرة مفتوحة لا تتطلب تهوية مثل مناجم اليورانيوم تحت الأرض، حيث تكون مستويات غاز الرادون ضارة . [ 68 ]
التحديات
تختلف مفاعلات LFTR اختلافًا كبيرًا عن مفاعلات الطاقة التجارية العاملة حاليًا. وتخلق هذه الاختلافات صعوبات في التصميم ومفاضلات بين الخيارات المتاحة.
- لم يبدأ الإنتاج على نطاق واسع بعد – خلصت دراسة أجرتها جامعة شيكاغو عام 2014 إلى أنه بما أن هذا التصميم لم يصل بعد إلى المرحلة التجارية، فلن تتحقق المزايا الاقتصادية الكاملة دون مزايا الإنتاج على نطاق واسع: "على الرغم من وجود وفورات في تكاليف المحطات الفرعية مرتبطة ببناء مفاعل LFTR مقارنةً بمصنع اليورانيوم التقليدي، إلا أن فرق التكلفة، بالنظر إلى بيئة الصناعة الحالية [حتى عام 2014]، لا يزال غير كافٍ لتبرير إنشاء مفاعل LFTR جديد". [ 69 ]
- يُعدّ الوصول إلى نقطة التعادل في إنتاج النيوترونات أمرًا مشكوكًا فيه - فبينما تدعو الخطط عادةً إلى تحقيق نقطة التعادل، يبقى من غير المؤكد إمكانية تحقيق ذلك في ظل وجود متطلبات أخرى يجب تلبيتها. [ 42 ] تحتوي دورة وقود الثوريوم على عدد قليل جدًا من النيوترونات الفائضة. ونظرًا لمحدودية إعادة المعالجة الكيميائية (لأسباب اقتصادية) والتنازلات اللازمة لتحقيق متطلبات السلامة، مثل معامل الفراغ السالب، فقد يُفقد عدد كبير جدًا من النيوترونات. تميل التصاميم القديمة المقترحة أحادية السائل، والتي تعد بأداء إنتاجي جيد، إلى امتلاك معامل فراغ موجب غير آمن، وغالبًا ما تفترض تنظيفًا مفرطًا للوقود لتحقيق الجدوى الاقتصادية. [ 42 ]
- لا يزال هناك الكثير من التطوير المطلوب – على الرغم من بناء مفاعلي ARE وMSRE التجريبيين في ستينيات القرن الماضي، لا يزال هناك الكثير من التطوير المطلوب لمفاعل LFTR. ويشمل ذلك معظم عمليات الفصل الكيميائي، والتبريد الطارئ (السلبي)، وحاجز التريتيوم، والصيانة التي يتم تشغيلها عن بُعد، وإنتاج الليثيوم-7 على نطاق واسع، ودورة الطاقة ذات درجة الحرارة العالية، ومواد أكثر متانة.
- وقود بدء التشغيل - على عكس اليورانيوم المستخرج، لا يحتوي الثوريوم المستخرج على نظير قابل للانشطار. تُنتج مفاعلات الثوريوم اليورانيوم-233 القابل للانشطار من الثوريوم، ولكنها تتطلب كمية صغيرة من المواد الانشطارية لبدء التشغيل الأولي. هذه المواد متوفرة بكميات قليلة نسبيًا، مما يثير مشكلة كيفية بدء تشغيل المفاعلات في فترة زمنية قصيرة. أحد الخيارات هو إنتاج اليورانيوم-233 في مفاعلات الوقود الصلب الحالية، ثم إعادة معالجته من النفايات الصلبة. يمكن أيضًا بدء تشغيل مفاعل LFTR باستخدام نظائر انشطارية أخرى، مثل اليورانيوم المخصب أو البلوتونيوم من المفاعلات أو القنابل النووية المُخرجة من الخدمة. لبدء التشغيل باستخدام اليورانيوم المخصب، يلزم تخصيب عالٍ. تحتوي قنابل اليورانيوم المُخرجة من الخدمة على تخصيب كافٍ، ولكنه غير كافٍ لبدء تشغيل العديد من مفاعلات LFTR. من الصعب فصل فلوريد البلوتونيوم عن نواتج انشطار اللانثانيدات. أحد الخيارات المتاحة لمفاعل ثنائي السوائل هو تشغيله باستخدام البلوتونيوم أو اليورانيوم المخصب في ملح الوقود، وإنتاج اليورانيوم-233 في الغطاء، وتخزينه بدلاً من إعادته إلى قلب المفاعل. وبدلاً من ذلك، يُضاف البلوتونيوم أو اليورانيوم المخصب لمواصلة التفاعل المتسلسل، على غرار مفاعلات الوقود الصلب الحالية. وعند إنتاج كمية كافية من اليورانيوم-233، يُستبدل الوقود بوقود جديد، مع الاحتفاظ باليورانيوم-233 لاستخدامه في عمليات بدء تشغيل أخرى. يوجد خيار مماثل لمفاعل أحادي السائل يعمل كمحول. لا يُعيد هذا المفاعل معالجة الوقود أثناء التشغيل. بدلاً من ذلك، يبدأ المفاعل باستخدام البلوتونيوم مع الثوريوم كعامل تخصيب، ثم يُضاف البلوتونيوم. ينفد البلوتونيوم في النهاية، ويُنتج اليورانيوم-233 في الموقع . في نهاية عمر وقود المفاعل، يمكن إعادة معالجة ملح الوقود المستهلك لاستعادة اليورانيوم-233 المُنتج لبدء تشغيل مفاعلات LFTR جديدة. [ 70 ]
- Salts freezing – Fluoride salt mixtures have melting points ranging from 300 to 600 °C (572 to 1,112 °F). The salts, especially those with beryllium fluoride, are very viscous near their freezing point. This requires careful design and freeze protection in the containment and heat exchangers. Freezing must be prevented in normal operation, during transients, and during extended downtime. The primary loop salt contains the decay heat-generating fission products, which help to maintain the required temperature. For the MSBR, ORNL planned on keeping the entire reactor room (the hot cell) at high temperature. This avoided the need for individual electric heater lines on all piping and provided more even heating of the primary loop components.[18]:311 One "liquid oven" concept developed for molten salt-cooled, solid-fueled reactors employs a separate buffer salt pool containing the entire primary loop.[71] Because of the high heat capacity and considerable density of the buffer salt, the buffer salt prevents fuel salt freezing and participates in the passive decay heat cooling system, provides radiation shielding and reduces deadweight stresses on primary loop components. This design could also be adopted for LFTRs.
- Beryllium toxicity – The proposed salt mixture FLiBe contains large amounts of beryllium, which is toxic to humans (although nowhere near as toxic as the fission products and other radioactives). The salt in the primary cooling loops must be isolated from workers and the environment to prevent beryllium poisoning. This is routinely done in industry.[72]:52–66 Based on this industrial experience, the added cost of beryllium safety is expected to cost only $0.12/MWh.[72]:61 After start up, the fission process in the primary fuel salt produces highly radioactive fission products with a high gamma and neutron radiation field. Effective containment is therefore a primary requirement. It is possible to operate instead using lithium fluoride-thorium fluoride eutectic without beryllium, as the French LFTR design, the "TMSR", has chosen.[73] This comes at the cost of a somewhat higher melting point, but has the additional advantages of simplicity (avoiding BeF2 in the reprocessing systems), increased solubility for plutonium-trifluoride, reduced tritium production (beryllium produces lithium-6, which in turn produces tritium) and improved heat transfer (BeF2 يزيد من لزوجة خليط الملح). تسمح المذيبات البديلة مثل فلوريدات الصوديوم والروبيديوم والزركونيوم بانخفاض درجات الانصهار مع وجود تنازلات في التكاثر. [ 1 ]
- فقدان النيوترونات المتأخرة - تعتمد المفاعلات النووية، لضمان التحكم الدقيق بها، على النيوترونات المتأخرة. فهي تحتاج إلى نيوترونات إضافية بطيئة التطور ناتجة عن تحلل نواتج الانشطار لمواصلة التفاعل المتسلسل. ونظرًا لبطء تطور هذه النيوترونات، يصبح التحكم بالمفاعل سهلًا للغاية. في مفاعل LFTR، يؤدي وجود نواتج الانشطار في المبادل الحراري والأنابيب إلى فقدان جزء من هذه النيوترونات المتأخرة. [ 74 ] فهي لا تشارك في التفاعل المتسلسل الحرج في قلب المفاعل، مما يعني بدوره أن أداء المفاعل يصبح أقل سلاسة عند تغيرات التدفق والطاقة، وما إلى ذلك. وقد يصل الفقد إلى نصف النيوترونات المتأخرة تقريبًا. عمليًا، يعني هذا ضرورة أن يكون المبادل الحراري صغير الحجم بحيث يكون الحجم خارج قلب المفاعل أصغر ما يمكن. وكلما كان قلب المفاعل أكثر كثافة (أي كثافة طاقة أعلى)، ازدادت أهمية هذه المسألة. كما أن وجود كمية أكبر من الوقود خارج قلب المفاعل في المبادلات الحرارية يعني الحاجة إلى كمية أكبر من الوقود الانشطاري باهظ الثمن لبدء تشغيل المفاعل. وهذا يجعل المبادل الحراري صغير الحجم نسبياً متطلباً تصميمياً مهماً لمفاعل LFTR.
- إدارة النفايات - يبلغ عمر النصف لحوالي 83% من النفايات المشعة ساعات أو أيامًا، بينما تتطلب النسبة المتبقية البالغة 17% تخزينًا لمدة 300 عام في بيئة مستقرة جيولوجيًا للوصول إلى مستويات الإشعاع الطبيعية. [ 63 ] إذا تم تخزين أملاح وقود الفلوريد في صورة صلبة لعقود طويلة، فقد يتسبب الإشعاع في إطلاق غاز الفلور المسبب للتآكل وسداسي فلوريد اليورانيوم . [ 75 ] يجب إزالة الوقود من الأملاح والنفايات قبل عمليات الإيقاف الطويلة وتخزينها في درجة حرارة أعلى من 100 درجة مئوية. [ 76 ] تُعد الفلوريدات أقل ملاءمة للتخزين طويل الأمد لأن بعضها (مثل فلوريد السيزيوم ) يتميز بذوبان عالٍ في الماء ما لم يتم تجميده في زجاج البوروسيليكات غير القابل للذوبان . [ 77 ]
- تكاليف إيقاف التشغيل غير المؤكدة - بلغت تكلفة تنظيف تجربة مفاعل الملح المنصهر حوالي 130 مليون دولار أمريكي، لوحدة صغيرة بقدرة 8 ميغاواط حراري. ويعود جزء كبير من التكلفة المرتفعة إلى التطور غير المتوقع للفلور وسداسي فلوريد اليورانيوم من ملح الوقود البارد المخزن، والذي لم تقم مختبرات أوك ريدج الوطنية (ORNL) بتفريغه وتخزينه بشكل صحيح، ولكن تم أخذ ذلك في الاعتبار الآن في تصميم مفاعل الملح المنصهر. [ 76 ] بالإضافة إلى ذلك، لا تتناسب تكاليف إيقاف التشغيل بشكل كبير مع حجم المحطة بناءً على الخبرة السابقة، [ 78 ] وتُتكبد التكاليف في نهاية عمر المحطة، لذا فإن رسومًا صغيرة لكل كيلوواط ساعة كافية. على سبيل المثال، تنتج محطة مفاعل بقدرة غيغاواط أكثر من 300 مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء على مدى 40 عامًا، لذا فإن رسوم إيقاف التشغيل البالغة 0.001 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة توفر 300 مليون دولار أمريكي بالإضافة إلى الفائدة في نهاية عمر المحطة.
- تراكم المعادن النفيسة – تترسب بعض نواتج الانشطار المشعة، مثل المعادن النفيسة ، على الأنابيب. يجب تطوير معدات جديدة، مثل خراطيش إسفنجية من الصوف النيكل، لترشيح المعادن النفيسة واحتجازها لمنع تراكمها.
- عمر الجرافيت المحدود - تتميز التصاميم المدمجة بعمر محدود لمهدئ الجرافيت وفاصل حلقة الوقود/التوليد. تحت تأثير النيوترونات السريعة، ينكمش الجرافيت أولًا، ثم يتمدد بشكل غير محدود حتى يصبح ضعيفًا للغاية وعرضة للتشقق، مما يُسبب مشاكل ميكانيكية ويؤدي إلى امتصاص الجرافيت كمية كافية من نواتج الانشطار لتسميم التفاعل. [ 79 ] كان تصميم عام 1960 ثنائي السائل يُقدر بفترة استبدال الجرافيت بأربع سنوات. [ 1 ] : 3 وكان التخلص من الجرافيت في الأنابيب المغلقة حافزًا رئيسيًا للتحول إلى تصميم أحادي السائل. [ 18 ] : 3 ويتطلب استبدال هذا الجزء المركزي الكبير معدات يتم تشغيلها عن بُعد. يجب أن تُراعي تصاميم مفاعلات الملح المنصهر (MSR) هذا الاستبدال. في مفاعل الملح المنصهر، يمكن نقل جميع الوقود ونواتج الانشطار تقريبًا إلى خزان تخزين. ولا يصل إلى الجرافيت سوى جزء ضئيل من واحد بالمائة من نواتج الانشطار، ويعود ذلك أساسًا إلى اصطدام نواتج الانشطار بالجرافيت. يؤدي ذلك إلى جعل سطح الجرافيت مشعًا، وبدون إعادة تدوير/إزالة الطبقة السطحية على الأقل، ينتج عنه تيار نفايات ضخم نسبيًا. إزالة الطبقة السطحية وإعادة تدوير ما تبقى من الجرافيت من شأنه أن يحل هذه المشكلة. توجد عدة تقنيات لإعادة تدوير أو التخلص من جرافيت المهدئ النووي. [ 80 ] الجرافيت خامل وغير متحرك في درجات الحرارة المنخفضة، لذا يمكن تخزينه أو دفنه بسهولة عند الحاجة. [ 80 ] استخدم تصميم واحد على الأقل كرات (حصى) من الجرافيت تطفو في الملح، والتي يمكن إزالتها وفحصها باستمرار دون إيقاف تشغيل المفاعل. [ 81 ] يؤدي تقليل كثافة الطاقة إلى زيادة عمر الجرافيت. [ 82 ] : 10 بالمقارنة، تستبدل المفاعلات التي تعمل بالوقود الصلب عادةً ثلث عناصر الوقود، بما في ذلك جميع نواتج الانشطار عالية الإشعاع الموجودة فيها، كل 12 إلى 24 شهرًا. يتم ذلك بشكل روتيني تحت طبقة من الماء الواقية والمبردة.
- التغذية الراجعة الإيجابية للتفاعل النووي الناتجة عن الجرافيت - عندما يسخن الجرافيت، فإنه يزيد من انشطار اليورانيوم-233، مما يُسبب تغذية راجعة إيجابية غير مرغوب فيها. [ 42 ] يجب أن يتجنب تصميم مفاعل LFTR بعض تركيبات الجرافيت والملح، وبعض الأشكال الهندسية للنواة. إذا تمت معالجة هذه المشكلة باستخدام كمية كافية من الجرافيت، وبالتالي طيف مُتوازن حراريًا، فمن الصعب الوصول إلى نقطة التعادل في التوليد النووي. [ 42 ] أما البديل المتمثل في استخدام كمية قليلة من الجرافيت أو عدم استخدامه على الإطلاق، فيؤدي إلى طيف نيوتروني أسرع. وهذا يتطلب مخزونًا كبيرًا من المواد الانشطارية، ويزيد من أضرار الإشعاع. [ 42 ]
- ذوبان محدود للبلوتونيوم – توجد فلوريدات البلوتونيوم والأمريكيوم والكوريوم على شكل ثلاثي الفلوريد، مما يعني أنها تحتوي على ثلاث ذرات فلور مرتبطة بها ( PuF3).3 ،AmF3 ،سمف٣ ) تتميز ثلاثي فلوريدات البلوتونيوم بذوبانية محدودة في ملح حامل FLiBe. يُعقّد هذا الأمر عملية بدء التشغيل، خاصةً في التصميمات الصغيرة التي تستخدم كمية أقل من الملح الأولي. بالطبع، يُعدّ استبعاد النفايات الحاملة للبلوتونيوم من عملية بدء التشغيل حلاً أفضل، ما يُزيل هذه المشكلة تمامًا. يُمكن زيادة الذوبانية عن طريق التشغيل بكمية أقل من فلوريد البريليوم أو بدونه (فهو لا يذوب في ثلاثي فلوريدات البلوتونيوم)، أو عن طريق التشغيل عند درجة حرارة أعلى(كما هو الحال مع معظم السوائل الأخرى، تزداد الذوبانية مع ارتفاع درجة الحرارة). لا يُعاني قلب المفاعل ذو الطيف الحراري وكثافة الطاقة المنخفضة من مشاكل في ذوبانية البلوتونيوم.
- خطر الانتشار النووي الناتج عن إعادة المعالجة - تنطوي إعادة المعالجة الفعالة على خطر انتشار نووي . يمكن استخدام مفاعلات LFTR لمعالجة البلوتونيوم من مفاعلات أخرى أيضًا. مع ذلك، وكما ذُكر سابقًا، يصعب فصل البلوتونيوم كيميائيًا عن الثوريوم، ولا يمكن استخدام البلوتونيوم في القنابل إذا تم تخفيفه بكميات كبيرة من الثوريوم. إضافةً إلى ذلك، فإن البلوتونيوم الناتج عن دورة وقود الثوريوم هو في الغالب Pu-238 ، الذي يُنتج مستويات عالية من النيوترونات التلقائية وحرارة الاضمحلال، مما يجعل من المستحيل بناء قنبلة انشطارية باستخدام هذا النظير وحده، ومن الصعب للغاية بناء قنبلة تحتوي حتى على نسب ضئيلة جدًا منه. معدل إنتاج الحرارة البالغ 567 واط/كجم [ 83 ] يعني أن قلب قنبلة مصنوع من هذه المادة سيُنتج باستمرار عدة كيلوواط من الحرارة. المسار الوحيد للتبريد هو التوصيل الحراري عبر طبقات المتفجرات شديدة الانفجار المحيطة، وهي موصلات رديئة. هذا يُؤدي إلى درجات حرارة عالية جدًا يصعب السيطرة عليها، مما قد يُدمر القنبلة. يبلغ معدل الانشطار التلقائي 1204 كيلوبيكريل/غرام [ 83 ] ، أي أكثر من ضعف معدل انشطار البلوتونيوم-240 . حتى النسب الضئيلة جدًا من هذا النظير كفيلة بخفض قوة القنبلة بشكل كبير عن طريق "الانفجار المسبق" الناتج عن بدء النيوترونات الناتجة عن الانشطار التلقائي للتفاعل المتسلسل، مما يؤدي إلى " انفجار ضعيف " بدلًا من انفجار حقيقي. تتطلب إعادة المعالجة نفسها معالجة آلية في خلية ساخنة مغلقة تمامًا، مما يعقد عملية تحويل مسارها. بالمقارنة مع طرق الاستخلاص الحالية مثل PUREX، فإن عمليات المعالجة الحرارية غير متاحة وتنتج مواد انشطارية غير نقية، غالبًا ما تكون ملوثة بكميات كبيرة من نواتج الانشطار. ورغم أن هذا لا يمثل مشكلة للأنظمة الآلية، إلا أنه يشكل صعوبات بالغة لمن يسعون إلى نشر الأسلحة النووية.
- خطر الانتشار النووي الناتج عن فصل البروتاكتينيوم - لا يمكن للتصاميم المدمجة إنتاج اليورانيوم إلا باستخدام الفصل السريع للبروتاكتينيوم، وهو ما يُشكل خطرًا على الانتشار النووي، إذ يُتيح ذلك الوصول إلى اليورانيوم-233 عالي النقاء. ويُعدّ هذا الأمر صعبًا لأن اليورانيوم-233 الناتج من هذه المفاعلات سيكون ملوثًا باليورانيوم-232، وهو باعث قوي لأشعة غاما، مما يستلزم وجود منشأة تخصيب ساخنة واقية [ 63 ] كمسار محتمل لإنتاج مواد صالحة لصنع الأسلحة . ولهذا السبب، قد يتعين تصميم مفاعلات الطاقة التجارية دون فصل. عمليًا، يعني هذا إما عدم إنتاج اليورانيوم، أو تشغيلها بكثافة طاقة أقل. قد يعمل تصميم ثنائي السوائل بغطاء أكبر مع الحفاظ على قلب المفاعل ذي كثافة الطاقة العالية (الذي لا يحتوي على الثوريوم وبالتالي لا يحتوي على البروتاكتينيوم). ومع ذلك، تُجادل مجموعة من مهندسي الطاقة النووية في مجلة Nature (2012) بأن مسار البروتاكتينيوم ممكن، وأن الثوريوم بالتالي "ليس حميدًا كما يُشاع..." [ 84 ].
- انتشار النبتونيوم-237 – في التصاميم التي تستخدم جهاز الفلورة، يظهر النبتونيوم-237 مع اليورانيوم على شكل غاز سداسي فلوريد، ويمكن فصله بسهولة باستخدام طبقات امتصاص من كريات الفلوريد الصلبة. لم يُنتج أحد قنبلة نووية من هذا النوع، لكن مقطع الانشطار السريع الكبير للنبتونيوم-237 وكتلته الحرجة المنخفضة يشيران إلى إمكانية ذلك. [ 85 ] عندما يبقى النبتونيوم-237 في المفاعل، يتحول إلى البلوتونيوم-238 قصير العمر. تُنتج جميع المفاعلات كميات كبيرة من النبتونيوم، الذي يوجد دائمًا بجودة عالية (أحادية) النظائر، ويمكن استخلاصه كيميائيًا بسهولة. [ 85 ]
- التسمم النيوتروني وإنتاج التريتيوم من الليثيوم-6 - يُعد الليثيوم-6 سامًا قويًا للنيوترونات؛ فاستخدام فلوريد الليثيوم مع الليثيوم الطبيعي، الذي يحتوي على 7.5% من الليثيوم-6، يمنع بدء تشغيل المفاعلات. يؤدي ارتفاع كثافة النيوترونات في قلب المفاعل إلى تحويل الليثيوم-6 بسرعة إلى تريتيوم ، مما يُفقد النيوترونات اللازمة لاستمرار عملية التوليد عند نقطة التعادل. التريتيوم نظير مشع للهيدروجين، وهو مطابق تقريبًا للهيدروجين العادي من الناحية الكيميائية. [ 86 ] في مفاعل الملح المنصهر، يكون التريتيوم شديد الحركة لأنه، في صورته العنصرية، ينتشر بسرعة عبر المعادن عند درجات حرارة عالية. إذا تم إثراء الليثيوم نظيريًا بالليثيوم-7، وكان مستوى الفصل النظيري عاليًا بما يكفي (99.995% ليثيوم-7)، فإن كمية التريتيوم المنتجة لا تتجاوز بضع مئات من الغرامات سنويًا لمفاعل بقدرة 1 جيجاواط كهربائي. تأتي هذه الكمية الضئيلة من التريتيوم في الغالب من تفاعل الليثيوم-7 مع التريتيوم، ومن البريليوم الذي يُمكنه إنتاج التريتيوم بشكل غير مباشر عن طريق تحويله أولًا إلى الليثيوم-6 المُنتج للتريتيوم. تعتمد تصاميم مفاعلات LFTR التي تستخدم ملح الليثيوم على نظير الليثيوم-7 . في مفاعل MSRE، تم استخلاص الليثيوم-6 بنجاح من ملح الوقود عبر التخصيب النظيري. ونظرًا لأن الليثيوم-7 أثقل بنسبة 16% على الأقل من الليثيوم-6، وهو النظير الأكثر شيوعًا، فإن استخلاص الليثيوم-6 سهل وغير مكلف نسبيًا. يُحقق التقطير الفراغي لليثيوم كفاءة تصل إلى 8% لكل مرحلة، ولا يتطلب سوى التسخين في غرفة مفرغة من الهواء. [ 87 ] مع ذلك ، ينتج عن انشطار واحد من كل 90,000 انشطار هيليوم-6 ، الذي يتحلل بسرعة إلى ليثيوم-6، بينما ينتج عن انشطار واحد من كل 12,500 انشطار ذرة تريتيوم مباشرة (في جميع أنواع المفاعلات). تعمل مفاعلات الملح المنصهر العملية تحت غطاء من غاز خامل جاف، عادةً ما يكون الهيليوم. توفر مفاعلات LFTR فرصة جيدة لاستعادة التريتيوم، نظرًا لعدم تخفيفه بالماء بشكل كبير كما هو الحال في مفاعلات كاندو. توجد طرق مختلفة لاحتجاز التريتيوم، مثل هدرجته إلى تيتانيوم، [ 88 ] أو أكسدته إلى أشكال أقل حركة (لكنها لا تزال متطايرة) مثل فلوروبورات الصوديوم أو ملح النترات المنصهر، أو احتجازه في غاز دورة طاقة التوربين وإزالته باستخدام كريات أكسيد النحاس. [ 89 ] : 41 طورت مختبرات أوك ريدج الوطنية (ORNL) نظام تبريد بدائرة ثانوية يحتجز التريتيوم المتبقي كيميائيًا بحيث يمكن إزالته من سائل التبريد الثانوي بدلًا من انتشاره في دورة طاقة التوربين. وقد حسبت ORNL أن هذا سيقلل انبعاثات التريتيوم إلى مستويات مقبولة. [ 86 ]
- التآكل الناتج عن التيلوريوم - ينتج المفاعل كميات ضئيلة من التيلوريوم كناتج انشطار. في مفاعل MSRE، تسبب ذلك في حدوث تآكل طفيف عند حدود حبيبات سبيكة النيكل الخاصة ، هاستيلوي -إن. أظهرت الدراسات المعدنية أن إضافة 1 إلى 2% من النيوبيوم إلى سبيكة هاستيلوي -إن تُحسّن مقاومتها للتآكل الناتج عن التيلوريوم. [ 54 ] : 81-87 الحفاظ على نسبة سادس فلوريد اليورانيوم4 /جامعة فلوريداقللت درجة الحرارة من 3 إلى أقل من 60 درجة مئوية من التآكل عن طريق الحفاظ على تركيز منخفض لملح الوقود. كانت وحدة MSRE على اتصال مستمر بملح الوقود المتدفق بواسطة قضيب معدني من البريليوم مغمور في قفص داخل وعاء المضخة. أدى ذلك إلى نقص في الفلور في الملح، مما اختزل التيلوريوم إلى شكل أقل عدوانية (عنصري). تُعد هذه الطريقة فعالة أيضًا في الحد من التآكل بشكل عام، لأن عملية الانشطار تُنتج المزيد من ذرات الفلور التي كانت ستهاجم المعادن الهيكلية لولا ذلك. [ 90 ] : 3-4
- أضرار الإشعاع على سبائك النيكل - وُجد أن سبيكة هاستيلوي N القياسية تُصبح هشة بفعل إشعاع النيوترونات. تتفاعل النيوترونات مع النيكل لتكوين الهيليوم. يتركز غاز الهيليوم في نقاط محددة داخل السبيكة، مما يزيد من الإجهادات. عالج مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) هذه المشكلة بإضافة 1-2% من التيتانيوم أو النيوبيوم إلى هاستيلوي N. غيّر هذا التركيب الداخلي للسبيكة بحيث يتوزع الهيليوم بدقة. خفف هذا من الإجهاد وسمح للسبيكة بتحمل تدفق كبير من النيوترونات. مع ذلك، فإن درجة الحرارة القصوى محدودة بحوالي 650 درجة مئوية. [ 91 ] قد يتطلب الأمر تطوير سبائك أخرى. [ 92 ] يمكن تزويد الجدار الخارجي للوعاء الذي يحتوي على الملح بدرع نيوتروني، مثل كربيد البورون، لحمايته بفعالية من أضرار النيوترونات. [ 93 ]
- نموذج العمل – يحقق موردو مفاعلات الوقود الصلب اليوم إيرادات طويلة الأجل من خلال تصنيع الوقود. وبدون وجود وقود للتصنيع والبيع، سيتبنى مفاعل LFTR نموذج عمل مختلفًا. ستكون هناك عوائق كبيرة أمام تكاليف الدخول لجعل هذا العمل مجديًا. البنية التحتية الحالية وموردي قطع الغيار موجهون نحو المفاعلات المبردة بالماء. سوق الثوريوم واستخراجه محدودان، لذا فإن البنية التحتية الكبيرة المطلوبة غير متوفرة حاليًا. لدى الهيئات التنظيمية خبرة أقل في تنظيم مفاعلات الثوريوم، مما يخلق احتمالات لتأخيرات مطولة.
- تطوير دورة الطاقة - يتطلب تحقيق أعلى كفاءة تطوير توربين كبير يعمل بالهيليوم أو ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج. توفر دورات الغاز هذه العديد من المزايا المحتملة للاستخدام مع المفاعلات التي تعمل بالملح المنصهر أو المبردة به. [ 94 ] تواجه دورات الغاز المغلقة هذه تحديات في التصميم وأعمال هندسية لتوسيع نطاق مجموعة التوربينات والمولدات التجارية. [ 95 ] يمكن استخدام توربين بخاري فوق حرج قياسي مع انخفاض طفيف في الكفاءة (صُممت الكفاءة الصافية لمفاعل الملح المنصهر المعزز لتكون حوالي 44%، باستخدام توربين بخاري قديم من سبعينيات القرن الماضي). [ 96 ] لا يزال يتعين تطوير مولد بخار من الملح المنصهر. حاليًا، تُستخدم مولدات بخار الملح النتراتي المنصهر في محطات الطاقة الشمسية الحرارية المركزة مثل أنداسول في إسبانيا. يمكن استخدام مثل هذا المولد في مفاعل الملح المنصهر كحلقة تدوير ثالثة، حيث سيقوم أيضًا باحتجاز أي تريتيوم ينتشر عبر المبادل الحراري الأولي والثانوي. [ 97 ]
التطورات الأخيرة
فوجي إم إس آر
كان مفاعل فوجي MSR تصميمًا لمفاعل توليد حراري يعمل بالثوريوم باستخدام دورة وقود الملح المنصهر، بقدرة تتراوح بين 100 و200 ميغاواط كهربائية ، ويعتمد على تقنية مشابهة لتجربة مفاعل مختبر أوك ريدج الوطني. وقد طُوّر هذا المفاعل من قبل اتحاد يضم أعضاءً من اليابان والولايات المتحدة وروسيا. وبصفته مفاعل توليد، فإنه يحوّل الثوريوم إلى وقود نووي. [ 98 ] وقدّمت مجموعة صناعية خططًا محدّثة حول مفاعل فوجي MSR في يوليو 2010. [ 99 ] وقدّرت المجموعة تكلفة تبلغ 2.85 سنتًا لكل كيلوواط ساعة. [ 100 ]
خطط اتحاد IThEMS لبناء مفاعل MiniFUJI أصغر بكثير بقدرة 10 ميغاواط كهربائية، بنفس التصميم، بمجرد تأمين تمويل إضافي بقيمة 300 مليون دولار، إلا أن IThEMS أُغلق في عام 2011 لعدم تمكنه من تأمين التمويل الكافي. وفي العام نفسه، أسس كازو فوروكاوا، كبير علماء IThEMS، وماساكي فوروكاوا، شركة جديدة باسم Thorium Tech Solution (TTS). واستحوذت TTS على تصميم FUJI وبعض براءات الاختراع ذات الصلة.
مشروع الثوريوم الصيني
أطلقت جمهورية الصين الشعبية مشروعًا للبحث والتطوير في تكنولوجيا مفاعلات الملح المنصهر بالثوريوم. [ 101 ] وقد أُعلن عنه رسميًا في المؤتمر السنوي للأكاديمية الصينية للعلوم في يناير 2011. ويهدف المشروع في نهاية المطاف إلى دراسة وتطوير نظام نووي قائم على الملح المنصهر بالثوريوم خلال حوالي 20 عامًا. [ 102 ] [ 103 ] ومن النتائج المتوقعة لبرنامج أبحاث مفاعل الملح المنصهر بالثوريوم بناء مفاعل بحثي بقدرة 2 ميغاواط مُبرد بملح الفلوريد ذي طبقة حصوية في عام 2015، ومفاعل بحثي آخر بقدرة 2 ميغاواط يعمل بوقود الملح المنصهر في عام 2017. وسيتبع ذلك بناء مفاعل تجريبي بقدرة 10 ميغاواط ومفاعلات رائدة بقدرة 100 ميغاواط. [ 104 ] [ 105 ] يقود المشروع جيانغ ميانهنغ ، بميزانية تأسيسية قدرها 350 مليون دولار، وقد استقطب بالفعل 140 عالماً حاصلاً على درجة الدكتوراه، يعملون بدوام كامل على أبحاث مفاعل الملح المنصهر للثوريوم في معهد شنغهاي للفيزياء التطبيقية. وقد ارتفع عدد الموظفين إلى 700 بحلول عام 2015. [ 106 ]
في نهاية أغسطس 2021، أكمل معهد شنغهاي للفيزياء التطبيقية (SINAP) بناء مفاعل تجريبي يعمل بملح الثوريوم المنصهر بقدرة 2 ميغاواط (حرارية) في ووي، بمقاطعة قانسو ، والمعروف باسم TMSR-LF1 . [ 107 ] وتخطط الصين لمتابعة التجربة بنسخة بقدرة 373 ميغاواط بحلول عام 2030. [ 108 ]
طاقة فليبي
يُعدّ كيرك سورنسن، العالم السابق في وكالة ناسا وكبير مهندسي التكنولوجيا النووية في شركة تيليداين براون للهندسة ، من أبرز الداعمين لدورة وقود الثوريوم ، ولا سيما مفاعلات الثوريوم السائل بالفلوريد. بدأ سورنسن أبحاثه حول مفاعلات الثوريوم أثناء عمله في ناسا، حيث كان يُقيّم تصاميم محطات الطاقة المناسبة للمستعمرات القمرية. ونظرًا لصعوبة العثور على معلومات حول هذه الدورة، أنشأ سورنسن في عام 2006 موقع "energyfromthorium.com"، وهو عبارة عن مستودع للوثائق ومنتدى ومدونة للترويج لهذه التقنية. وفي العام نفسه، صاغ سورنسن مصطلحي " مفاعل الثوريوم السائل بالفلوريد" و "LFTR" لوصف مجموعة فرعية من تصاميم مفاعلات الملح المنصهر التي تعتمد على وقود الملح السائل بالفلوريد، حيث يتم تحويل الثوريوم إلى يورانيوم-233 في الطيف الحراري. في عام ٢٠١١، أسس سورنسن شركة فليبي إنرجي، التي تعتزم مبدئيًا تطوير تصاميم مفاعلات LFTR صغيرة الحجم بقدرة ٢٠-٥٠ ميغاواط لتزويد القواعد العسكرية بالطاقة. وأشار سورنسن إلى أنه من الأسهل الترويج لتصاميم عسكرية مبتكرة مقارنةً بتصاميم محطات الطاقة المدنية في ظل البيئة التنظيمية والسياسية النووية الأمريكية الحالية. [ ١٠٩ ] [ ١١٠ ] ويمثل تقييم تكنولوجي مستقل، تم تنسيقه مع معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI) وشركة ساوثرن، المعلومات الأكثر تفصيلًا المتاحة للجمهور حتى الآن حول تصميم LFTR المقترح من شركة فليبي إنرجي. [ ١١١ ]
كوبنهاغن أتوميكس
شركة كوبنهاغن أتوميكس هي شركة دنماركية متخصصة في تكنولوجيا الأملاح المنصهرة، تعمل على تطوير مفاعلات أملاح منصهرة بقدرة 100 ميغاواط حراري قابلة للتصنيع بكميات كبيرة. يُعدّ مفاعل كوبنهاغن أتوميكس لحرق النفايات مفاعلاً أحادي السائل، يعمل بالماء الثقيل المهدئ، ويعتمد على الفلورايد، ويتميز بطيف حراري، ويخضع للتحكم الذاتي. صُمم هذا المفاعل ليناسب حاوية شحن محكمة الإغلاق مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بطول 40 قدمًا. يتم عزل الماء الثقيل المهدئ حراريًا عن الملح، ويتم تصريفه وتبريده باستمرار إلى أقل من 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت). كما يجري البحث حاليًا في نسخة أخرى من المفاعل تعمل بمهدئ من أكسيد الليثيوم-7-ديوتيريوم المنصهر (7LiOD). يستخدم المفاعل دورة وقود الثوريوم، حيث يستخدم البلوتونيوم المفصول من الوقود النووي المستهلك كحمل انشطاري أولي للجيل الأول من المفاعلات، ثم ينتقل لاحقًا إلى مفاعل توليد الثوريوم. [ 112 ] تعمل شركة كوبنهاغن أتوميكس بنشاط على تطوير واختبار الصمامات والمضخات والمبادلات الحرارية وأنظمة القياس وأنظمة كيمياء الأملاح وأنظمة التنقية وأنظمة التحكم والبرمجيات لتطبيقات الأملاح المنصهرة. [ 113 ]
في يوليو 2024، أعلنت شركة كوبنهاغن أتوميكس أن مفاعلها جاهز للاختبار في سيناريو واقعي من خلال تجربة حاسمة في معهد بول شيرر في سويسرا في عام 2026. [ 114 ]
شركة ثوريوم لتوليد الطاقة المحدودة (TEG)
كانت شركة Thorium Energy Generation Pty. Limited (TEG) شركة أسترالية متخصصة في البحث والتطوير، وتُعنى بالتطوير التجاري العالمي لمفاعلات LFTR، بالإضافة إلى الأنظمة التي تعمل بمسرعات الثوريوم . وقد توقفت شركة TEG عن العمل في يونيو 2015.
مؤسسة ألفين واينبرغ
كانت مؤسسة ألفين واينبرغ الخيرية البريطانية التي تأسست عام 2011، مكرسة لرفع مستوى الوعي حول إمكانات طاقة الثوريوم ومفاعل الملح المنصهر بالثوريوم. وقد تم إطلاقها رسميًا في مجلس اللوردات في 8 سبتمبر 2011. [ 115 ] [ 116 ] [ 117 ] وقد سميت على اسم الفيزيائي النووي الأمريكي ألفين إم. واينبرغ ، الذي كان رائدًا في أبحاث مفاعل الملح المنصهر بالثوريوم .
ثوركون
مفاعل ثوركون النووي هو مفاعل ملح منصهر عائم مقترح من شركة ثوركون الأمريكية. صُممت وحدة المفاعلين ليتم تصنيعها على خط تجميع في حوض بناء السفن، ونقلها عبر بارجة إلى أي ساحل محيطي أو ممر مائي رئيسي. يُسلم المفاعلان كوحدة مغلقة ولا يُفتحان في الموقع مطلقًا. تتم جميع أعمال صيانة المفاعل ومعالجة الوقود في موقع خارجي.
مجموعة الأبحاث والاستشارات النووية
في 5 سبتمبر 2017، أعلنت المجموعة الهولندية للأبحاث والاستشارات النووية أن الأبحاث جارية حول تشعيع أملاح فلوريد الثوريوم المنصهرة داخل مفاعل بيتن عالي التدفق . [ 118 ]
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ليبلانك، ديفيد (2010). "مفاعلات الملح المنصهر: بداية جديدة لفكرة قديمة" (ملف PDF) . الهندسة النووية والتصميم . 240 (6): 1644. Bibcode : 2010NuEnD.240.1644L . doi : 10.1016/j.nucengdes.2009.12.033 .
- ↑ غرين، شيريل (مايو 2011). مفاعلات عالية الحرارة مبردة بملح الفلوريد - الوضع التكنولوجي واستراتيجية التطوير . ICENES-2011 . سان فرانسيسكو، كاليفورنيا.
- ↑ ستينجر، فيكتور (12 يناير 2012). "LFTR: حل طاقة طويل الأجل؟" . هافينغتون بوست .
- ↑ ويليامز، ستيفن (16 يناير 2015). "مفاعلات الملح المنصهر: مستقبل الطاقة الخضراء؟" . مجلة ZME للعلوم . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أغسطس 2015 .
- 1 2 وورمفلاش، ديفيد (16 يناير 2015). "طاقة الثوريوم هي مستقبل الطاقة النووية الأكثر أمانًا" . مجلة ديسكفر . مؤرشف من الأصل في 21 يناير 2015. تم الاطلاع عليه في 22 يناير 2015 .
- ↑ مطبعة بيتسبرغ (29 سبتمبر 1946). "الطاقة الذرية 'سر' يُصاغ بلغة يفهمها الجمهور" . مطبعة بيتسبرغ . تاريخ الاطلاع: 18 أكتوبر 2011 .
- ↑ يو بي (21 أكتوبر 1946). "الكشف عن مصدر نووي ثالث" . صحيفة توسكالوسا نيوز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أكتوبر 2011 .
- ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١ ١٢ ١٣ هارجريفز، روبرت؛ موير، رالف (يوليو ٢٠١٠). "مفاعلات الثوريوم بالفلوريد السائل: إعادة النظر في فكرة قديمة في الطاقة النووية" (ملف PDF) . مجلة ساينتست الأمريكية . ٩٨ (٤): ٣٠٤-٣١٣ . doi : 10.1511/2010.85.304 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في ٨ ديسمبر ٢٠١٣.
- ↑ تركيب العناصر الثقيلة . Gesellschaft für Schwerionenforschung. gsi.de
- ↑ تعاون KamLAND؛ غاندو، Y.؛ إيشيمورا، ك.؛ إيكيدا، ه.؛ إينوي، ك. كيبي، Y.؛ كيشيموتو، Y.؛ كوجا، م.؛ مينيكاوا، Y.؛ وآخرون . (17 يوليو 2011). “نموذج الحرارة الإشعاعية الجزئية للأرض الذي كشفت عنه قياسات النيوترينو” (PDF) . علوم الأرض الطبيعية . 4 (9): 647–651 . بيب كود : 2011NatGe...4..647K . دوى : 10.1038/ngeo1205 .
- ↑ "مهّد برنامج المفاعلات النووية المبكرة في الغواصات التابع للمختبر الطريق لمحطات الطاقة النووية الحديثة" . إرث أرغون في العلوم والتكنولوجيا النووية . مختبر أرغون الوطني . 1996.
- ↑ سورنسن، كيرك (2 يوليو 2009). "دروس لمفاعل الثوريوم السائل بالفلوريد" (ملف PDF) . ماونتن فيو، كاليفورنيا. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 12 ديسمبر 2011.
- 1 2 روزنتال، م.؛ بريغز، ر.؛ هاوبنرايش، ب. "برنامج مفاعل الملح المنصهر: تقرير مرحلي نصف سنوي للفترة المنتهية في 31 أغسطس 1971" (ملف PDF) . ORNL-4728. مختبر أوك ريدج الوطني .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ ماكفرسون، إتش جي (1 أغسطس 1985). "مغامرة مفاعل الملح المنصهر" . العلوم والهندسة النووية . 90 (4): 374-380 . رمز Bibcode : 1985NSE....90..374M . doi : 10.13182/NSE90-374 . مؤرشف من الأصل في 4 يونيو 2011.
- ↑ واينبرغ، ألفين (1997). العصر النووي الأول: حياة وأزمنة مُصلِح تكنولوجي . المجلد 48. سبرينغر . الصفحات 63-64 . Bibcode : 1995PhT....48j..63W . doi : 10.1063/1.2808209 . ISBN 978-1-56396-358-2.
{{cite book}}تم|journal=تجاهله ( مساعدة ) - ↑ "مختبر أوك ريدج الوطني: الخمسون عامًا الأولى - الفصل السادس: الاستجابة للاحتياجات الاجتماعية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 سبتمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 نوفمبر 2011 .
- ↑ "البلوتونيوم" . الرابطة النووية العالمية . مارس 2012. مؤرشف من الأصل في 30 مارس 2010. تم الاطلاع عليه في 28 يونيو 2012.
النظير الأكثر شيوعًا الذي يتكون في المفاعل النووي النموذجي هو نظير البلوتونيوم-239 القابل للانشطار، والذي يتكون عن طريق التقاط النيوترونات من اليورانيوم-238 (متبوعًا بتحلل بيتا)، والذي ينتج طاقة مماثلة تقريبًا لانشطار اليورانيوم-235. يتم استهلاك أكثر من نصف البلوتونيوم المتكون في قلب المفاعل في الموقع، وهو مسؤول عن حوالي ثلث إجمالي الحرارة الناتجة عن مفاعل الماء الخفيف.
(مُحدَّث) - 1 2 3 4 روزنتال؛ إم دبليو؛ وآخرون . (أغسطس 1972). "حالة تطوير مفاعلات التوليد بالملح المنصهر" (ملف PDF) . ORNL-4812. مختبر أوك ريدج الوطني .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - 1 2 3 روزنتال، إم دبليو؛ كاستن، بي آر؛ بريغز، آر بي (1970). "مفاعلات الملح المنصهر - التاريخ والوضع الراهن والإمكانات" (ملف PDF) . التطبيقات والتكنولوجيا النووية . 8 (2): 107-117 . doi : 10.13182/NT70-A28619 .
- ١ ٢ القسم ٥.٣، WASH ١٠٩٧ "استخدام الثوريوم في مفاعلات الطاقة النووية"، متاح كملف PDF من وثائق مفاعلات الهاليد السائل، تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٣/١١/٢٠٠٩
- ↑ بريغز، آر بي (نوفمبر 1964). "تقرير التقدم نصف السنوي لبرنامج مفاعل الملح المنصهر للفترة المنتهية في 31 يوليو 1964" (ملف PDF) . ORNL-3708. مختبر أوك ريدج الوطني.
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ فوروكاوا، ك.أ.، وآخرون (2008). "خارطة طريق لتحقيق دورة وقود توليد الثوريوم على نطاق عالمي باستخدام تدفق فلوريد منصهر واحد". تحويل الطاقة وإدارتها . 49 (7): 1832. Bibcode : 2008ECM....49.1832F . doi : 10.1016/j.enconman.2007.09.027 .
- 1 2 هارجريفز، روبرت؛ موير، رالف (يناير 2011). "المفاعلات النووية التي تعمل بالوقود السائل" . منتدى الفيزياء والمجتمع . 41 (1): 6-10 .
- ١ ٢ ٣ روبرتسون، آر سي؛ بريغز، آر بي؛ سميث، أو إل؛ بيتيس، إي إس (١٩٧٠). "دراسة تصميم مفاعل التوليد بالملح المنصهر ثنائي السائل (الحالة حتى ١ يناير ١٩٦٨)" . ORNL-٤٥٢٨. مختبر أوك ريدج الوطني . doi : ١٠.٢١٧٢/٤٠٩٣٣٦٤ . OSTI ٤٠٩٣٣٦٤ .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - 1 2 3 روبرتسون، آر سي (يونيو 1971). "دراسة التصميم المفاهيمي لمفاعل توليد أحادي السائل من الملح المنصهر" (ملف PDF) . ORNL-4541. مختبر أوك ريدج الوطني .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ لوبلان، ديفيد (مايو 2010). "جيد جدًا بحيث لا يمكن تركه على الرف" . الهندسة الميكانيكية . 132 (5): 29-33 . doi : 10.1115/1.2010-May-2 .
- ↑ هوف، شين (4 يوليو 2009) دورة رانكين فوق الحرجة . if.uidaho.edu
- ↑ "مختبر أوك ريدج الوطني: نهج جديد لتصميم مولدات البخار لمحطات الطاقة التي تعمل بمفاعلات الملح المنصهر" (ملف PDF) . Moltensalt.org . تاريخ الاطلاع: 24 أكتوبر 2012 .
- 1 2 سابهاروال، بيوش؛ كيم، إيونغ إس؛ ماكيلار، مايكل؛ أندرسون، نولان (أبريل 2011). خيارات مبادل حراري لعملية مفاعل ملح الفلوريد عالي الحرارة (ملف PDF) (تقرير). مختبر أيداهو الوطني. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 8 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه في 4 مايو 2012 .
- ↑ ""تم تدشين مبادرة "قوة الزهور" في إسرائيل" (أخبار) . إينيل غرين باور. 10 يوليو 2009.
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - 1 2 "الفصل الكيميائي الحراري في التطبيقات النووية: تقرير حالة" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ فورسبيرغ، تشارلز و. (2006). "فجوات تكنولوجيا مفاعلات الملح المنصهر" (ملف PDF) . وقائع المؤتمر الدولي لعام 2006 حول التطورات في محطات الطاقة النووية (ICAPP '06) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 29 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 7 أبريل 2012 .
- 1 2 3 "مواد الحياة: وقود الملح المنصهر، المجلد 8" (ملف PDF) . E-reports-ext.11nl.gov . تاريخ الاطلاع: 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "التقطير تحت ضغط منخفض لخلائط الفلوريد المنصهر: اختبارات غير مشعة لتجربة التقطير MSRE؛ 1971، ORNL-4434" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "دراسات تصميم مفاعلات التوليد بالملح المنصهر بقدرة 1000 ميغاواط كهربائي؛ 1966، ORNL-3996" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "الاختبارات الهندسية لعملية نقل المعادن لاستخلاص نواتج انشطار العناصر الأرضية النادرة من ملح وقود مفاعل التوليد ذي الملح المنصهر؛ 1976، ORNL-5176" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ كونوكار، أوليفييه؛ دويير، نيكولا؛ غلاتز، جان بول؛ لاكمون، جيروم؛ مالمبيك، ريكارد؛ وسيرب، جيروم (2006). "عمليات فصل واعدة للأكتينيدات/اللانثانيدات باستخدام الألومنيوم بتقنية الكيمياء الحرارية" . العلوم والهندسة النووية . 153 (3): 253-261 . Bibcode : 2006NSE...153..253C . doi : 10.13182/NSE06-A2611 . S2CID 91818903 .
- ↑ "مفاعلات الملح المنصهر: بداية جديدة لفكرة قديمة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 4 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "إمكانات مفاعلات الملح المنصهر التي تعمل بوقود الثوريوم" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 22 يناير 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "المدرسة الصيفية الدولية السادسة للطلاب حول أساليب الفيزياء النووية والمسرعات في علم الأحياء والطب (يوليو 2011، المعهد المشترك للأبحاث النووية، دوبنا، روسيا)" (ملف PDF) . Uc2.jinr.ru. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 15 مايو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ كوبر، ن.؛ ميناكاتا، د.؛ بيغوفيتش، م.؛ كريتندن، ج. (2011). "هل ينبغي لنا التفكير في استخدام مفاعلات الثوريوم السائل بالفلوريد لتوليد الطاقة؟" . العلوم والتكنولوجيا البيئية . 45 (15): 6237-6238 . Bibcode : 2011EnST...45.6237C . doi : 10.1021/es2021318 . PMID 21732635 .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 ماتيو، إل؛ هوير، D.؛ بريسوت، ر. جارزين، سي؛ لو برون، سي. ليكاربنتير، D .؛ لياتارد، إي؛ لويزوكس، J.-M.؛ ميبلان، O.؛ وآخرون . (2006). “مفاعل الملح الثوريوم المنصهر: الانتقال من MSBR” (PDF) . التقدم في مجال الطاقة النووية . 48 (7): 664–679 . أرخايف : nucl-ex/0506004 . بيب كود : 2006PNuE...48..664M . دوى : 10.1016/j.pnucene.2006.07.005 . S2CID 15091933 .
- 1 2 "قاعدة بيانات هندسية للخواص الفيزيائية الحرارية والكيميائية الحرارية للأملاح السائلة" (ملف PDF) . Inl.gov. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 8 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "الفصل 13: مواد البناء لمفاعلات الملح المنصهر" (ملف PDF) . Moltensalt.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "مفاعلات الأملاح المنصهرة ذات الطيف الحراري والسريع لحرق الأكتينيدات وإنتاج الوقود" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 19 يناير 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- 1 2 ديفاني، جاك. "مفاعلات الملح المنصهر البسيطة: وقتٌ للتحلي بالشجاعة والصبر" (ملف PDF) . C4tx.org. مؤرشف من الأصل في 23 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ موير، ر. و. (2008). "توصيات لإعادة تشغيل تطوير مفاعلات الملح المنصهر" (ملف PDF) . تحويل الطاقة وإدارتها . 49 (7): 1849-1858 . Bibcode : 2008ECM....49.1849M . doi : 10.1016/j.enconman.2007.07.047 .
- ↑ ليبلانك، د. (2010). "مفاعلات الملح المنصهر: بداية جديدة لفكرة قديمة". الهندسة النووية والتصميم . 240 (6): 1644. Bibcode : 2010NuEnD.240.1644L . doi : 10.1016/j.nucengdes.2009.12.033 .
- ↑ "تأثير الزينون-135 على تشغيل المفاعل" (ملف PDF) . Cnta.com. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 23 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- 1 2 3 "تقييم مُبرّدات الأملاح المنصهرة المرشحة للمفاعل عالي الحرارة المتقدم (AHTR) - ORNL-TM-2006-12" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 26 سبتمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "نظام معياري لإزالة الحرارة الناتجة عن التحلل السلبي للمفاعلات المبردة بالملح باستخدام الحرارة الإشعاعية" (ملف PDF) . Ornl.gov. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 أكتوبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ دورة وقود الثوريوم، سلسلة ندوات هيئة الطاقة الذرية، 12، هيئة الطاقة الذرية الأمريكية، فبراير 1968
- ↑ "استخدام مفاعل LTFR لتقليل نفايات الأكتينيدات" (ملف PDF) . Thoriumenergyaslliance.com. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 15 مايو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- 1 2 إنجل، الابن؛ غرايمز، دبليو آر؛ باومان، إتش إف؛ مكوي، إتش إي؛ ديرينغ، جيه إف؛ رودز، دبليو إيه (1980). الخصائص التصميمية المفاهيمية لمفاعل الملح المنصهر المُعدَّل ذي التغذية بالوقود لمرة واحدة (ملف PDF) . مختبر أوك ريدج الوطني، تينيسي. ORNL/TM-7207. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 14 يناير 2010. تم الاطلاع عليه في 22 نوفمبر 2011 .
- ↑ هارجريفز، روبرت وموير، رالف (27 يوليو 2011). "المفاعلات النووية التي تعمل بالوقود السائل" . Aps.org . تم الاطلاع عليه في 3 أغسطس 2012 .
- ↑ "يلوح في الأفق مستقبل الطاقة النووية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 يوليو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يناير 2016 .
- 1 2 سيلفان، ديفيد؛ وآخرون . (مارس-أبريل 2007). "إعادة النظر في دورة الوقود النووي للثوريوم-اليورانيوم" (ملف PDF) . أخبار الفيزياء الأوروبية . 38 (2): 24-27 . Bibcode : 2007ENews..38b..24D . doi : 10.1051/EPN:2007007 .
- ↑ «الصورة مأخوذة من» . Thoriumenergyalliance.com. مؤرشفة من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 5 أبريل 2012. تم الاطلاع عليها بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ إيفانز-بريتشارد، أمبروز (29 أغسطس 2010). أوباما قد يقضي على الوقود الأحفوري بين عشية وضحاها بالاندفاع النووي نحو الثوريوم . صحيفة التلغراف. تاريخ الاطلاع: 24 أبريل 2013.
- 1 2 3 "مختبر أوك ريدج الوطني: ملخص" (ملف PDF) . الطاقة من الثوريوم . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "مفاعلات الملح المنصهر المُعدَّل" (ملف PDF) . Coal2nuclear.com . تاريخ الاطلاع: 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "التكلفة التقديرية لإضافة نظام ثالث لتدوير الملح للتحكم في هجرة التريتيوم في مفاعل MSBR بقدرة 1000 ميغاواط كهربائي [ القرص 5 ] " (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- 1 2 3 4 بونوميتي، ج. "مفاعل الثوريوم السائل بالفلوريد LFTR - ما أراد الاندماج أن يكون!" العرض التقديمي متاح على www.energyfromthorium.com (2011)
- ↑ "قضايا حرجة لأنظمة الطاقة النووية التي تستخدم فلوريدات الأملاح المنصهرة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 26 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ بيترسون، بير ف.؛ تشاو، هـ.؛ وفوكودا، ج. (5 ديسمبر 2003). "مقارنة بين الملح المنصهر والهيليوم عالي الضغط كسائل وسيط لنقل الحرارة في NGNP" (ملف PDF) . تقرير جامعة كاليفورنيا، بيركلي UCBTH-03-004 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 11 أغسطس 2014.
- ↑ "المنتجات" . شركة فليب للطاقة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link ) - ↑ بوش، آر بي (1991). "استخلاص معادن مجموعة البلاتين من النفايات المشعة عالية المستوى" (ملف PDF) . مجلة معادن البلاتين . 35 (4): 202-208 . doi : 10.1595/003214091X354202208 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 24 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مارس 2013 .
- ↑ "دورة وقود الثوريوم - الفوائد والتحديات المحتملة" (ملف PDF) . الوكالة الدولية للطاقة الذرية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2014 .
- ↑ تشيانغ، هوارد؛ جيانغ، ييهاو؛ ليفين، سام؛ بيتارد، كريس؛ تشيان، كيفن؛ يو، بام (8 ديسمبر 2014). مفاعلات الثوريوم بالفلوريد السائل: تحليل مقارنة مع محطات الطاقة النووية التقليدية ودراسة جدوى (ملف PDF) (تقرير فني). جامعة شيكاغو.
- ↑ "الثوريوم" . الطاقة النووية العالمية .
- ↑ بيترسون، بير ف. وتشاو، هاي هوا (29 ديسمبر 2005). "وصف التصميم الأولي لمفاعل حراري سائل عالي الحرارة من الجيل الأول ذي وعاء داخلي معدني (AHTR-MI)" (ملف PDF) . تقرير جامعة كاليفورنيا، بيركلي UCBTH-05-005 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 1 يناير 2014.
- 1 2 فاي، تينغ؛ وآخرون . (16 مايو 2008). "مفاعل عالي الحرارة من نوع Advance D ذو طبقة حصوية معيارية" (ملف PDF) . تقرير جامعة كاليفورنيا، بيركلي UCBTH-08-001 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 1 يناير 2014. تم الاطلاع عليه في 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "مفاعل الملح المنصهر للثوريوم: إطلاق دورة الثوريوم مع إغلاق دورة الوقود الحالية" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "تجربة مفاعل الطائرات - الفيزياء" (ملف PDF) . Moltensalt.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ المجلس الوطني للبحوث (الولايات المتحدة). لجنة معالجة النفايات المدفونة ونفايات الخزانات. فريق الأملاح المنصهرة (1997). تقييم بدائل وزارة الطاقة الأمريكية لإزالة أملاح الفلورايد الناتجة عن تجارب مفاعلات الأملاح المنصهرة والتخلص منها . مطبعة الأكاديميات الوطنية. ص 15. ISBN 978-0-309-05684-7.
- 1 2 "إنتاج الفلور وإعادة تركيبه في أملاح MSR المجمدة بعد تشغيل المفاعل [ القرص 5 ] " (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ فورسبيرغ، سي.؛ بيهام، إي.؛ رودولف، ج. (2 ديسمبر 1996). التحويل المباشر للنفايات المحتوية على الهالوجين إلى زجاج البوروسيليكات (ملف PDF) . الندوة الثانية: الأسس العلمية لإدارة النفايات النووية XX. المجلد 465. بوسطن، ماساتشوستس: جمعية أبحاث المواد. الصفحات 131-137 .
- ↑ "تكاليف إيقاف تشغيل محطات الطاقة النووية" (ملف PDF) . Iaea.org. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 6 أغسطس 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "مختبر أوك ريدج الوطني: سلوك الجرافيت وتأثيراته على أداء مفاعل MSBR" (ملف PDF) . Moltensalt.org . تاريخ الاطلاع: 24 أكتوبر 2012 .
- 1 2 "IAEA-TECDOC-1521" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ «تقرير التقدم نصف السنوي للفترة المنتهية في 28 فبراير 1970» (ملف PDF) . ORNL-4548: برنامج مفاعل الملح المنصهر. صفحة 57. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 29 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 يونيو 2015 .
- ^ رودريجيز-فييتيز، إي. لوينثال، ماريلاند؛ جرينسبان، إي. آهن، J. (7 أكتوبر 2002). تحسين مفاعل تحويل الملح المنصهر (PDF) . فيسور 2002. سيول، كوريا.
- 1 2 "أرشيف الأسلحة النووية - جداول مفيدة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 أغسطس 2013 .
- ↑ "وقود الثوريوم ينطوي على مخاطر" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أكتوبر 2015 .
- 1 2 "النبتونيوم 237 والأمريكيوم: قوائم الجرد العالمية ومخاوف الانتشار" (ملف PDF) . Isis-online.org . تاريخ الاطلاع: 24 أكتوبر 2012 .
- 1 2 "توزيع وسلوك التريتيوم في منشأة تكنولوجيا التبريد بالملح [ القرص 6 ] " (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ مانلي؛ دبليو دي؛ وآخرون (1960). "المشاكل المعدنية في أنظمة الفلوريد المنصهر". التقدم في الطاقة النووية . 2 : 164-179 .
- ↑ هيونغ، إل كيه (31 أغسطس 2012). "التيتانيوم لتخزين التريتيوم على المدى الطويل" (ملف PDF) . Osti.gov. doi : 10.2172/10117162 . تاريخ الاسترجاع: 24 أكتوبر 2012 .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ روبرتسون، آر سي (31 أغسطس 2012). "دراسة التصميم المفاهيمي لمفاعل توليد أحادي السائل من الملح المنصهر" (ملف PDF) . Osti.gov. doi : 10.2172/4030941 . OSTI 4030941. تاريخ الاسترجاع: 24 أكتوبر 2012 .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ موير؛ آر دبليو؛ وآخرون (2002). "مفاعلات الملح المنصهر ذات الاحتراق العميق" (طلب قيد التماس) . LAB NE 2002-1. وزارة الطاقة، مبادرة أبحاث الطاقة النووية.
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ "حالة تطوير المواد لمفاعلات الملح المنصهر" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑(52 ميجابايت) التصدع بين الحبيبات في مادة INOR-8 في MSRE،
- ↑ "إمكانات مفاعلات الملح المنصهر للثوريوم: حسابات تفصيلية وتطورات مفاهيمية في ضوء إنتاج كبير للطاقة النووية" (ملف PDF) . Hal.archives-ouvertes.fr . تاريخ الاطلاع: 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ تشاو، هـ. وبيترسون، بير ف. (25 فبراير 2004). "تصميم مرجعي لنظام تحويل طاقة بقدرة 2400 ميجاواط حراري لأنظمة طاقة الانشطار والاندماج المبردة بالملح المنصهر" (ملف PDF) . تقرير جامعة كاليفورنيا، بيركلي UCBTH-03-002 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 1 يناير 2014.
- ↑ هي تشون نو؛ جي هوان كيم؛ هيون مين كيم (2007). "مراجعة لتكنولوجيا توربينات غاز الهيليوم للمفاعلات المبردة بالغاز ذات درجة الحرارة العالية" . الهندسة النووية والتكنولوجيا . 39 (1): 21-30 . doi : 10.5516/net.2007.39.1.021 .
- ↑ "دراسة التصميم المفاهيمي لمفاعل توليد أحادي السائل من الملح المنصهر" (ملف PDF) . Energyfromthorium.com . تاريخ الاطلاع: 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "ملح نقل الحرارة لتوليد البخار بدرجة حرارة عالية [ القرص 5 ] " (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ فوجي إم إس آر، الصفحات 821-856، يناير 2007
- ↑ "منظمة الطاقة الثوريومية الدولية تقدم: شركة الطاقة الثوريومية الدولية وتكنولوجيا الأملاح المنصهرة" . منظمة الطاقة الثوريومية الدولية. 20 يوليو 2010. مؤرشف من الأصل في 27 يوليو 2010.
- ↑ "الفصل العاشر. معلومات عامة عن MSR-FUJI، والميزات التقنية، وخصائص التشغيل" (PDF) .
- ↑ مارتن، ريتشارد (1 فبراير 2011). "الصين تتقدم في سباق الطاقة النووية النظيفة" . وايرد ساينس .
- ↑ "未来核电站 安全"不挑食"" . Whb.news365.com.cn. 26 يناير 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link ) - ↑ كلارك، دنكان (16 فبراير 2011). "الصين تدخل سباق تطوير الطاقة النووية من الثوريوم" . صحيفة الغارديان . لندن.
- ↑ "كون تشين من الأكاديمية الصينية للعلوم يتحدث عن برنامج مفاعل الملح المنصهر الثوريوم الصيني (TMSR)" . يوتيوب. ١٠ أغسطس ٢٠١٢. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٤ أكتوبر ٢٠١٢ .
- ↑ هالبر، مارك (30 أكتوبر 2012). "تأجيلات موعد إنجاز مفاعل الملح المنصهر للثوريوم في الصين" . مؤسسة واينبرغ. مؤرشف من الأصل في 21 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه في 17 أبريل 2013 .
- ↑ إيفانز-بريتشارد، أمبروز (6 يناير 2013). "الصين تشق طريقها نحو الطاقة النووية "النظيفة" من الثوريوم" . صحيفة ديلي تلغراف .
- ↑ "مفاعل الملح المنصهر الصيني يحصل على الموافقة لبدء التشغيل" . 9 أغسطس 2022.
- ↑ مالاباتي، سمريتي (9 سبتمبر 2021). "الصين تستعد لاختبار مفاعل نووي يعمل بالثوريوم" . مجلة نيتشر . 597 (7876): 311-312 . Bibcode : 2021Natur.597..311M . doi : 10.1038/d41586-021-02459-w . PMID 34504330. S2CID 237471852 .
- ^ "طاقة فليب" . طاقة فليبي . تم الاسترجاع 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ «شركة جديدة في هانتسفيل تبني مفاعلات نووية تعمل بالثوريوم» . Huntsvillenewswire.com. 27 سبتمبر 2011. مؤرشف من الأصل في 6 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "برنامج الابتكار التكنولوجي: تقييم تكنولوجي لتصميم مفاعل الملح المنصهر - مفاعل الثوريوم السائل بالفلوريد (LFTR)" . معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI ). 22 أكتوبر 2015. مؤرشف من الأصل في 10 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 10 مارس 2016 .
- ↑ "تطورات في تكنولوجيا المفاعلات المعيارية الصغيرة 2018" (PDF) .
- ↑ كوبنهاغن أتوميكس (22 سبتمبر 2023). الثوريوم: أرخص طاقة في العالم! [ كشف العلم ] . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يوليو 2024 – عبر يوتيوب.
- ↑ "شركة كوبنهاغن أتوميكس تستعين بمعهد بيرس لأبحاث الطاقة (PSI) للتحقق من صحة تكنولوجيا المفاعلات : نيو نيوكلير - أخبار الطاقة النووية العالمية" . www.world-nuclear-news.org . يوليو 2024. تاريخ الاطلاع: 22 يوليو 2024 .
- ↑ كلارك، دنكان (9 سبتمبر 2011). "أنصار الثوريوم يطلقون جماعة ضغط" . صحيفة الغارديان . لندن.
- ↑ «مؤسسة واينبرغ - لندن: مؤسسة واينبرغ تُكثّف حملتها من أجل بيئة آمنة وخضراء...» . ماي نيوز ديسك. 8 سبتمبر 2011. مؤرشف من الأصل في 30 أكتوبر 2011. تم الاطلاع عليه في 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "منظمة غير حكومية جديدة تُثير الاهتمام بمفاعلات الثوريوم النووية الآمنة" . بزنس جرين. 8 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
- ↑ "NRG: التفاصيل" . مؤرشف من الأصل في 1 ديسمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 29 نوفمبر 2017 .
للمزيد من القراءة
- هارجريفز، روبرت (2009). طموح عالٍ!: طاقة الثوريوم أرخص من الفحم، وتحل مشاكل تتجاوز الاحتباس الحراري (ملف PDF) . دار نشر بوك سيرج. رقم ISBN 978-1-4392-2538-7تمت أرشفة هذا الملف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 11 يونيو 2011.
- مارتن، ريتشارد (2012). الوقود الخارق: الثوريوم، مصدر الطاقة الخضراء للمستقبل . بالغراف ماكميلان . ISBN 978-0-230-11647-4.
- كوبر، ن.؛ ميناكاتا، د.؛ بيغوفيتش، م.؛ كريتندن، ج. (2011). "هل ينبغي لنا التفكير في استخدام مفاعلات الثوريوم السائل بالفلوريد لتوليد الطاقة؟" . العلوم والتكنولوجيا البيئية . 45 (15): 6237-6238 . Bibcode : 2011EnST...45.6237C . doi : 10.1021/es2021318 . PMID 21732635 .
- استعادة الأرض ، ثيودور ب. تايلور وتشارلز س. هامبستون، 166 صفحة، هاربر آند رو (1973) ISBN 978-0060142315
- الطاقة المستدامة - بدون كلام فارغ ، ديفيد جيه سي ماكاي ، 384 صفحة، معهد كامبريدج للتكنولوجيا (2009) ISBN 978-0954452933
- 2081: نظرة متفائلة لمستقبل البشرية ، جيرارد ك. أونيل ، 284 صفحة، دار سيمون وشوستر (1981) ISBN 978-0671242572
- العصر النووي الثاني: بداية جديدة للطاقة النووية ، ألفين م. واينبرغ وآخرون، 460 صفحة، دار نشر براغر (1985) ISBN 978-0275901837
- دورة وقود الثوريوم - الفوائد والتحديات المحتملة ، الوكالة الدولية للطاقة الذرية، 105 صفحات (2005) ISBN 978-9201034052
- الحتمية النووية: نظرة نقدية على أزمة الطاقة الوشيكة (المزيد من الفيزياء للرؤساء) ، جيف إيركنز، ٢١٢ صفحة، سبرينغر (٢٠١٠) ISBN 978-9048186662
- لين، جيمس أ. (1958). مفاعلات الوقود السائل . أديسون-ويسلي وهيئة الطاقة الذرية الأمريكية. ص 972.
- ويجيلاند، ر، تايوو، ت، تودوسو، م، هالسي، و، وجيهين، ج. دراسة خيارات AFCI . الولايات المتحدة: بدون ناشر، 2009. موقع إلكتروني. doi:10.2172/978356.
روابط خارجية
- "اليورانيوم موضة قديمة – إليكم الثوريوم، السلاح النووي الأخضر الجديد" - مقال في مجلة وايرد
- هل يُعدّ الثوريوم أكبر طفرة في مجال الطاقة منذ اكتشاف النار؟ ربما. (مقال في مجلة فوربس)
- مفاعلات الأملاح المنصهرة – رالف موير
مقاطع فيديو
- TEDxYYC – كيرك سورنسن – الثوريوم . عرض تقديمي حول LFTR في TEDxYYC 2011
- مفاعل الثوريوم بالفلوريد السائل: ما كان يطمح إليه الاندماج النووي - محاضرة تقنية من جوجل للدكتور جو بونوميتي - ناسا / كلية الدراسات العليا البحرية
- مفاعل الملح المنصهر للثوريوم: لماذا لم يحدث هذا؟ حلقة من سلسلة "حديث تقني" على جوجل يقدمها كيرك سورنسن، تتناول تاريخ تطوير مفاعل الملح المنصهر للثوريوم في أوك ريدج، والظروف السياسية، والأسباب التي أدت إلى إلغاء البرنامج.
- كيرك سورنسن – بديل عالمي في مؤتمر TEAC4 عرض كيرك سورنسن في مؤتمر تحالف طاقة الثوريوم رقم 4 في شيكاغو.
- أنواع مفاعلات الطاقة النووية
- الثوريوم
