Reaktor torium fluorida cair

Reaktor torium fluorida cair atau liquid fluoride thorium reactor (LFTR; sering diucapkan lifter) adalah jenis reaktor garam cair. LFTR menggunakan siklus bahan bakar thorium dengan garam cair (cair) berbasis fluorida sebagai bahan bakar. Dalam desain tipikal, cairan dipompa antara inti kritis dan penukar panas eksternal dimana panas dipindahkan ke garam sekunder nonradioaktif. Garam sekunder kemudian memindahkan panasnya ke turbin uap atau turbin gas siklus tertutup.

Reaktor berbahan bakar garam cair (MSR) memasok bahan bakar nuklir yang dicampur ke dalam garam cair. Bedakan dengan desain yang hanya menggunakan garam cair untuk pendinginan (reaktor suhu tinggi fluorida, FHR) dan masih menggunakan bahan bakar padat. Reaktor garam cair, sebagai suatu kelas, mencakup pembakar dan pembiak dalam spektrum cepat atau termal, menggunakan bahan bakar berbasis garam fluorida atau klorida dan berbagai bahan habis pakai fisil atau fertil. LFTR ditentukan oleh penggunaan garam bahan bakar fluorida dan pembiakan thorium menjadi uranium-233 dalam spektrum neutron termal.

Konsep LFTR pertama kali diselidiki di Eksperimen Reaktor Molten-Salt Laboratorium Nasional Oak Ridge pada tahun 1960an, meskipun MSRE tidak menggunakan thorium. LFTR baru-baru ini menjadi subyek perhatian baru di seluruh dunia. Jepang, Tiongkok, Inggris, dan perusahaan swasta Amerika, Ceko, Kanada, dan Australia telah menyatakan niatnya untuk mengembangkan dan mengkomersialkan teknologi tersebut.

LFTR berbeda dari reaktor daya lainnya dalam hampir segala aspek: LFTR menggunakan thorium yang diubah menjadi uranium, dibandingkan menggunakan uranium secara langsung; mereka diisi bahan bakar dengan memompa tanpa mematikan. Pendingin garam cairnya memungkinkan suhu pengoperasian lebih tinggi dan tekanan jauh lebih rendah di loop pendingin primer. Karakteristik khas ini memunculkan banyak potensi keuntungan, serta tantangan desain.[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14]

Latar belakang

Pada tahun 1946, delapan tahun setelah penemuan fisi nuklir , tiga isotop fisil telah diidentifikasi secara publik untuk digunakan sebagai bahan bakar nuklir :

  • Uranium-235 , yang sudah bersifat fisil , dan terdapat dalam 0,72% uranium alam
  • Plutonium-239 , yang dapat dibiakkan dari uranium-238 non-fisil (>99% uranium alam)
  • Uranium-233 , yang dapat dibiakkan dari thorium-232 non-fisil (~ 100% thorium alami ; yang memiliki kelimpahan sekitar empat kali lebih besar di kerak bumi dibandingkan uranium)

Th-232, U-235 dan U-238 adalah nuklida purba, yang telah ada dalam bentuknya saat ini selama lebih dari 4,5 miliar tahun, sebelum terbentuknya Bumi; mereka ditempa di inti bintang yang sekarat melalui proses r dan tersebar di seluruh galaksi melalui supernova. Peluruhan radioaktifnya menghasilkan sekitar setengah panas internal bumi.

Untuk alasan teknis dan historis, ketiganya masing-masing dikaitkan dengan jenis reaktor yang berbeda. U-235 adalah bahan bakar nuklir utama dunia dan biasanya digunakan dalam reaktor air ringan. U-238/Pu-239 paling banyak digunakan dalam reaktor pemulia cepat natrium cair dan Reaktor CANDU. Th-232/U-233 paling cocok untuk reaktor garam cair (MSR).

Alvin M. Weinberg memelopori penggunaan MSR di Laboratorium Nasional Oak Ridge. Di ORNL, dua prototipe reaktor garam cair berhasil dirancang, dibangun, dan dioperasikan. Ini adalah Eksperimen Reaktor Pesawat pada tahun 1954 dan Eksperimen Reaktor Garam Cair dari tahun 1965 hingga 1969. Kedua reaktor uji tersebut menggunakan garam bahan bakar fluorida cair. MSRE secara khusus mendemonstrasikan pengisian bahan bakar dengan U-233 dan U-235 selama uji coba terpisah. Weinberg dicopot dari jabatannya dan program MSR ditutup pada awal tahun 1970-an, setelah itu penelitian mengalami stagnasi di Amerika Serikat. Saat ini, ARE dan MSRE tetap menjadi satu-satunya reaktor garam cair yang pernah dioperasikan.

Dasar-dasar pemuliaan

Dalam reaktor tenaga nuklir , terdapat dua jenis bahan bakar. Yang pertama adalah bahan fisil, yang terbelah ketika terkena neutron, melepaskan energi dalam jumlah besar dan juga melepaskan dua atau tiga neutron baru. Ini dapat memecah lebih banyak bahan fisil, sehingga menghasilkan reaksi berantai yang berkelanjutan. Contoh bahan bakar fisil adalah U-233, U-235 dan Pu-239. Jenis bahan bakar yang kedua disebut bahan fertil. Contoh bahan bakar subur fertil adalah Th-232 (thorium yang ditambang) dan U-238 (uranium yang ditambang). Untuk menjadi fisil, nuklida-nuklida ini pertama-tama harus menyerap neutron yang dihasilkan dalam proses fisi, untuk menjadi Th-233 dan U-239. Setelah dua peluruhan beta berurutan, mereka masing - masing bertransmutasikan menjadi isotop fisil U-233 dan Pu-239. Proses ini disebut pembiakan.

Semua reaktor menghasilkan bahan bakar dengan cara ini, namun reaktor termal berbahan bakar padat saat ini tidak menghasilkan cukup bahan bakar baru dari bahan bakar untuk menggantikan jumlah fisil yang mereka konsumsi. Hal ini karena reaktor saat ini menggunakan siklus uranium-plutonium yang ditambang dalam spektrum neutron yang dimoderasi. Siklus bahan bakar seperti itu, menggunakan neutron yang diperlambat, menghasilkan kurang dari 2 neutron baru dari fisi plutonium yang dihasilkan. Karena 1 neutron diperlukan untuk mempertahankan reaksi fisi, hal ini menyisakan anggaran kurang dari 1 neutron per fisi untuk menghasilkan bahan bakar baru. Selain itu, bahan-bahan di dalam inti seperti logam, moderator, dan produk fisi menyerap sejumlah neutron, sehingga menyisakan terlalu sedikit neutron untuk menghasilkan bahan bakar yang cukup untuk melanjutkan pengoperasian reaktor. Sebagai konsekuensinya mereka harus menambahkan bahan bakar fisil baru secara berkala dan menukar sebagian bahan bakar lama untuk memberi ruang bagi bahan bakar baru.

Dalam reaktor yang menghasilkan bahan bakar baru sebanyak yang dikonsumsinya, tidak perlu menambahkan bahan bakar fisil baru. Hanya bahan bakar subur baru yang ditambahkan, yang berkembang biak menjadi bahan fisil di dalam reaktor. Selain itu produk fisi perlu dihilangkan. Reaktor jenis ini disebut reaktor pembiak. Jika ia membiakkan sebanyak mungkin fisil baru dari fertil untuk tetap beroperasi tanpa batas waktu, maka ia disebut pemulia titik impas atau isobreeder. LFTR biasanya dirancang sebagai reaktor pembiak: torium masuk, produk fisi keluar.

Reaktor yang menggunakan siklus bahan bakar uranium-plutonium memerlukan reaktor cepat untuk mempertahankan perkembangbiakannya, karena hanya dengan neutron yang bergerak cepat proses fisi menghasilkan lebih dari 2 neutron per fisi. Dengan thorium, dimungkinkan untuk berkembang biak menggunakan reaktor termal. Hal ini terbukti berhasil di Pembangkit Listrik Tenaga Atom Shippingport, yang bahan bakar akhirnya menghasilkan sedikit lebih banyak bahan fisil dari thorium daripada yang dikonsumsi, meskipun reaktor air ringan merupakan reaktor air ringan yang cukup standar. Reaktor termal membutuhkan lebih sedikit bahan bakar fisil yang mahal untuk memulai, namun lebih sensitif terhadap produk fisi yang tersisa di inti.

Ada dua cara untuk mengkonfigurasi reaktor pemulia untuk melakukan pemuliaan yang diperlukan. Bahan bakar subur dan bahan bakar fisil dapat ditempatkan secara bersamaan, sehingga perkembangbiakan dan pembelahan terjadi di tempat yang sama. Alternatifnya, fisil dan fertil dapat dipisahkan. Yang terakhir ini dikenal sebagai inti-dan-selimut, karena inti fisil menghasilkan panas dan neutron sementara selimut terpisah melakukan semua perkembangbiakan.

Lihat pula

Referensi

  1. ^ LeBlanc, David (2010). "Molten salt reactors: A new beginning for an old idea" (PDF). Nuclear Engineering and Design. 240 (6): 1644. doi:10.1016/j.nucengdes.2009.12.033. 
  2. ^ Greene, Sherrel (May 2011). Fluoride Salt-cooled High Temperature Reactors – Technology Status and Development Strategy. ICENES-2011. San Francisco, CA. 
  3. ^ Stenger, Victor (12 January 2012). "LFTR: A Long-Term Energy Solution?". Huffington Post. 
  4. ^ Williams, Stephen (16 January 2015). "Molten Salt Reactors: The Future of Green Energy?". ZME Science. Diakses tanggal 12 August 2015. 
  5. ^ UP (29 September 1946). "Atomic Energy 'Secret' Put into Language That Public Can Understand". Pittsburgh Press. Diakses tanggal 18 October 2011. 
  6. ^ UP (21 October 1946). "Third Nuclear Source Bared". The Tuscaloosa News. Diakses tanggal 18 October 2011. 
  7. ^ Hargraves, Robert; Moir, Ralph (July 2010). "Liquid fluoride thorium reactors: an old idea in nuclear power gets reexamined" (PDF). American Scientist. 98 (4): 304–313. doi:10.1511/2010.85.304. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 8 December 2013. 
  8. ^ Synthesis of heavy elements. Gesellschaft für Schwerionenforschung. gsi.de
  9. ^ The KamLAND Collaboration; Gando, Y.; Ichimura, K.; Ikeda, H.; Inoue, K.; Kibe, Y.; Kishimoto, Y.; Koga, M.; Minekawa, Y.; et al. (17 July 2011). "Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements" (PDF). Nature Geoscience. 4 (9): 647–651. Bibcode:2011NatGe...4..647K. doi:10.1038/ngeo1205. 
  10. ^ "Lab's early submarine reactor program paved the way for modern nuclear power plants". Argonne's Nuclear Science and Technology Legacy. Argonne National Laboratory. 1996. 
  11. ^ Sorensen, Kirk (2 July 2009). "Lessons for the Liquid-Fluoride Thorium Reactor" (PDF). Mountain View, CA. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 12 December 2011. 
  12. ^ MacPherson, H. G. (1 August 1985). "The Molten Salt Reactor Adventure". Nuclear Science and Engineering. 90 (4): 374–380. Bibcode:1985NSE....90..374M. doi:10.13182/NSE90-374. Diarsipkan dari versi asli tanggal 4 June 2011. 
  13. ^ Weinberg, Alvin (1997). The First Nuclear Era: The Life and Times of a Technological Fixer. Physics Today. 48. Springer. hlm. 63–64. Bibcode:1995PhT....48j..63W. doi:10.1063/1.2808209. ISBN 978-1-56396-358-2. 
  14. ^ "ORNL: The First 50 Years - Chapter 6: Responding to Social Needs". Diarsipkan dari versi asli tanggal 16 September 2012. Diakses tanggal 12 November 2011.