CN107004446B - 在熔融盐反应堆中的裂变反应控制 - Google Patents

在熔融盐反应堆中的裂变反应控制 Download PDF

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Abstract

一种熔融盐反应堆，包括用于维持通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应的核反应堆芯。熔融燃料盐控制系统从核反应堆芯除去一定体积的熔融燃料盐以使反应性参数保持在标称反应性的范围内。熔融燃料盐控制系统包括熔融燃料盐交换系统，其与核反应堆芯流体地耦合并且使一定体积的熔融燃料盐与一定体积的进料材料交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。熔融燃料盐控制系统可以包括体积替代控制系统，其具有可插入到核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体。每个体积替代主体可以从核反应堆芯除去一定体积的熔融燃料盐，例如经由溢出系统。

Description

在熔融盐反应堆中的裂变反应控制
相关申请的交叉引用
本申请要求题为“Molten Salt Nuclear Reactor and Method of Controllingthe Same”并且于2014年12月31日提交的美国临时专利申请第62/098,984号和题为“Molten Chloride Fast Reactor and Fuel”并且于2015年9月30日提交的美国临时专利申请第62/234,889号的优先权，为了它们公开和教导的全部，上述两个临时专利申请被特定地并入本文。
本申请还要求题为“Targetry Coupled Separations”并且于2014年12月29日提交的美国临时专利申请第62/097,235号的优先权，为了它公开和教导的全部，该临时专利申请被特定地并入本文。
本申请还涉及题为“Molten Nuclear Fuel Salts and Related Systems andMethods”并且于2015年12月28日提交的美国专利申请第14/981,512号，为了它公开和教导的全部，该专利申请被特定地并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及核裂变反应堆。
背景
熔融盐反应堆(molten salt reactor，MSR)确定核裂变反应堆的类别，其中燃料和冷却剂是呈熔融盐混合物的形式，所述熔融盐混合物包含固体的或溶解的核燃料，例如铀或其他可裂变元素。一类MSR是熔融的氯化物快反应堆(molten chloride fastreactor)(MCFR)，其使用基于氯化物的燃料盐混合物，所述基于氯化物的燃料盐混合物提供高的铀/超铀溶解度以允许比其他类别的MSR更致密(compact)的系统设计。MCFR的设计和操作参数(例如，致密的设计、低压、高温、高功率密度)提供向零碳能源(zero carbonenergy)的有成本效益的、全球可推广的(globally-scalable)方案的可能。
概述
描述的技术提供了熔融盐反应堆，其包括核反应堆芯(nuclear reactor core)，所述核反应堆芯被配置成包括通过熔融燃料盐(molten fuel salt)供燃料的核裂变反应。与核反应堆芯耦合的熔融燃料盐控制系统被配置成从核反应堆芯除去选定体积的熔融燃料盐以使指示熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内。
在一种实施方式中，熔融盐反应堆被配置成维持通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应，所述熔融盐反应堆包括核反应堆芯。熔融燃料盐控制系统包括熔融燃料盐交换系统，所述熔融燃料盐交换系统与核反应堆芯流体地耦合并且被配置成使选定体积的熔融燃料盐与选定体积的进料材料交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料(fertile material)和载体盐的混合物。在另一种实施方式中，熔融燃料盐控制系统包括体积替代控制系统(volumetric displacement control system)，所述体积替代控制系统具有可插入到核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体。每个体积替代主体被配置成当插入到核反应堆芯中时，在体积上替代来自核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐。在一种实施方式中，体积替代主体从核反应堆芯除去选定体积的熔融燃料盐，例如经由溢出系统(spill-oversystem)。
本概述提供了以下项目：
项目1.一种熔融盐反应堆，包括：
核反应堆芯，其被配置成包括通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；以及
熔融燃料盐控制系统，其被耦合至所述核反应堆芯，所述熔融燃料盐控制系统被配置成从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内。
项目2.如项目1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐控制系统包括熔融燃料盐交换系统，所述熔融燃料盐交换系统被流体地耦合至所述核反应堆芯并且被配置成使选定体积的所述熔融燃料盐与选定体积的进料材料交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
项目3.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统包括进料-燃料供应单元，所述进料-燃料供应单元被配置成将所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
项目4.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统包括进料-燃料供应单元，所述进料-燃料供应单元被配置成将选定体积的所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
项目5.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统包括进料-燃料供应单元，所述进料-燃料供应单元被配置成将选定组成的所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
项目6.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统包括用过的燃料转移单元，所述用过的燃料转移单元被配置成从所述核反应堆芯转移作为用过的燃料的所述选定体积的所述熔融燃料盐。
项目7.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统被配置成同时从所述核反应堆芯转移所述选定体积的所述熔融燃料盐并且将所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
项目8.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统通过使所述进料材料与在所述核反应堆芯中的所述选定体积的所述熔融燃料盐交换来控制所述核裂变反应的反应性。
项目9.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统通过使所述进料材料与在所述核反应堆芯中的所述选定体积的所述熔融燃料盐交换来控制所述熔融燃料盐在所述核裂变反应中的组成。
项目10.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融盐反应堆是快谱裂变反应堆并且所述熔融燃料盐包括氯化物盐。
项目11.如项目10所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统通过使所述进料材料与在所述核反应堆芯中的所述选定体积的所述熔融燃料盐交换来控制UCl3-UCl4-NaCl在所述快谱裂变反应堆中的组成。
项目12.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统被配置成使选定体积的所述熔融燃料盐与选定体积的所述进料材料重复地交换以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的所述参数随着时间保持在选定的标称反应性范围内。
项目13.如项目2所述的熔融盐反应堆，还包括：
反应性参数传感器，其被定位在所述核反应堆芯附近，所述反应性参数传感器被配置成监测指示所述核反应堆芯的反应性的一个或更多个参数；以及
控制器，其与所述反应性参数传感器通信地耦合以接收指示所述核反应堆芯的反应性的所述一个或更多个参数，所述控制器被配置成基于所述一个或更多个参数，控制所述选定体积的所述熔融燃料盐与所述选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
项目14.如项目2所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐控制系统还包括体积替代控制系统，所述体积替代控制系统具有可插入所述核反应堆芯中的一个或更多个体积替代组件，每个体积替代组件被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐。
项目15.如项目1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐控制系统包括体积替代控制系统，所述体积替代控制系统具有可插入所述核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐。
项目16.如项目1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐控制系统还包括体积替代控制系统，所述体积替代控制系统具有可插入所述核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，所述体积替代控制系统还具有熔融燃料盐溢出系统，所述熔融燃料盐溢出系统被配置成运输被所述体积替代主体替代为在所述核反应堆芯的容忍的填充水平以上的熔融燃料盐。
项目17.如项目1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐控制系统还包括体积替代控制系统，所述体积替代控制系统具有可插入所述核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，所述体积替代控制系统以多个插入深度可插入到所述核反应堆芯中以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的所述参数随时间保持在选定的标称反应性范围内。
项目18.一种方法，包括：
使通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应维持在核反应堆芯中；以及
从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内。
项目19.如项目18所述的方法，还包括：
用选定体积的进料材料替代所述选定体积的所述熔融燃料盐，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
项目20.如项目19所述的方法，其中替代包括：
将所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
项目21.如项目19所述的方法，其中替代包括：
将选定体积的所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
项目22.如项目19所述的方法，其中替代包括：
将选定组成的所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
项目23.如项目19所述的方法，其中替代包括：
基于所述选定体积的所述进料材料，控制所述核反应堆芯的反应性。
项目24.如项目22所述的方法，其中替代包括：
基于所述选定组成的所述进料材料，控制为所述核裂变反应供燃料的所述熔融燃料盐在所述核反应堆芯中的组成。
项目25.如项目22所述的方法，其中替代包括：
基于所述选定组成的所述进料材料，控制为所述核裂变反应供燃料的UCl3-UCl4-NaCl在所述核反应堆芯中的组成。
项目26.如项目19所述的方法，还包括：
通过所述熔融燃料盐，监测交换条件的满意度；以及
响应于所述交换条件的满意度，控制所述选定体积的所述熔融燃料盐与所述选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
项目27.如项目19所述的方法，还包括：
监测指示所述核反应堆芯的反应性的一个或更多个反应性参数；以及
基于所述一个或更多个反应性参数，控制所述选定体积的所述熔融燃料盐与所述选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
项目28.如项目19所述的方法，还包括：
监测指示所述核反应堆芯的所述熔融燃料盐的组成的一个或更多个组成参数；以及
基于所述一个或更多个组成参数，控制所述选定体积的所述熔融燃料盐与所述选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
项目29.如项目18所述的方法，其中除去包括：
通过将一个或更多个体积替代主体插入在所述核反应堆芯内的熔融燃料盐中，在体积上替代来自所述核反应堆芯的所述选定体积的熔融燃料盐。
项目30.如项目29所述的方法，其中除去包括：
当在体积上替代的体积的熔融燃料盐被所述体积替代主体替代为在所述核反应堆芯的容忍的填充水平以上时，经由熔融燃料盐溢出系统，运输来自所述核反应堆芯的所述在体积上替代的体积的熔融燃料盐。
项目31.如项目29所述的方法，其中每个体积替代主体被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，每个体积替代主体以多个插入深度可插入到所述核反应堆芯中以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的所述参数随时间保持在选定的标称反应性范围内。
项目32.一种熔融盐核反应堆，包括：
核反应堆芯，其被配置成维持通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；以及
用于使选定体积的所述熔融燃料盐与选定体积的进料材料交换的装置，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
项目33.一种熔融盐核反应堆，包括：
核反应堆芯，其被配置成维持通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；以及
用于从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示所述熔融盐核反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内的装置。
提供本概述以简化的形式介绍概念的选择，概念在下文在详述中进一步描述。本概述不意图确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意图被用于限制所要求保护的主题的范围。
其他实施方式也在本文中被描述和叙述。
附图简述
图1示意性地图示具有MCFR母反应堆(MCFR parent reactor)和MCFR子反应堆(MCFR daughter reactor)的示例性熔融的氯化物快反应堆(MCFR)燃料循环。
图2图示由熔融燃料盐的周期性熔融燃料除去并且用增殖性熔融燃料进料替代(被称为熔融燃料交换)所产生的示例性MCFR反应性控制。
图3图示装配有熔融燃料盐交换组件的示例性MCFR系统。
图4图示用于通过反应堆的熔融燃料盐与增殖性燃料盐的周期性交换控制的熔融盐反应堆的反应堆芯的模型化的k有效值(modeled keff value)和重金属(HM)燃料的总燃耗百分比随时间的图。
图5图示用于具有以与反应堆燃烧速率匹配的速率提供的贫化铀进料的模型化的熔融盐反应堆的k有效相对于时间的图。
图6图示用于在不添加进料材料并且不除去镧系元素下的熔融盐反应堆的描绘作为时间的函数的k有效的图。
图7图示装配有熔融燃料盐交换组件的可选择的示例性MCFR系统。
图8图示用于UCl3-UCl4-NaCl的示例性三元相图(以mol％计)。
图9图示用于熔融燃料盐交换工艺的示例性操作。
图10图示装配有替代元件组件的熔融盐反应堆。
图11图示装配有替代元件组件和熔融燃料盐溢出系统的熔融盐反应堆，其中替代元件不浸没在熔融燃料盐中。
图12图示装配有替代元件组件和熔融燃料盐溢出系统的熔融盐反应堆，其中替代元件浸没在熔融燃料盐中。
图13图示燃料替代循环的各个示例性阶段。
图14图示燃料替代循环的两个示例性阶段。
图15图示用于熔融燃料盐替代工艺的示例性操作。
详述
熔融盐快反应堆系统采用在快中子谱裂变反应堆中的熔融燃料盐。一种类型的熔融盐反应堆包括作为用于可裂变燃料的载体盐的氟化物盐。另一种类型的熔融盐反应堆是具有作为用于可裂变燃料的载体盐的氯化物盐的熔融的氯化物快反应堆(MCFR)。尽管以下描述关于熔融盐氯化物反应堆来书写，但是应理解，本文描述的描述、部件和方法可以适用于任何熔融燃料盐反应堆。
在MCFR系统中，由氯化物盐提供的快中子谱使用铀-钚燃料循环使良好的增殖和燃烧性能(breed-and-burn performance)成为可能。快中子谱还减轻裂变产物中毒，以提供卓越的性能，而没有在线再处理和伴随的增殖风险。在MCFR系统的操作期间，熔融燃料盐控制系统允许将燃料反应性和/或燃料组成保持在期望的操作范围内。在一种实施方式中，熔融燃料盐控制系统包括熔融燃料盐交换系统，熔融燃料盐交换系统从核反应堆芯中除去熔融燃料盐以使指示反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内。在另外的或可选择的实施方式中，熔融燃料盐控制系统包括体积替代控制组件以从核反应堆除去熔融燃料盐以控制在MCFR系统中的裂变反应(例如，以使指示反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内)。体积替代控制组件可以包括非中子吸收材料、中子吸收材料和/或慢化剂或由非中子吸收材料、中子吸收材料和/或慢化剂形成。
图1示意性地图示具有MCFR母反应堆102和MCFR子反应堆104的示例性熔融氯化物快反应堆(MCFR)燃料循环100。被称为“增殖和燃烧”快反应堆的快核反应堆的特定分类是能够产生比其消耗的更易裂变的核燃料的核反应堆。例如，中子的有效利用(neutroneconomy)是足够高的以使比其燃烧的更易裂变的核燃料(例如，钚-239)从增殖性核反应堆燃料(例如，铀-238)增殖。“燃烧(burning)”被称为“燃耗”或“燃料利用”，并且代表从核燃料提取多少能量的量度。较高燃耗典型地减少核裂变反应终止之后剩余的核废物的量。
示例性MCFR燃料循环100被设计成使用熔融盐作为用于在反应堆中的可裂变燃料的载体。在一个实例中，此载体盐可以包括以下中的一种或更多种：钠盐、氯化物盐、氟化物盐或任何其它合适的熔融的流体，以携带可裂变燃料通过反应堆芯。在一个实例中，熔融的氯化物盐包括三元氯化物燃料盐，然而作为对三元氯化物盐的替代选择或除了三元氯化物盐之外，其它氯化物盐可以被利用，其他氯化物盐包括而不限于铀和各种易裂变材料的二元氯化物燃料盐、三元氯化物燃料盐和四元氯化物燃料盐。通过模型化和在聚焦于高锕系元素浓度和产生的致密反应堆尺寸下测试，已经开发了多种组成。例如，增殖的钚可以作为在MCFR燃料循环100中的PuCl3存在，并且还原氧化控制可以通过调整用作增殖性进料材料的氯化物盐的氧化态的比率来保持。
示例性MCFR燃料循环100使开放的增殖和燃烧燃料循环(例如，呈现平衡、准平衡和/或非平衡的增殖和燃烧行为)成为可能，这采用铀-钚燃料循环并且产生比常规开放燃料循环明显更低的废物体积。描述的技术的各种实施方式提供了具有按摩尔分数计高于5％的四氯化铀(UCl4)含量水平的熔融燃料盐，这帮助确定在熔融燃料盐中的高重金属含量(例如，按重量计高于61％)。可以通过UCl4和三氯化铀(UCL3)和/或另外的金属氯化物(例如，NaCl)的混合物完成四氯化铀实施方式，使得实现合意的重金属含量水平和熔化温度(melting temperature)(例如，330℃-800℃)。
在一种实施方式中，MCFR母反应堆102包括：反应堆容器，其被设计成将熔融燃料盐保持为反应堆芯区段；一个或更多个热交换器；控制系统等等。在一种实施方式中，当沿着垂直轴或Z轴切割时，反应堆容器可以具有圆形横截面(即，在XY平面中产生圆形横截面)，然而预期其他横截面形状(包括而不限于椭圆形横截面和多边形横截面)。MCFR母反应堆102以将初始的熔融燃料106的富集的燃料负载连同载体盐(例如，NaCl)加载到反应堆容器中开始，例如使用铀-235(例如，以UCl4和/或UCl3的形式)作为启动燃料(startup fuel)。在一个实例中，初始的熔融燃料106混合物包含以12.5wt％的富集铀，然而可以采用其它组成。初始的熔融燃料106循环通过在MCFR母反应堆102的反应堆容器中的反应堆芯区段。在MCFR母反应堆102的一种实施方式中，当熔融燃料盐通过裂变反应在内部中心反应堆芯区段中被加热时，其在向上的方向上流动，而当熔融燃料盐冷却时，其在反应堆容器的内部周边周围向下流动。应理解的是，也可以采用其它另外的或可选择的熔融燃料流动(例如，图3的初冷却剂回路(primary coolant loop)313)，其被设计成使用常规的加热的流体的流动和重力，和/或通过阀、泵及类似物的辅助流体流动。熔融的燃料的组成成分通过快燃料循环流动(例如，每秒一个完全循环回路)来充分混合。在一种实施方式中，一个或更多个热交换器被定位在反应堆容器的内部周边处，以从熔融的燃料流提取热，这使向下的流进一步冷却，然而热交换器可以另外地或可选择地被定位在反应堆容器的外部。
在初始启动之后，MCFR母反应堆102达到核裂变的临界，并且初始可裂变燃料(例如，富集铀)将增殖性燃料转化成可裂变燃料(增殖(breed up))。在包含富集铀的初始可裂变燃料的实例中，此可裂变的富集铀可以将贫化和/或天然的铀增殖成另一种可裂变燃料，例如钚。此增殖和燃烧循环可以使足够的钚-239可裂变核燃料(例如，以PuCl3的形式)增殖，以便不仅操作持续几十年，而且还为MCFR子反应堆104和其他子反应堆和孙反应堆(granddaughter reactor)供应燃料。虽然未示出其他子反应堆和/或孙反应堆，但是应理解的是，多种反应堆可以通过从母反应堆102除去的用过的燃料被进料到一个或更多个子反应堆，然后子反应堆可以将启动材料进料到一个或更多个孙反应堆，并且一直这样继续下去。在一种实施方式中，MCFR母反应堆102在1000MWt下操作，这对应于天然燃料循环点设计，然而其他操作输出在不同操作条件(包括实现较高热功率水平的强制燃料循环(forcedfuel circulation))下是可实现的。其他增殖性燃料可以包括而不限于用过的核燃料或钍。
如先前提出的，在正常操作期间，MCFR母反应堆102以充分的效率增殖，以支持逐渐增加的反应性。MCFR母反应堆102可以通过从MCFR母反应堆102除去熔融燃料盐108(其可以包含可裂变燃料、增殖性燃料、载体盐和/或裂变产物)并且在慢速率下用增殖性燃料盐替代除去的熔融燃料盐108被保持在临界处(例如，仅仅临界)。以此方式，可以通过周期性地除去在反应堆容器中循环的一定体积的充分混合的熔融燃料盐(被描绘为除去的熔融燃料108)并且用贫化铀氯化物盐(被描绘为增殖性熔融燃料进料110)周期性地替代除去的熔融燃料108来控制反应性。其他增殖性燃料可以包括而不限于天然铀、用过的核燃料或钍。
在一种实施方式中，除去的熔融燃料108可以被制备以用于作为废物处置，或其可以被储存直到足够的材料可用于启动新的MCFR设备(例如，MCFR子反应堆104)。在某些情况下，除去的熔融燃料108可以被用于开动或引发MCFR子设备，而不需再处理除去的熔融燃料108。在后者情形下，可以可能的是，几乎所有的锕系元素移动到用于另外燃耗的下一MCFR设备，因此避免与核废物有关的增殖危险。此外，熔融燃料盐呈现大的负温度系数、非常低的过量反应性和被动衰变热除去(passive decay heat removal)，这些组合以使裂变反应稳定。
MCFR母反应堆102输出图示为废物112的某些废物组分。在一种实施方式中，废物112不包含锕系元素。替代地，废物112包含气态和可能地挥发性的氯化物裂变产物114和固体裂变产物116，例如贵金属。废物112可以通过机械过滤和/或轻质气体喷射(light gassparging)或任何其它合适的技术来捕获，以从熔融燃料盐过滤废物112，同时MCFR母反应堆102处于操作中或除去的熔融燃料108被分离，处理，并且重新引入至反应堆。机械过滤捕获固体裂变产物116和难溶于熔融燃料盐的其它颗粒。类似地，惰性裂变产物气体(noblefission product gass)被捕获并允许在存贮罐中衰变。包含不溶性和较长寿命的固体裂变产物116的过滤器形成废物流的一部分。在一种实施方式中，废物112还减少或消除临界性，因为废物112不包含从燃料盐分离的裂变同位素。
废物112组分可以包含以下中的一种或更多种：核裂变或其衰变产物中的任一种的嬗变产物(transmutation product)、燃料盐与其它裂变产物的化学反应产物、腐蚀产物(corrosion product)等。废物112的元素组分(在本文中通常还被称为裂变产物)基于燃料盐、载体盐、组分和涂层等的元素组分。对于熔融的氯化物盐，裂变产物可以包括以下中的一种或更多种：惰性气体和/或其它气体(包括碘、铯、锶、卤素、氚)、呈气溶胶形式的贵金属和半贵金属(semi-noble metal)及类似物。固体废物裂变产物可以包括贵金属、半贵金属、碱元素、碱土元素、稀土元素等等及其分子组合。
图2图示熔融燃料盐的周期性熔融燃料除去并且用增殖性熔融燃料进料材料替代(被称为熔融燃料盐交换)造成的示例性MCFR反应性控制。熔融燃料盐交换系统代表一种类型的熔融燃料盐控制系统。X-轴200代表以有效满功率年(effective full power year)计的时间，并且Y-轴代表依据模型化的k-有效202的反应性。参数k-有效表示倍增因数，其指示在裂变链反应的连续循环期间的裂变事件的总数。k-有效的每次降低，例如降低204、降低206和降低208表示熔融燃料盐交换事件。通过用增殖性熔融燃料进料替代反应堆中的增殖的或可裂变的熔融燃料盐，MCFR可以被保持在标称反应性的阈值水平内。在某些情况下，标称反应性为在平均接近零的过量反应性操作条件下，其中上阈值定义引发熔融燃料交换的燃料循环的最大反应性，并且下阈值定义在熔融燃料交换之后实现的最小反应性。基于设计、操作和/或安全参数，标称反应性水平、上阈值反应性水平和/或下阈值反应性水平可以保持不变或随MCFR的寿命变化。指示反应性的这些参数可以包括而不限于期望通过反应堆产生的热能、安全水平、部件设计和寿命限制、维修要求等等。应当理解的是，其它反应性控制技术可以与熔融燃料盐交换组合使用，包括而不限于体积替代组件、中子-吸收控制组件等等的使用。此外，其它熔融盐反应堆可采用类似的熔融燃料交换特征。
如在图2中所图示的，用增殖性熔融燃料进料周期性替代熔融燃料盐可以被用于限制反应性并且保持反应堆中的持续的增殖和燃烧行为。按时间先后顺序，熔融燃料盐和增殖性熔融燃料盐的初始富集燃料负载可以增殖，从而增加反应堆内的反应性。在反应堆增殖之后，周期性地除去易裂变材料用于周期性地(无论是否具有随时间的均匀的或不均匀的周期)减小或控制反应堆的反应性，使熔融燃料盐的反应性回到可接受和预选的阈值水平，这在每个熔融燃料盐交换操作下可以是临界条件210(例如，仅仅临界条件)，以接近平均接近零的过量反应性操作条件。此交换操作可以随着时间被重复，产生“锯齿形”反应性曲线，例如在图2的MCFR反应性控制图中示出的。在某些实施方式中，周期性交换操作可以允许反应堆无限地操作而不添加补充的富集燃料材料。虽然熔融燃料盐交换被描述为周期性的，但是应当理解，这样的交换可以以分批的、连续的、半连续的(例如，滴注(drip))的方式等进行。应理解的是，增大频率(其可以与较小体积的除去的增殖燃料配对)可以加强(tighten)在标称反应性周围的控制或阈值，MCFR被控制为该标称反应性。
图3图示装配有熔融燃料盐交换组件301的示例性MCFR系统300。在一种实施方式中，MCFR系统300包括反应堆芯区段302。反应堆芯区段302(其还可以被称为“反应堆容器”)包括熔融燃料盐输入304和熔融燃料盐输出306。熔融燃料盐输入304和熔融燃料盐输出306被布置，使得在操作期间熔融燃料盐308的流动可以形成或包括分别充当会聚喷嘴和发散喷嘴(converging and diverging nozzle)的圆锥形区段。在这方面，将熔融燃料盐308从熔融燃料盐输入304流体地运输通过反应堆芯区段302的体积到熔融燃料盐输出306。
反应堆芯区段302可以采取适于在反应堆芯区段302中的熔融燃料盐308中建立临界性的任何形状。如在图3中所示出的，反应堆芯区段302可以呈长形芯区段的形式，并且当沿着垂直轴或Z轴切割时可以具有圆形横截面(即，在XY平面中的圆形横截面)，然而预期其他横截面形状(包括而不限于椭圆形横截面和多边形横截面)。
反应堆芯区段302的尺寸被选择，使得当流过反应堆芯区段302时，在熔融燃料盐308中实现临界性。临界性指的是其中核燃料维持裂变链反应的操作状态，即在燃料中中子的产生速率至少等于中子被消耗(或失去)的速率。例如，在长形芯区段的情况下，可以选择长形芯区段的长度和横截面面积，以便确定在反应堆芯区段302中的临界性。应注意，对于确定临界性必要的特定的尺寸至少是被包含在示例性MCFR系统300中的易裂变材料、增殖性材料和/或载体盐的类型的函数。
作为反应堆启动操作的部分，示例性MCFR系统300加载有熔融燃料盐的初始富集燃料负载。反应堆启动操作以增殖和燃烧燃料循环引发裂变反应。示例性MCFR系统300的裂变反应的反应性随时间增加(见图2)。当反应性未能满足可接受的反应性条件(例如，k-有效满足或超过阈值，例如1.005的上阈值，如图2所示出的实施例中指示的)(还被称为“交换条件”或“控制条件”)时，将选定体积的熔融燃料盐308从反应堆芯区段302除去，并且将选定体积和组成的增殖性熔融燃料进料310(例如，加载有增殖性材料，例如贫化和/或天然的铀、用过的核燃料或钍的盐)加载到反应堆芯区段302中，以替代除去的熔融燃料盐308。除去的熔融燃料盐308可以包括而不限于以下中的一种或更多种：镧系元素、其它裂变产物、易裂变材料、增殖性材料和/或载体盐。应注意，镧系元素的非特定除去减少反应堆芯区段302的裂变产物存量(inventory)和有关的中毒，而且从反应堆芯区段302中除去易裂变材料中的某些。
在图3中，熔融燃料盐交换组件301与反应堆芯区段302(或示例性MCFR系统300的另一部分)可操作地耦合，并且被配置成用选定体积和组成的进料材料310周期性地替代选定体积的熔融燃料盐308。在这方面，熔融燃料盐交换组件301可以控制熔融燃料盐308在示例性MCFR系统300中的反应性和/或组成。熔融燃料盐308的组成影响熔融燃料盐308的氧化态。在一种实施方式中，应注意，从反应堆芯区段302除去的熔融燃料盐308(作为除去的熔融燃料312示出)包含至少某些易裂变材料，而进料材料310包含至少某些增殖性材料。在另一种实施方式中，除去的熔融燃料312包含一种或更多种裂变产物。例如，除去的熔融燃料312可以包括而不限于在熔融燃料盐308中经由裂变产生的一种或更多种镧系元素。在又一种实施方式中，除去的熔融燃料312可以包括而不限于可裂变材料(例如，UCl4)、一种或更多种裂变产物(例如，一种或更多种镧系元素)和/或载体盐(例如，NaCl))的混合物。虽然熔融燃料盐交换被描述为周期性的，但是应当理解，这样的交换可以以分批的、连续的、半连续(例如，滴注)方式等等进行。
随着在反应堆芯区段302中的熔融燃料盐308增殖，将增殖性材料转化成易裂变材料，熔融燃料盐交换组件301将熔融燃料盐308中的某些作为除去的熔融燃料312除去(该除去的熔融燃料312包含某些体积的易裂变材料)，并用进料材料310替代除去的熔融燃料312，该进料材料310包含至少某些增殖性材料。在另一种实施方式中，除去的熔融燃料312包含一种或更多种裂变产物。因此，熔融燃料盐交换组件301可以充当对示例性MCFR系统300中的关于反应性的控制机构(control mechanism)，并且可以用于使熔融燃料盐308的反应性返回到临界条件(例如，仅仅临界条件)。因此，在一种实施方式中，示例性MCFR系统300的熔融燃料盐交换组件301可以允许无限地操作示例性MCFR系统300而不添加另外的富集。
进料材料310的熔融燃料盐可以包括而不限于一种或更多种增殖性燃料盐，例如包含贫化铀、天然铀、钍或用过的核燃料中的至少一种的盐。例如，在基于氯化物的燃料的情况下，一种或更多种增殖性燃料盐可以包括氯化物盐，所述氯化物盐包含贫化铀、天然铀、钍或用过的核燃料中的至少一种。在某些情况下，进料材料310可以包含易裂变燃料，例如富集铀，其可以以小于初始体积的速率或分子体积(例如，12.5％)被进料到示例性MCFR系统300中。易裂变燃料在进料燃料中的这种包含可以在整个示例性MCFR系统300的寿命中被使用，或可选择地，可以偶尔被用于使在示例性MCFR系统300中的熔融燃料盐加速或富集，以增强稍后用于放置在子反应堆中的在未来熔融燃料盐交换中的除去的燃料。此外，进料材料310的熔融燃料盐可以包括而不限于与载体盐(例如，NaCl)混合的一种或更多种易裂变燃料盐和/或增殖性燃料盐，然而其他载体盐可以被采用。
反应堆芯区段302可以由适合用于熔融盐核反应堆中的任何材料形成。例如，反应堆芯区段302的本体部分(bulk portion)可以由一种或更多种钼合金、一种或更多种锆合金(例如，锆合金(Zircaloy))、一种或更多种铌合金、一种或更多种镍合金(例如，哈斯特洛伊镍基耐蚀耐热合金N(Hastelloy N))、陶瓷、高温钢和/或其他适当的材料形成。反应堆芯区段302的内表面可以涂覆有、镀覆有或内衬有一种或更多种另外的材料以便提供对腐蚀和/或辐射损伤的抗性。在一个实例中，反应堆芯区段302可以完全或大体上由耐腐蚀和/或耐辐射材料构建。
在一种实施方式中，反应堆芯区段302包括一级冷却剂系统(primary coolantsystem)311，其可以包括由管道315形成的一个或更多个一级冷却剂回路313。一级冷却剂系统311可以包括适于在熔融燃料盐环境中实施的任何一级冷却剂系统。在图示的实施方式中，一级冷却剂系统311通过一级冷却剂回路313中的一个或更多个的一个或更多个管道315和/或流体转移组件使熔融燃料盐308循环，以便经由一个或更多个热交换器354将由反应堆芯区段302产生的热转移至下游的热驱动发电装置和系统或其他热储存和/或用途。应当理解，示例性MCFR系统300的实施方式可以包括多个平行的一级冷却剂回路(例如，2-5个平行的回路)，每个一级冷却剂回路携带选定体积的熔融燃料盐存量通过一级冷却剂系统311。
在图3中图示的实施方式中，熔融燃料盐308被用作一级冷却剂。通过以保持反应堆芯区段302的温度在其操作范围内的速率，使由持续的链反应(ongoing chainreaction)加热的熔融燃料盐308从反应堆芯区段302流动，并且使较冷的熔融燃料盐308流入反应堆芯区段302来实现冷却。在此实施方式中，调整一级冷却剂系统311以当在反应堆芯区段302外部时，保持熔融燃料盐308在亚临界条件(subcritical condition)中。
还应注意的是，虽然没有在图中描绘，但是示例性MCFR系统300可以包括任何数目的另外的或中间的加热/冷却系统和/或热转移回路。除了使反应堆芯区段302保持在其操作温度范围内之外，这样的另外的加热/冷却系统可以被提供用于多种目的。例如，可以为反应堆芯区段302和一级冷却剂系统311提供三级加热系统(tertiary heating system)以允许包含固化的燃料盐的冷反应堆被加热到其中盐是熔融的且可流动的操作温度。
其它辅助部件也可以被用于一级冷却剂回路313。这样的辅助部件可以包括用于在操作期间除去从一级冷却剂沉淀的微粒的一个或更多个过滤器或脱落盒(drop outbox)。为了从一级冷却剂除去不需要的液体，辅助部件可以包括任何合适的液体-液体萃取系统，例如一个或更多个共流或逆流混合器/沉降器平台(co-current or counter-current mixer/settler stage)、离子交换技术或气体吸收系统。为了气体除去，辅助部件可以包括任何合适的气体-液体萃取技术，例如闪蒸室、蒸馏系统或气体汽提塔。下文更详细地讨论辅助部件的某些另外的实施方式。
此处应注意，在示例性MCFR系统300中利用各种金属盐、例如金属氯化物盐可以随时间引起腐蚀和/或辐射降解。可以采取多种措施以便减轻腐蚀和/或辐射降解对示例性MCFR系统300的各种面向盐的部件(例如，反应堆芯区段302、一级冷却剂管道315、热交换器354及类似物)的完整性的影响，所述面向盐的部件与燃料盐或其辐射直接或间接接触。
在一种实施方式中，通过示例性MCFR系统300的一个或更多个部件的燃料流速限于选定的燃料盐速度。例如，一个或更多个泵350可以通过示例性MCFR系统300的一级冷却剂回路313以选定的燃料盐速度驱动熔融燃料盐308。应注意，在某些情况下，低于某种水平的流速可以对反应堆性能具有有害的影响，包括增殖过程和反应堆控制。通过非限制性实例的方式，在较低速度限值的情况下，在一级回路313(和一级冷却剂系统311的其它部分)中的总燃料盐存量可以超过合意的水平，因为当流速减小时，对应的一级回路313的管道的横截面面积按比例上升，以便保持通过一级回路313的合适的体积流量。同样地，非常低的速度限值(例如，1m/s)导致大的燃料盐芯外体积，并且可能负性地影响示例性MCFR系统300的增殖过程和反应堆控制。此外，由于一级回路313和/或反应堆芯区段302的内表面的侵蚀和/或腐蚀，高于某种水平的流速可以不利地影响反应堆性能和寿命。同样地，合适的操作燃料盐速度可以提供在使侵蚀/腐蚀最小化所需的速度限值和管理芯外燃料盐存量所需的速度限值之间的平衡。例如，在熔融氯化物燃料盐的情况下，燃料盐速度可以被控制为从2-20m/s，例如但不限于7m/s。
在图3图示的示例性实施方式中，熔融燃料盐交换组件301(“熔融燃料盐交换系统”)包括用过的燃料转移单元316和进料燃料供应单元314。在一种实施方式中，用过的燃料供应单元316包括用于从MCFR系统300的一个或更多个部分接收和储存用过的燃料312(例如，燃烧的燃料)的储器318。如先前提到的，转移并储存到储器318中的用过的燃料312代表在MCFR系统300中先前用过的裂变反应的熔融燃料盐混合物308的一部分，并且可以包括初始易裂变材料、增殖的易裂变材料、增殖性材料和/或裂变产物，例如镧系元素。
在另一种实施方式中，用过的燃料供应单元316包括用于将熔融燃料盐308从MCFR系统300的一个或更多个部分转移到储器318的一个或更多个流体转移元件。用过的燃料转移单元316可以包括适于熔融盐转移的任何流体转移元件或装置。通过非限制性实例的方式，用过的燃料转移单元316可以包括一个或更多个管道320、一个或更多个阀322、一个或更多个泵(未示出)及类似物。在另一种实施方式中，用过的燃料供应单元316可以从与反应堆芯区段302流体地耦合的MCFR系统300的任何部分转移熔融燃料盐308。通过非限制性实例的方式，用过的燃料供应单元316可以从一级回路的任何部分(例如但不限于反应堆芯区段302、一级冷却剂系统311(例如，一级冷却剂回路313)及类似部分)将熔融燃料盐308转移到储器318。
在一种实施方式中，进料燃料供应单元314包括用于储存进料材料310(例如，增殖性材料和载体盐的混合物)的进料材料来源317。在一种实施方式中，进料材料310可以包括选定的增殖性材料(例如，贫化铀、天然铀、用过的核燃料、钍及类似物)和载体盐(例如。NaCl)的混合物，该混合物混合使得熔融的进料材料的浓度具有与在MCFR系统300的一级回路中剩余的熔融燃料盐308相容的增殖性材料的浓度。在另一种实施方式中，增殖性材料可以包括增殖性盐，例如氯化铀、氯化钍及类似物。在这方面，可以选定进料材料的特定的组分，以便至少近似地保持或调整存在于熔融燃料盐308(被包含在MCFR系统300中)中的化学计量学和/或化学(例如，化学组成和/或反应性)。
在一种实施方式中，熔融燃料盐交换组件301能够将用过的燃料312转移到MCFR系统300的一个或更多个部分之外，同时将进料材料(例如，其可以包括选定的增殖性材料和载体盐的混合物)同时地或顺序地转移到MCFR系统300的一个或更多个部分中。在另一种实施方式中，转移可以同步地或非同步地进行。
在另一种实施方式中，进料燃料供应单元314包括用于将进料材料310从进料材料来源317转移到MCFR系统300的一个或更多个部分的一个或更多个流体转移元件。进料燃料供应单元314可以包括任何流体转移元件或装置。通过非限制性实例的方式，进料燃料转移单元314可以包括一个或更多个管道324、一个或更多个阀326、一个或更多个泵(未示出)及类似物。在另一种实施方式中，进料燃料供应单元314可以将进料材料310从进料材料来源317转移到与反应堆芯区段302流体地耦合的MCFR系统300的任何部分。通过非限制性实例的方式，进料燃料供应单元314可以从进料材料来源317将进料材料310转移到一级回路的任何部分(例如但不限于反应堆芯区段302、一级冷却剂系统311(例如，一级冷却剂回路315)及类似部分)。
在一种实施方式中，进料材料310通过进料燃料供应单元314被连续地转移到反应堆芯区段302。通过非限制性实例的方式，进料材料310以选定的流速通过进料燃料供应单元314被连续地转移到反应堆芯区段302。应理解的是，熔融燃料盐除去的方法可以是连续的、半连续的或分批的，并且可以与燃料替代的方法或计时相同或不同。
在另一种实施方式中，进料材料310通过进料燃料供应单元314被分批地(即，以离散的体积单位)转移到反应堆芯区段302。通过实例的方式，进料材料310以选定的频率(或以不规则的时间间隔)、选定的体积转移大小以及用于每个批次转移的选定的组成被转移到反应堆芯区段302。选定的频率、体积转移大小和组成可以随时间而变化。
在另一种实施方式中，进料材料310通过进料供应单元314以半连续的方式被转移到反应堆芯区段302。通过非限制性实例的方式，进料材料310经由滴注递送(dripdelivery)被转移到反应堆芯区段302。材料的这样的半连续进料(以及利用的燃料从反应堆芯区段302的同时除去)可以允许将反应性摆幅(reactivity swing)限制为小于100pcm(十万分之一(per cent mille)或小于0.001的k有效的变化)。
在另一种实施方式中，进料燃料供应单元314可以包括多个进料材料来源和有关的流体转移元件(例如，阀和管道)以允许进料材料的多个变型的交换，以便保持反应堆芯区段302的氧化态。例如，单独的进料材料来源(每个包含UCl3、UCl4或NaCl中的一种)可以被用于选择性地调整熔融燃料盐308的化学组成。见用于解释UCl3-UCl4-NaCl(以mol％计)的三相图的图8，其中熔融燃料盐308的氧化态和化学计量学可以通过添加选定体积的UCl3、UCl4或NaCl来控制。
在一种实施方式中，储器318包括适于从反应堆芯区段302接收和储存熔融燃料盐的一个或更多个储存储器。储器318可以被定尺寸和/或设计成限制用过的燃料盐312的反应性，以将反应性减少或限制为低于临界性。储器318可以包括以下中的任何一个或更多个：中子吸收剂、慢化材料(moderating material)、热转移装置等等，以确保在用过的燃料盐312中的任何持续的核裂变反应不超过设计和/或安全的某个特定的阈值。在另一种实施方式中，储器318可以包括第二代(“子”)快谱熔融盐反应堆。
应当理解，用过的燃料除去和进料材料供应被协调以保持在反应堆芯区段302中的熔融燃料盐308的反应性和/或组成。因此，在一种实施方式中，熔融燃料盐交换组件301包括交换控制器328。在一种实施方式中，交换控制器328可以控制一个或更多个主动流体控制元件(active fluid control element)，以便控制进料材料310从进料材料来源317的流动和用过的燃料盐312从反应堆芯区段302流动到储器318。在一种实施方式中，阀322和326是经由来自交换控制器328的电子信号可控的主动阀。通过非限制性实例的方式，阀322和326可以包括但不限于电子控制的二通阀(electronically-controlled two-wayvalve)。在这方面，交换控制器328可以将控制信号传输到阀322和326(或其他主动流动控制机构)中的一个或两个，以控制进料材料310从进料材料来源317的流动和用过的燃料盐312从反应堆芯区段302流动到储器318。此处应注意，本发明实施方式不限于电子控制阀，如在图3中描绘的，图3仅仅为了说明的目的而被提供。此处应认识到的是，存在适用于熔融盐转移的许多流动控制装置和配置，所述流动控制装置和配置可以被实施以控制进料材料310从进料材料来源317的流动和用过的燃料盐312从反应堆芯区段302流动到储器318。
在一种实施方式中，熔融燃料盐交换组件301包括一个或更多个反应性参数传感器330，如上文讨论的。如先前提到的，一个或更多个反应性参数传感器330可以包括用于测量或监测指示反应堆芯区段302的燃料盐308的反应性或反应性变化的一个或更多个参数的任何一个或更多个传感器。反应性参数传感器330可以包括但不限于能够感测和/或监测以下中的一种或更多种的任何一种或更多种传感器：中子注量、中子通量、中子裂变、裂变产物、放射性衰变事件、温度、压力、功率、同位素浓度、燃耗和/或中子谱。通过非限制性实例的方式，如上文讨论的，一个或更多个反应性参数传感器330可以包括但不限于被配置成测量裂变产物气体中的同位素类型的比率的裂变检测器(例如，微袋裂变检测器(micro-pocket fission detector))、中子通量监测器(例如，裂变室或离子室)、中子注量传感器(例如，集成金刚石传感器(integrating diamond sensor))、裂变产物传感器(例如，气体检测器、β检测器或γ检测器)或裂变产物检测器。通过另一种非限制性实例的方式，如上文讨论的，一个或更多个反应性参数传感器330可以包括但不限于温度传感器、压力传感器或功率传感器(例如，功率范围核仪器)。
在另一种实施方式中，反应性用测量的反应性参数(上文讨论的)中的一个或更多个来确定。在一种实施方式中，反应堆芯区段302的反应性使用查找表(look-up table)通过控制器328来确定。在另一种实施方式中，反应堆芯区段302的反应性使用一个或更多个模型通过控制器328来确定。在另一种实施方式中，反应性参数可以由操作者来确定并且经由操作者界面直接进入到控制器328中。此处应注意的是，虽然反应性参数传感器330被描绘为位于MCFR系统300的反应堆芯区段302中的燃料盐308内，但是此配置不是对本发明实施方式的限制，如先前本文提到的。在一种实施方式中，将确定的反应性参数(无论是测量的或模型化的)或指示反应性的参数与预定的反应性阈值比较。如果确定的反应性参数或指示反应性的参数满足控制条件(例如，超过高阈值或下降到低于低阈值)，那么控制系统(例如，熔融燃料盐交换系统、体积替代系统和/或其他控制系统)可以被致动以将反应堆芯区段302的反应性调整回到标称反应性范围内。
在另一种实施方式中，一个或更多个反应性参数传感器330与交换控制器328通信地耦合。一个或更多个反应性参数传感器330与交换控制器328通信地耦合。例如，一个或更多个反应性参数传感器330可以经由有线连接(例如，电缆或光纤)或无线连接(例如，RF传输或光传输)与交换控制器328通信地耦合。
在一种实施方式中，交换控制器328包括一个或更多个处理器和存储器。在一种实施方式中，存储器保持被配置成执行熔融燃料盐交换组件301的一个或更多个操作步骤的一组或更多组程序指令。
在一种实施方式中，响应于超过上反应性阈值的确定的反应性参数的交换控制器328的一个或更多个程序指令可以引起交换控制器328引导熔融燃料盐交换组件301以替代用选定的且确定的体积和组成的进料材料310替代MCFR系统300的选定的且确定的体积的熔融燃料盐308，以便控制在反应堆芯区段302中的熔融燃料盐308的反应性和/或组成。
在另一种实施方式中，一个或更多个程序指令被配置成使反应堆芯区段302的熔融燃料盐308的确定的反应性与选定的替代体积和组成以及其他熔融燃料盐组成考虑相关联，以补偿测量的反应堆芯区段302的过量反应性。通过非限制性实例的方式，反应性参数传感器330可以获得与反应堆芯区段302(或MCFR系统300的另一部分)中的熔融燃料盐308有关的反应性参数。在其中反应性参数指示大于选定的上阈值的反应性的设置中，交换控制器328可以确定替代体积和组成以补偿升高的反应性并且引导熔融燃料盐交换组件301从反应堆芯区段302除去确定体积的熔融燃料盐308(例如，通过用过的燃料转移单元316除去)，并且用大体上相同体积的进料材料310替代除去的燃料盐(例如，通过进料燃料供应单元314替代)。
从反应堆芯区段302除去的用过的燃料312的量可以基于反应堆芯区段302的确定的反应性(测量的或模型化的)、易裂变燃料和/或增殖性燃料的确定的量(测量的或模型化的)、熔融燃料盐308中的废物(包括裂变产物和其它可能的中子吸收剂)等等来确定。可以将超过上阈值的确定的芯反应性与下阈值相比以确定使芯反应性保持在选定的标称反应性的范围内所需的反应性的变化的量。然后，反应性所需变化的此量可以与现有燃料一起使用以确定待被除去以使芯反应性保持在反应性的上阈值和下阈值的范围内的用过的燃料312的量。例如，如果足以将反应堆芯的反应性降低至下阈值，那么确定的体积的除去的用过的燃料312的价值(worth)可以由现有燃料组成确定(基于易裂变燃料的燃耗、可用的易裂变燃料、剩余的易裂变燃料及其他组分，例如裂变产物和载体盐)来确定，并且比较。基于在燃料除去之后的确定的芯反应性，可以确定进料燃料的价值、体积和组分以保持用于燃料的继续增殖的反应性、系统的燃料体积要求并且保持或调整总燃料化学计量学。这些确定可以基于反应性和反应的计算机模型、基于经验数据和/或模型化数据的查找表等等。如上文提到的，由于各种操作和/或安全原因，标称反应性水平、上阈值反应性水平和/或下反应性阈值中的任何一种或更多种(或其组合)可以随反应堆的寿命动态地变化。
在另一种实施方式中，在其中用进料材料310替代熔融燃料盐308的频率、体积和组成被预定的设置中，基于自从上次交换循环的时间和/或确定的反应堆芯区段302的反应性，交换控制器328可以经由熔融燃料盐交换组件301的主动元件(例如，阀322和326、泵及类似物)的控制进行预定的已排程的交换过程，如本文所讨论的。在可选择的实施方式中，可以基于来自反应性参数传感器330和其他传感器、监测技术和计算的结果，以动态确定的频率和/或体积进行交换。
在一种实施方式中，添加到反应堆芯区段302的选定体积和/或组成的进料材料具有预定的“价值”，所述预定的“价值”可以在体积和/或组成方面上调或下调以匹配来自从反应堆芯区段302除去的选定体积的用过的燃料的目标反应性除去。
在另一种实施方式中，交换控制器328可以引导熔融燃料盐交换组件301进行熔融燃料盐308与进料材料310的连续交换，进料材料310被连续地进料至反应堆芯区段302并且用过的燃料312以选定的速率(例如，0.1-10升/日)从反应堆芯区段302被连续地除去。在另一种实施方式中，交换控制器328可以引导熔融燃料盐交换组件301进行熔融燃料盐308与进料材料310的半连续交换(例如，滴注)。通过实例的方式，交换控制器328可以引导熔融燃料盐交换组件301进行熔融燃料盐308与进料材料310的滴注交换(drip exchange)，进料材料310被滴注进料至反应堆芯区段302并且同时地离散量的用过的燃料312从反应堆芯区段302被除去。在另一种实施方式中，交换控制器328可以引导熔融燃料盐交换组件301进行熔融燃料盐308与进料材料310的分批交换。通过实例的方式，交换控制器328可以引导熔融燃料盐交换组件301进行熔融燃料盐308与进料材料310的一系列离散的、或分批的交换，离散量的进料材料310被进料至反应堆芯区段302并且离散量(在体积上等于进料材料)的用过的燃料310以选定的时间间隔从反应堆芯区段302被同时地或顺序地除去。通过另一种非限制性实例的方式，交换控制器328可以引导熔融燃料盐交换组件301进行熔融燃料盐308与进料材料310的单独的离散的、或分批的交换，离散量的进料材料310被进料至反应堆芯区段302并且相等量的用过的燃料312在选定的时间从反应堆芯区段302被同时地或顺序地除去。
在另一种实施方式中，MCFR系统300包括一个或更多个气体喷射单元。一个或更多个气体喷射单元与反应堆芯区段302可操作地耦合并且被配置成从反应堆芯区段302的熔融燃料盐308连续地除去一种或更多种废气(例如，气态裂变产物如惰性气体)。通过非限制性实例的方式，一个或更多个气体喷射单元包括氦气和/或氢气气体喷射单元。应注意的是，惰性气体包括He、Ne、Ar、Kr以及Xe。还应注意的是，被吸收在熔融燃料盐308中的气态废物可以扩散到反应堆芯区段302的熔融燃料盐308之外，这允许气态废物经由有关的气体泵被泵出反应堆。
在另一种实施方式中，反应堆包括一个或更多个过滤单元。一个或更多个过滤单元与反应堆芯区段302可操作地耦合并且被配置成连续地除去一种或更多种固体废物组分，例如固体裂变产物例如贵金属和/或半贵金属或其它颗粒废物。通过非限制性实例的方式，一个或更多个过滤单元可以包括位于反应堆芯区段302的旁路流中的一个或更多个过滤器，该过滤器被布置成收集固体废物中的一种或更多种组分，所述固体废物从熔融燃料盐308中沉淀和/或镀覆(plate)(取决于设计几何学)。应注意的是，贵金属和半贵金属包括Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Sb以及Te。
在另一种实施方式中，一级冷却剂系统311包括一个或更多个泵350。例如，一个或更多个泵350可以与一级冷却剂系统311流体地耦合，使得一个或更多个泵350驱动熔融燃料盐308通过一级冷却剂/反应堆芯区段回路。一个或更多个泵350可以包括适用于熔融燃料盐308的任何冷却剂/燃料泵。例如，一个或更多个流体泵350可以包括但不限于与一级冷却剂回路313流体地耦合的一个或更多个机械泵。通过另一种实例的方式，一个或更多个流体泵350可以包括但不限于与一级冷却剂回路313流体地耦合的一个或更多个电磁(EM)泵和/或机械泵。
在另一种实施方式中，MCFR系统300包括经由一个或更多个热交换器354与一级冷却剂系统311热耦合的二级冷却剂系统352。二级冷却剂系统352可以包括由管道358形成的一个或更多个二级冷却剂回路356。二级冷却剂系统352可以包括适于在熔融燃料盐环境中实施的任何二级冷却剂系统布置。二级冷却剂系统352可以通过一个或更多个二级冷却剂回路356的一个或更多个管道358和/或流体转移组件使二级冷却剂循环，以便将由反应堆芯区段302产生并且经由一级热交换器354接收的热转移至下游的热驱动发电装置和系统。为了简单的目的，图3描绘单独的二级冷却剂回路360。然而，此处应认识到，二级冷却剂系统352可以包括多个平行的二级冷却剂回路(例如，2-5个平行的回路)，每个平行的二级冷却剂回路携带选定部分的二级冷却剂通过二级冷却剂回路。应注意，二级冷却剂可以包括适合于在熔融燃料盐环境中实施的任何二级冷却剂。通过实例的方式，二级冷却剂可以包括但不限于液体钠。还应注意的是，虽然没有在图3中描绘，但是MCFR系统300可以包括任何数目的另外的或中间的冷却剂系统和/或热转移回路。
此处应注意，在MCFR系统300中利用各种金属盐，例如金属氯化物盐可以随时间引起腐蚀和/或辐射降解。可以采取多种措施以便减轻腐蚀和/或辐射降解对MCFR系统300的各种面向盐的部件(例如，反应堆芯区段302、一级冷却剂管道315、热交换器354及类似物)的完整性的影响。在一种实施方式中，使用贵金属作为各种面向盐的部件的包层可以减轻此类部件的腐蚀的影响。在一种实施方式中，在钠暴露的表面上使用钼包层可以减轻腐蚀对此类表面的影响。在另一种实施方式中，熔融燃料盐可以被保持(例如，经由熔融燃料盐交换)在较少腐蚀性的氧化还原(化学还原氧化)状态。某些添加剂还可以被用于减轻熔融燃料盐对此类部件的腐蚀性影响。
图4图示用于通过反应堆的熔融燃料盐与增殖性燃料盐的周期性交换控制的熔融盐反应堆的反应堆芯的模型化的k有效值(曲线402)和重金属(HM)燃料的总燃耗百分比(曲线404)随时间的图400。如关于图2还提到的，反应堆的熔融燃料盐与增殖性燃料盐的周期性交换可以被用于限制反应性并且保持熔融盐反应堆中的持续的增殖和燃烧行为。在另一种实施方式中，熔融燃料盐交换组件可以以匹配易裂变材料通过熔融盐反应堆燃烧的速率的速率用加载有增殖性材料(例如，贫化铀)的盐进料熔融盐反应堆，如关于图5讨论的。可选择地，可以以与易裂变燃料被除去的速率和/或时间不同的速率和/或时间添加增殖性燃料。
图5图示用于具有以匹配反应堆燃烧速率的速率提供的贫化铀进料的模型化的熔融盐反应堆的k有效(曲线502)相对于时间的图500。应注意，在该实施方式中，交换组件不特定地或不需要特定地靶向镧系元素以便从熔融盐反应堆除去，而更确切地说是经由在熔融盐反应堆中的熔融燃料盐的总体积除去(bulk volume removal)来除去镧系元素。除去的材料可以包括而不限于以下中的一种或更多种：镧系元素、其它裂变产物、易裂变材料、增殖性材料和/或载体盐。如在图5中所示出的，熔融盐反应堆增殖并且在约10-15年以约1.03的k有效达到峰值。此后，熔融盐反应堆随着锕系元素存量(包括易裂变材料)降低经历反应性的损失，而裂变产物存量增加。应注意的是，这样的配置可以操作持续超过20年并且在熔融盐反应堆的寿命期间，燃烧大于初始被加载到反应堆中并且稍后被进料至熔融盐反应堆的重金属燃料的36％。可以使用的示例性k有效范围可以包括而不限于作为低阈值的1.0和作为高阈值的1.035，这定义了示例性标称反应性范围。k有效的另一个实例可以包括而不限于作为低阈值的1.001和作为高阈值的1.005，这定义了另一种示例性标称反应性范围。另一个示例性标称反应性范围可以从仅仅超过1.0延伸至约1.01。可以采用其它标称范围和阈值。此外，可以采用其他控制系统，包括而不限于控制棒或控制鼓、慢化剂等等。
图6图示用于在不添加进料材料并且不除去镧系元素下的熔融盐反应堆的描绘作为时间的函数的k有效的图600。曲线602描绘用于其中废物裂变产物(例如，惰性气体和贵/半贵金属)从反应堆芯区段302被除去的情况的k有效。在这样的情境下，计算指示可以实现30％燃耗，以及约9年的寿命。曲线604描绘用于其中无物从反应堆芯区段302被除去的情况的作为时间的函数的k有效。在这样的情境下，计算指示可以实现10％燃耗，以及约3年的寿命。
图7图示装配有熔融燃料盐交换组件701的可选择的示例性MCFR系统700。一级冷却剂系统被配置，使得一级冷却剂740包括在反应堆芯区段702(例如，主容器芯)的反应堆容器742中循环的熔融燃料盐。在这方面，熔融燃料盐作为一级冷却剂回路的部分不流动到反应堆芯区段702之外，而更确切地说熔融燃料盐作为一级冷却剂流过反应堆芯区段702。应注意，在该实施方式中，MCFR系统700可以包括在用于反应堆芯区段702的一级冷却剂回路中的一个或更多个热交换器746，使得熔融燃料盐作为一级冷却剂740流动通过一个或更多个热交换器746，通过反应堆芯区段702，不流动到反应堆芯区段702之外，并且作为一级冷却剂回路的部分往回通过一个或更多个热交换器746。同样地，来自反应堆芯区段702的热经由一个或更多个热交换器746从熔融燃料盐转移到二级冷却剂系统(未示出)。
在图7中，熔融燃料盐交换组件701与反应堆芯区段702(或示例性MCFR系统700的另一部分)可操作地耦合，并且被配置成用选定体积和组成的进料材料710周期性地替代选定体积的熔融燃料盐708。在这方面，熔融燃料盐交换组件701可以控制熔融燃料盐708在示例性MCFR系统700中的反应性和/或组成。在一种实施方式中，应注意，从反应堆芯区段702除去的熔融燃料盐708(作为在储器718中的除去的熔融燃料712示出)包含至少某些易裂变材料，而进料材料710包含至少某些增殖性材料。在另一种实施方式中，除去的熔融燃料712包含废物，所述废物包含一种或更多种裂变产物。例如，除去的熔融燃料712可以包括而不限于在熔融燃料盐708中经由裂变产生的一种或更多种镧系元素。在又一种实施方式中，除去的熔化燃料712可以包括而不限于可裂变材料(例如，UCl4)、一种或更多种裂变产物(例如，一种或更多种镧系元素)和/或载体盐(例如，NaCl))的混合物。虽然熔融燃料盐交换被描述为周期性的，但是应当理解，这样的交换可以以分批的、连续的、半连续(例如，滴注)的方式进行并且可以是周期性的或不定时的，或从一个燃料交换到下一个燃料交换在计时上变化。
在图7图示的示例性实施方式中，熔融燃料盐交换组件701(“熔融燃料盐交换系统”)包括用过的燃料转移单元716和进料燃料供应单元714。熔融燃料盐交换组件701可以包括与图3的熔融燃料盐交换组件301相同或类似的元件，并且以与图3的熔融燃料盐交换组件301相同的方式或类似的方式操作，然而还可采用可选择的结构和操作。如在图7中所示出的，交换控制器728可以控制一个或更多个主动流体控制元件，以便控制进料材料310从进料材料来源717的流动和用过的燃料盐712从反应堆芯区段702到储器718的流动。
随着在反应堆芯区段702中的熔融燃料盐708增殖，将增殖性材料转化成易裂变材料，熔融燃料盐交换组件701除去作为在进料材料来源717中的除去的熔融燃料712的熔融燃料盐708的某些，并用进料材料710替代除去的熔融燃料712，进料材料包含至少某些增殖性材料。在另一种实施方式中，除去的熔融燃料712包含一种或更多种裂变产物。因此，不仅除去易裂变燃料而且除去镧系元素和其它中子吸收剂的熔融燃料盐交换组件701可以充当对于在示例性MCFR系统700中的熔融燃料盐308的反应性和寿命增量剂(lifetimeextender)的控制机构。燃料交换的控制优点可以用于使熔融燃料盐308的反应性回到临界条件(例如，仅仅临界条件)，并且还可以通过除去中子吸收剂和/或改性剂增加反应堆的效力。因此，在一种实施方式中，示例性MCFR系统700的熔融燃料盐交换组件701可以允许无限地操作示例性MCFR系统700而不添加另外的富集。应当理解的是，熔融燃料盐交换可以在核反应堆的操作期间和/或在维修停工时间段期间发生。
进料材料710的熔融燃料盐可以包括而不限于一种或更多种增殖性燃料盐，例如包含贫化铀、天然铀、钍或用过的核燃料中的至少一种的盐。例如，在基于氯化物的燃料的情况下，一种或更多种增殖性燃料盐可以包括氯化物盐，所述氯化物盐包含贫化铀、天然铀、钍或用过的核燃料中的至少一种。此外，进料材料710的熔融燃料盐可以包括而不限于与载体盐(例如，NaCl)混合的一种或更多种增殖性燃料盐，然而其他载体盐可以被采用。
图8图示UCl3-UCl4-NaCl的示例性三元相图800(以mol％计)。在一种实施方式中，如模型化的MCFR系统使用包含各种氯化钠和氯化铀组分的盐混合物。此类组合物的一个实例可以包括NaCl、UCl3和/或UCl4中的一种或更多种组分，如图8的三相图800所示出的。阴影区802示出500℃熔点包封(melting point envelope)的程度。多种燃料盐组成已经被考虑并且已经被示出能够具有净增殖(net breed)和燃烧行为。最终组成的选择取决于多种因素，包括氧化态/腐蚀、溶解度、粘度以及反应堆尺寸。
模型化已经研究具有适用于MCFR实施方式中的熔点的在三元图800中的不同特定的盐，包括而不限于82UCl4-18UCl3、17UCl3-71UCl4-12NaCl以及50UCl4-50NaCl。模型化的结果指示此类燃料盐实施方式将维持增殖行为和燃烧行为，并且可以被用于本文描述的反应堆实施方式中。
如提及的，三元相图800示出UCl3-UCl4-NaCl的任何混合物的预计的熔化温度。特别感兴趣的是具有小于约500℃的熔点的混合物，该混合物在三元相图800的阴影区802中被图示。低共熔点804具有338℃的熔化温度和17UCl3-40.5UCl4-42.5NaCl(即，17mol％UCL3、40.5mol％UCL4和42.5mol％NaCl)的组成。阴影区802指示500℃的熔点包封。移动到该阴影区802的最右侧提供示例性实施方式806，17UCl3-71UCl4-12NaCl，但是应当理解的是，作为具有低于500℃的熔点的各种燃料盐混合物，许多可能的组成存在于阴影区802的熔点包封内。此外，如果熔化温度限值略微延伸到508℃，那么34UCl3-66NaCl的组成提供无UCl4的选项。同样地，三元图800允许确定用于在约800℃和338℃之间的任何给定的熔点限值的一系列特定的UCl3-UCl4-NaCl燃料盐实施方式。例如，可以容易地确定具有在300-550℃之间、338-500℃之间和338-450℃之间的熔点的三元盐。检测组成变化的示例性方法可以包括而不限于：
1)氧化还原(化学还原氧化)的测量
2)样品的在线辉光放电质谱
3)芯的反应性变化
4)离线样品分析，包括GDMS(玻璃放电质谱学(glass discharge massspectroscopy))
5)γ光谱学
混合物的特定的组成可以包括任何配方(所述配方包含UCl4、UCl3或NaCl中的两种或更多种)，使得产生的铀含量水平和熔化温度实现期望的水平。通过非限制性实例的方式，特定的组成可以被选择，使得对应的熔化温度落在330℃和800℃之间。通过另一个非限制性实例的方式，特定的组成可以被选择，使得总铀含量水平按重量计为61％或高于61％。除了选择总体铀含量水平之外，还可以确定燃料组成以满足选定量的易裂变铀(与增殖性相反)。例如，熔融燃料盐的特定的组成可以被选择，使得熔融燃料盐的U-235含量低于20％。
下文的讨论将确定感兴趣的特定的实施方式，然而下文的讨论不会将如要求保护的本发明的范围限制于仅仅下文描述的实施方式，而更确切地说是预期从图8中可识别的任何实施方式，以及具有不同于NaCl的不同的金属氯化物的任何实施方式。另外的非易裂变金属氯化物的实例包括NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3、AmCl3、LaCl3、CeCl3、PrCl3和/或NdCl3。
相对于固体燃料，液体燃料具有固有的优点，因为热在燃料冷却剂中“诞生(born)”。固体燃料可以(1)将热传导至燃料元件的外表面，(2)将热传导通过包层(包括经过物理间隙或通过粘结材料)，(3)使来自包层表面的热与一级冷却剂对流，以及(4)将热平流输送至芯外。通过比较，液体燃料在步骤(4)下提供可接受的热转移，并且将燃料盐/一级冷却剂运输到芯外并且运输到一级热交换器。另外，处于考虑中的液体盐具有几乎是在类似温度下的液体钠的体积热容的两倍的体积热容。
由熔融燃料盐提供的另一个关键的优点是强的负温度系数-热盐比冷盐是较小反应性的。因此，导致过热的瞬态(例如，散热器的损失)在通过燃料盐的膨胀的严重性方面受到限制。例如，在熔融的氯化物快反应堆(MCFR)中，由于选定的氯化物盐组合物从600℃被加热至800℃，其密度降低大于12％，这提供比通过多普勒效应提供的强约50×的负反应性反馈。
具有一氯化物、三氯化物和四氯化物的数目的类似比率的燃料盐表现类似。例如，在熔融的氯化物快反应堆的反应芯区段中的氧化态可以被定义为通过附接的氯分子的数目分组的分子的比例。可以通过使在反应芯区段中的选定量的燃料盐与类似量的补给盐(makeup salt)或进料材料交换来控制反应芯区段的氧化态，其中进料材料的组成被设计成促使反应芯区段的氧化钛朝向目标氧化态。在一种实施方式中，进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
在一种实施方式中，在反应芯区段中的燃料盐最初处于氧化态，所述燃料盐主要包含一氯化物、三氯化物和四氯化物。此初始燃料盐组成(在除去选定体积的燃料盐和添加进料材料之前)由初始燃料盐向量(f)表示，其中下标x代表存在于燃料盐的每个分子中的氯离子的数目。具有2个、5个和6个氯原子的分子可以以非常小的量存在于反应芯区段中，因此它们可以被忽略-熔融的氯化物燃料的整体性质通过一氯化物、三氯化物和四氯化物来支配(见等式(1)，其指示简化的燃料盐向量，其中熔融的氯化物燃料通过一氯化物(f1)、三氯化物(f3)和四氯化物(f4)来支配)。同样地，如果目标盐混合物是PbCl2-UCl3-UCl4(或PuCl2-UCl3-UCl4)，那么人们可以对二氯化物、三氯化物和四氯化物进行控制。注意：燃料盐向量可以被推广到其他氯化物盐和氟化物盐。因此，类似的控制方法可以应用于氟化物盐，其中下标x代表氟离子在燃料盐的每个分子中的数目。
同样地，初始燃料盐向量(f)可以由等式(1)中给出的简化的燃料盐向量来表示。
被归一化成在时间段的开始时存在于反应堆中的初始燃料盐的量(例如，对于特定的MCFR系统，每年约1％)的在一段时间内选定体积(r)的初始燃料盐的除去(作为大批次、一组或一系列较小批次、或连续的或部分连续的流)产生调整的燃料盐向量(f’)，其由等式(2)示出，代表在除去选定体积的初始燃料盐之后在反应堆中剩余的燃料盐。
由目标燃料盐向量(t)表示的在反应堆中的目标燃料盐组成可以被设置成根据调整的燃料盐组成(通过添加选定体积和组成的进料材料调整的燃料盐组成(f’)，该进料材料由进料燃料盐向量(m)来表示)实现特定的氧化态和/或化学计量学。此关系由等式(3)和等式(4)来表示，其中(r)～C*(f)。
(f)-(r)＝(f′) (3)
(f′)+(m)＝(t) (4)
在可选择的符号中，此关系由等式(5)和等(6)来表示。
考虑到等式(3)-等式(6)，可以确定被添加到反应堆以实现目标氧化态和/或化学计量学的进料材料的体积和组成。对于每种分子类型，补给燃料盐向量(mx)可以由等式(7)来表示，其中下标x代表氟离子在燃料盐的每种分子中的数目并且C代表在给定的时间段内除去的归一化的量。
(mx)＝(tx)-(1-C)*(fx) (7)
核裂变反应堆在零或接近零过量反应性下操作以在恒定功率下操作。除了控制在反应堆中的熔融燃料盐的氧化态之外，描述的熔融盐反应堆实施方式的反应性可以通过将燃料盐交换为进料材料来原位调整。
在燃烧器熔融盐反应堆中，易裂变材料被燃烧，使得反应性趋向于随时间降低。同样地，进料材料被设计成包含富含易裂变材料(例如富集铀或再加工的超铀)的大量的高反应性燃料盐。在增殖器熔融盐反应堆中，易裂变材料以比其通过裂变反应消耗更快的方式被产生，因此反应性趋向于随时间增加。同样地，进料材料被设计成包含富含增殖性材料的低反应性燃料盐，例如天然铀、贫化铀、用过的核燃料或钍。进料材料被引入反应堆芯的速率被选择以使反应性保持在某些设计限制内，例如标称反应性(例如，等于1或略微大于1的k有效、上反应性阈值和/或下反应性阈值)。
图9图示用于熔融燃料盐交换工艺的示例性操作900。提供操作902的系统提供具有熔融燃料盐交换系统的熔融的氯化物快反应堆(其是示例性熔融盐反应堆)。监测操作904监测熔融燃料盐的交换条件。例如，一个或更多个反应性参数传感器可以监测熔融的氯化物快反应堆内的反应性，和/或化学组成传感器(例如拉曼光谱学)可以监测熔融燃料盐在熔融的氯化物快反应堆中的组成。在实施方式中，监测可以使用拉曼光谱学实时进行。拉曼光谱学提供关于可以被用于样品确定和定量的分子振动的信息。该技术包括使单色光源(例如，激光)照射在样品上并且检测散射光。某些量的燃料可以从反应堆芯(例如，以侧流)除去，并且可以通过监测室(monitoring cell)，检测室包括光谱学可以通过其进行的“窗”。拉曼窗材料的实例是熔融的石英、熔融的二氧化硅、蓝宝石、金刚石以及某些玻璃。任何材料可以被使用，只要其能够满足反应堆和监测系统的操作参数。交换条件可以为了监测的反应性、组成、或引发熔融燃料盐交换事件的某些其他操作参数来设置。
如果交换条件未曾被满足，那么决定操作(decision operation)906将处理返回到监测操作904。如果交换条件已经被满足，那么决定操作906使处理进展到除去操作908，除去操作908从熔融的氯化物快反应堆除去选定体积的熔融燃料盐。替代操作910用进入到熔融的氯化物快反应堆中的选定体积和/或组成的进料材料替代除去体积的熔融燃料盐。处理返回到监测操作904。
图10图示装配有体积替代元件组件1002的熔融盐反应堆1000。体积替代系统代表一种类型的熔融燃料盐控制系统。在一种实施方式中，体积替代组件1002与反应堆芯区段1004可操作地耦合，反应堆芯区段1004包含熔融燃料盐1006。体积替代组件1002被布置以便选择性地替代一定体积的熔融燃料盐1006。在这方面，体积替代组件1002可以替代一定体积的燃料盐108以便控制熔融燃料盐1006内的反应性。体积替代元件组件1002可以通过控制熔融燃料盐1006的体积来控制熔融盐反应堆1000的反应性，并且因此控制在反应堆芯区段1004(例如，芯区段的中心区)中被替代的易裂变材料。通过非限制性实例的方式，在其中反应堆芯区段1004具有过量反应性的设置中，充分的体积(例如，0.1m3至10.0m3)的熔融燃料盐1006可以被体积替代组件1002替代，使得反应性降低至下反应性阈值，例如临界或亚临界水平(sub-critical level)。应当理解的是，多个体积替代组件可以在熔融盐反应堆1000中以各种配置被使用。
在一种实施方式中，体积替代组件1002包括体积替代元件1010、致动器1012以及致动器控制器206。在一种实施方式中，体积替代元件1010由非中子吸收材料形成。在这方面，体积替代元件1010经由熔融燃料盐1006(和易裂变材料)的体积流体替代而不通过中子吸收过程来控制熔融盐反应堆1000中的反应性。应注意的是，利用非中子吸收材料在熔融盐反应堆1000中是特别有利的，因为其避免对反应性的大的影响，这种影响可以在将中子吸收材料引入到反应堆芯区段1004中的情况下发生。基于熔融盐的体积流体替代操作的非中子吸收体积替代元件可以提供比中子吸收控制元件更精细的反应性控制。
然而，应当理解的是，体积替代元件1010(例如，替代棒(displacement rod))可以由任何非中子吸收材料形成，然而中子吸收和/或慢化材料可以另外地或可选择地被用于此类元件。同样地，体积替代元件1010可以可选择地包含中子透明材料或中子反射器材料。例如，体积替代元件1010可以由但不必要由锆、钢、铁、石墨、铍、钼、铅、钨、硼、镉、一种或更多种钼合金(例如，TZM合金)、一种或更多种钨合金(例如，碳化钨)、一种或更多种钽合金、一种或更多种铌合金、一种或更多种铼合金、一种或更多种镍合金、碳化硅及类似物形成。在此类实施方式中，体积替代元件1010可以通过燃料的体积流体替代和通过中子的吸收来限制反应性。
在一种实施方式中，体积替代元件1010包括棒1016，如在图10中所示出的。例如，体积替代元件1010包括实心棒或中空棒。此处应注意的是，替代棒1016可以采取任何类型的棒形状。例如，体积替代组件1010的替代棒可以采取圆柱形、正方形或矩形棱柱形、三角棱柱形、多边棱柱形及类似形状。在另一种实施方式中，体积替代元件1010可以包括一组棒(未示出)。例如，该组棒可以以阵列或轮辐模式来布置。
在一种实施方式中，致动器1012与体积替代元件1010可操作地耦合，使得致动器1012可以选择性地平移体积替代元件1012。致动器1012可以包括任何致动装置。例如，致动器1012可以包括但不限于替代棒驱动机构。在一种实施方式中，致动器1012被配置成双向地驱动体积替代元件1010。在这方面，致动器1012可以如期望的将体积替代元件1010驱动到反应堆芯区段1004中和/或反应堆芯区段1004之外。在另一种实施方式中，致动器1012被配置成在第一停止位置和第二停止位置之间的一个或更多个中间位置停止驱动体积替代元件1010。在这方面，致动器1012可以沿着选定的方向(例如，轴向)平移体积替代元件1010以便将选定量的体积替代元件1010插入到反应堆芯区段1004的熔融燃料盐1006中。例如，在棒形体积替代元件1010的情况下，致动器1012可以通过控制被插入到熔融燃料盐1006中的杆形体积替代元件1010的长度L来插入选定体积的体积替代元件1010。
应注意的是，体积替代组件1002可以如期望的替代对于降低在反应堆芯区段1004中的熔融燃料盐1006的反应性是必要的任何量的体积的在反应堆芯区段1004中的熔融燃料盐1006。通过非限制性实例的方式，取决于特定的燃料配方和熔融盐反应堆1000的操作环境，熔融燃料盐1006在反应堆芯区段1004中的体积可以在从10m3至100m3的范围内。在此环境下，仅小部分立方米的替代体积可以供应充分体积的盐替代，以明显降低反应堆芯区段1004中的反应性，并且在某些情况下关闭反应堆。例如，在边缘控制(marginal control)或非停工操作中，通过体积替代元件1010赋予的替代体积可以包括但不限于在0.1m3至10m3之间的替代体积。
在一种实施方式中，如在图10中所示出的，体积替代组件1010可以将体积替代元件1010插入到反应堆芯区段1004的中心区域中。在这方面，致动器1012可以沿着反应堆芯区段1004的轴向方向平移体积替代元件1010，如在图10所示出的。应注意的是，考虑到旋转对称的芯区段，如在图10中描绘的，可以通过将体积替代元件1010定位在反应堆芯区段1004的横截面中心处来实现与体积替代元件1010有关的最大反应性价值。应注意的是，中心的体积替代元件1010不是对本公开内容的熔融盐反应堆1000的限制，并且仅为了说明的目的被提供。此外，虽然替代元件1010在图10中作为单一元件被示出，但是应理解的是，替代元件可以包括多个可插入的元件，所述可插入的元件可以串联地移入和移出反应堆芯，或者可以单独地被移动和控制以管理反应性、燃料流动、局部温度等等。
在另一种实施方式中，致动器控制器1010被配置成选择性地引导致动器1012以将选定体积的体积替代元件1010以选定的距离插入到被包含在反应堆芯区段1004中的熔融燃料盐1006的体积中。例如，致动器控制器1014可以引导致动器1012平移体积替代元件1010，使得体积替代元件1010部分地或全部地浸没在熔融燃料盐1006中。致动器控制器1014与致动器1012通信地耦合。例如，致动器控制器1014可以经由有线连接(例如，电缆或光纤)或无线连接(例如，RF传输或光传输)与致动器1012通信地耦合。
在一种实施方式中，致动器控制器1012包括被配置成从操作者接收体积替代致动指令的操作者界面。在这方面，操作者可以选择性地引导体积替代元件1010的致动状态的控制。在另一种实施方式中，致动控制器1014可以响应于熔融盐反应堆1000的一个或更多个感测的或监测的参数自动地引导体积替代元件1010的致动，如下文讨论的。
在另一种实施方式中，熔融盐反应堆1000包括反应性参数传感器1030。反应性参数传感器1030包括能够测量或监测指示熔融盐反应堆1000的熔融燃料盐1006的反应性或反应性变化的一个或更多个参数的任何一个或更多个传感器。例如，反应性参数传感器1030可以包括但不限于能够感测和/或监测以下中的一种或更多种的任何一个或更个传感器：中子注量、中子通量、中子裂变、裂变产物、放射性衰变事件、温度、压力、功率、同位素浓度、燃耗和/或中子谱。
在一种实施方式中，反应性参数传感器1030包括裂变检测器。例如，反应性参数传感器1030可以包括但不限于微袋裂变检测器。在另一种实施方式中，反应性参数传感器1030包括中子通量监测器。例如，反应性参数传感器1030可以包括但不限于裂变室或离子室。在另一种实施方式中，反应性参数传感器1030包括中子注量传感器。例如，反应性参数传感器1030可以包括但不限于集成金刚石传感器。在另一种实施方式中，反应性参数传感器1030包括裂变产物传感器。例如，反应性参数传感器1030可以包括但不限于气体检测器、β检测器或γ检测器。在另一种实施方式中，反应性参数传感器1030包括裂变产物检测器，其被配置成测量同位素类型在裂变产物气体中的比率。
在另一种实施方式中，反应性参数传感器1030包括温度传感器。在另一种实施方式中，反应性参数传感器1030包括压力传感器。在另一个实例中，反应性参数传感器1030包括功率传感器。例如，反应性参数传感器1030可以包括但不限于功率范围核仪器(powerrange nuclear instrument)。
在另一种实施方式中，反应性用测量的反应性参数(上文讨论的)中的一个或更多个来确定。在一种实施方式中，反应堆芯区段1004的反应性使用查找表通过致动器控制器1012来确定。例如，温度、压力、功率水平及类似参数的测量值可以连同一个或更多个查找表使用，以确定反应堆芯区段1004的反应性。在另一种实施方式中，反应堆芯区段1004的反应性使用一个或更多个模型通过致动器控制器1014来确定。例如，一个或更多个模型可以包括但不限于由致动器控制器1014的一个或更多个处理器执行的中子学模型化软件包。例如，合适的中子学软件包可以包括但不限于MCNP、CINDER、REBUS及类似中子学软件包。在另一种实施方式中，反应性参数可以由操作者来确定并且经由操作者界面直接进入到致动器控制器1014中。
此处应注意的是，虽然反应性参数传感器1030被描绘为位于熔融盐反应堆1000的反应堆芯区段1004中的熔融燃料盐1006内，但是此配置不是对本发明实施方式的限制并且仅为说明的目的被提供。更确切地说，应注意的是，一个或更多个反应性参数传感器1030可以位于熔融盐反应堆1000的多个位置处，包括但不限于位于在反应堆芯区段中的位置、位于反应堆芯区段1004外部的位置(例如，在反应堆芯区段1004的外表面处)、在一级冷却剂系统的一个或更多个管道内或沿着一级冷却剂系统的一个或更多个管道、在一级热交换器内或一级热交换器附近、在二级冷却剂系统的一个或更多个管道内或沿着二级冷却剂系统的一个或更多个管道及类似位置。
在另一种实施方式中，一个或更多个反应性参数传感器1030与致动器控制器1014通信地耦合。一个或更多个反应性参数传感器1030与致动器控制器1014通信地耦合。例如，一个或更多个反应性参数传感器1030可以经由有线连接(例如，电缆或光纤)或无线连接(例如，RF传输或光传输)与致动器控制器1014通信地耦合。
在一种实施方式中，基于测量的反应性参数，致动控制器1014可以引导致动器1012调整体积替代元件1010的位置(以及因此，熔融燃料盐1006的反应性)。
在一种实施方式中，致动控制器1014包括一个或更多个处理单元和存储器。在一种实施方式中，存储器保持被配置成执行体积替代组件1010的一个或更多个操作步骤的一组或更多组程序指令。在一种实施方式中，致动控制器1014的一个或更多个程序指令可以引起致动器控制器1014引导致动器1012以将体积替代组件1010驱动到反应堆芯区段1004中，以替代在反应堆芯区段1004中的选定体积的熔融燃料盐1006。
在另一种实施方式中，一个或更多个程序指令被配置成使反应堆芯区段1004的确定的反应性与对于补偿反应堆芯区段1004的测量的反应性所必要的替代体积相关。例如，如上文讨论的，反应性参数传感器1030可以获得与在反应堆芯区段1004中的熔融燃料盐1006有关的反应性参数。在其中反应性参数指示大于选定的容忍水平(tolerance level)的反应性的设置中，致动器控制器1014可以确定替代体积以补偿升高的反应性并且引导致动器1012插入足够的体积替代元件1010以实现至少此水平的体积盐替代。在另一种实施方式中，在其中需要完全反应堆停工的设置中，致动器控制器1014可以引导致动器1012将全部体积替代元件1010插入到反应堆芯区段1004中以实现最大体积盐替代。
图11图示装配有体积替代元件组件1102和熔融燃料盐溢出系统1130的熔融盐反应堆1100，体积替代元件1110不浸没在熔融燃料盐中。在一种实施方式中，熔融燃料盐溢出系统1130包括一个或更多个燃料盐吸收1132和一个或更多个溢出储器1134。应注意的是，在某些情况下，熔融燃料盐1106通过体积替代元件1110的体积替代可以引起燃料盐水平升高超过期望的水平。在一种实施方式中，熔融燃料盐溢出系统1130被配置成运输被替代为在反应堆芯区段1104的最大容忍填充水平以上的熔融燃料盐1106，如在图12中所示出的。通过非限制性实例的方式，燃料盐吸收1132可以放置在标称燃料盐水平以上约10cm。在这方面，当体积替代元件1110啮合时，在某些情况下，其可以引起熔融燃料盐水平升高超过正常盐水平。然后，达到燃料盐吸收1132的熔融盐被运输到溢出储器1134。应当理解的是，多个体积替代组件可以在熔融盐反应堆1100中以各种配置被使用。
图12图示装配有体积替代元件组件1202和熔融燃料盐溢出系统1230的熔融盐反应堆1200，体积替代元件1210浸没在熔融燃料盐中。虽然图12描绘的熔融燃料盐溢出系统1230在体积替代元件组件1202和体积替代元件1210的环境中被描绘，但是这不是对熔融燃料盐溢出系统1230的要求。在这方面，本公开内容的熔融燃料盐溢出系统1230可以在不包括体积替代元件组件1202和体积替代元件1210的环境中实施。在一种实施方式中，可以实施熔融燃料盐溢出系统1230以便对熔融燃料盐1206的热膨胀做出解释。通过非限制性实例的方式，在其中燃料盐吸收1232被放置在正常盐水平以上10cm的情况下，燃料盐108的温度的仅50℃升高可以引起熔融燃料盐1206达到燃料盐吸收1232。通过另一个非限制性实例的方式，熔融燃料盐1206的温度的近似200℃升高可以引起熔融燃料盐1206通过燃料盐吸收1232溢出并且导致1-5m3的燃料盐溢出到一个或更多个溢出储器1234中。溢出的燃料盐1236在一个或更多个溢出储器1234中被示出。
此处应认识到，熔融燃料盐1206的非常低的过量反应性和强的热反馈的组合可以允许几乎被动的操作。在这个意义上，可以限制替代元件1210的使用。随着对核反应堆设备的涡轮(未示出)的需求变化，与一级冷却回路有关的温度将略微变化。这又将改变熔融燃料盐1206的温度。因此，熔融燃料盐1206将获得新的平均温度，以及因此密度，这引起熔融燃料盐1206的液位升高或降低。
通过非限制性实例的方式，如果对电力的需求增加，那么涡轮的蒸汽在降低的温度下出现。因此，在整个核反应堆系统中的温度降低，这引起熔融燃料盐1206温度降低和密度增大。密度的此增大导致反应性的增大。此外，熔融燃料盐1206的液位降低，而增大的反应性引起熔融盐反应堆1200的功率增大，从而满足对涡轮的增加的需求。反过来，功率的增大引起熔融燃料盐1206的温度升高，并且熔融燃料盐1206的液位回到(或接近)其原始水平。
还应认识到，如果散热器或涡轮机跳闸(turbine trip)的损失发生，那么在整个熔融盐反应堆1200中的温度将升高。作为熔融燃料盐1206中的温度升高的结果，熔融燃料盐1206的密度将降低，这引起熔融燃料盐1206变得较小反应性。密度的降低将引起液位升高，并且在某些情况下(例如，+50℃温度升高)，熔融燃料盐1206的液位达到燃料盐吸收208的水平。然后，这样的液位升高可以引起某些熔融燃料盐1206溢出到一个或更多个溢出储器1234中，这将用于进一步降低反应堆芯区段1204的反应性。因此，即使在冷却之后，熔融盐反应堆1200也可以进入亚临界状态并且保持在该状态。在另一种实施方式中，熔融燃料盐溢出系统1230可以包括返回途径(return pathway)(例如，一个或更多个管道、一个或更多个泵以及一个或更多个阀)，其中被储存在一个或更多个溢出储器1234中的燃料盐可以被主动地泵出到一个或更多个溢出储器1234之外并且返回到反应堆芯区段1204中，以便再建立临界状态。
在另一种实施方式中，替代元件1210可以被用于加速上文过程以及在正常操作期间控制或形成反应性/密度/温度的变化。还应当理解的是，对替代元件1210的各种结构修改可以被用于增强控制性能并且管理熔融燃料盐湍流可能对替代元件1210在反应堆芯区段1204中的替代和稳定性的影响。这样的结构修改可以包括但不限于替代元件1210的不同形状、尺寸和数目、替代元件1210的动态形状变化特征、替代元件1210中的挡板和/或喷嘴以及替代元件1210的其它流动友好特征(flow-friendly feature)。应当理解的是，多个体积替代组件可以在反应堆芯区段1204中以各种配置被使用。
图13图示燃料替代循环1300的各个示例性阶段。在阶段1302中，替代元件1301包括：中空或实心的替代棒1303，其通过棒入口1305插入；和替代主体1307，其具有宽于替代棒1303和棒入口1305两者的宽度w和小于反应堆芯区段1311的高度y的高度h。因此，最大替代体积可以通过将替代主体1307升高或降低至反应芯区段1311内的熔融燃料盐1309中的期望的高度来垂直地选择/定位。虚线1320指示当替代元件尚未被降低到熔融燃料盐1309中时的熔融燃料盐水平。
应当理解，替代棒1303和/或替代主体1307可以由多种材料形成或填充有多种材料，包括非中子吸收材料和中子吸收材料。
在阶段1302中，替代元件已经部分地被降低到熔融燃料盐中，这导致熔融燃料盐水平的升高。随后的阶段1304、1306、1308、1310和1312示出将替代主体1307渐进降低插入到熔融燃料盐1309中，这导致熔融燃料盐1309的越来越高的水平，尽管熔融燃料盐1309的这样渐增的水平可以通过溢出系统来减轻。阶段1312图示完全浸没的替代主体1307。
通过在反应堆芯区段中的特定的位置替代熔融燃料盐1309的体积，可以控制反应堆芯区段1311的反应性。即使在替代主体1307完全浸没在熔融燃料盐1309中之后，反应堆芯区段1311的垂直位置还可以影响在图示的实施方式中的反应性(例如，替代主体1307越低，对反应性的负性的影响越多)。见图14和有关的讨论。
应当理解的是，多个体积替代组件可以在反应堆芯区段1311中以各种配置被使用。
图14图示燃料替代循环1400的两个示例性阶段1402和1404。在阶段1402中，替代元件1401包括中空或实心的替代棒1403和深插入到反应堆芯区段1411中的熔融燃料盐1409中的替代主体1407。在阶段1404中，替代主体1407较不深地插入到反应堆芯区段1411中的熔融燃料盐1409中。因此，最大替代体积可以通过将替代主体1407升高或降低至反应芯区段1411内的熔融燃料盐1409中的期望的高度来垂直地选择/定位。应当理解，替代棒1403和/或替代主体1407可以由多种材料形成或填充有多种材料，包括非中子吸收材料和中子吸收材料。因此，在一种实施方式中，由于替代主体1407被更深地插入到反应芯区段1411中，反应性控制可以被表征为在阶段1402中比在阶段1404中更负性，在反应芯区段1411的输入区处替代更多燃料，在该输入区中熔融燃料盐1409在每个循环周期(circulation cycle)首先进入主动裂变反应区(active fission reaction region)。
应当理解的是，多个体积替代组件可以在反应堆芯区段1411中以各种配置被使用。
图15图示用于熔融燃料盐替代过程的示例性操作1500。提供操作1502的系统提供具有熔融燃料盐交换系统的熔融的氯化物快反应堆(其是示例性熔融盐反应堆)。监测操作1504监测熔融燃料盐的控制条件(例如，k-有效满足或超过阈值，例如1.005)。例如，一个或更多个反应性参数传感器可以监测熔融的氯化物快反应堆内的反应性。控制条件可以为了监测的反应性或引发熔融燃料盐替代事件的某些其他操作参数来设置。
如果控制条件未曾被满足，那么决定操作1506将处理返回到监测操作1504。如果控制条件已经被满足，那么决定操作1506使处理进展到插入操作1508，插入操作1508将替代主体插入反应堆芯区段中的熔融燃料盐中。定位操作1510将替代主体定位到熔融的氯化物快反应堆的熔融燃料盐中以从反应堆芯区段除去选定体积的熔融燃料盐，以在熔融的氯化物快反应堆中获得期望的反应性参数。处理返回到监测操作1504。
在一种实施方式中，示例性熔融盐反应堆包括核反应堆芯，所述核反应堆芯被配置成包括通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应。熔融燃料盐控制系统与核反应堆芯耦合并且被配置成从核反应堆芯除去选定体积的熔融燃料盐以使指示熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐控制系统，其包括熔融燃料盐交换系统，所述熔融燃料盐交换系统与核反应堆芯流体地耦合并且被配置成使选定体积的熔融燃料盐与选定体积的进料材料交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，其包括进料-燃料供应单元，所述进料-燃料供应单元被配置成将进料材料转移到核反应堆芯中。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，其包括进料-燃料供应单元，所述进料-燃料供应单元被配置成将选定体积的进料材料转移到核反应堆芯中。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，该熔融燃料盐交换系统包括进料-燃料供应单元，其被配置成将选定组成的进料材料转移到核反应堆芯中。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，其包括用过的燃料转移单元，所述用过的燃料转移单元被配置成从核反应堆芯转移作为用过的燃料的选定体积的熔融燃料盐。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，其被配置成同时从核反应堆芯转移选定体积的熔融燃料盐并且将进料材料转移到核反应堆芯中。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，其通过使进料材料与在核反应堆芯中的选定体积的熔融燃料盐交换来控制核裂变反应的反应性。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，其通过使进料材料与在核反应堆芯中的选定体积的熔融燃料盐交换来控制核裂变反应中的熔融燃料盐的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供快谱裂变反应堆并且熔融燃料盐包括氯化物盐。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，其通过使进料材料与在核反应堆芯中的选定体积的熔融燃料盐交换来控制快谱裂变反应中的UCl3-UCl4-NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐交换系统，其被配置成使选定体积的熔融燃料盐与选定体积的进料材料重复地交换以使指示熔融盐反应堆的反应性的参数随着时间保持在选定的标称反应性范围内。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆还包括被定位在核反应堆芯附近的反应性参数传感器。核参数传感器被配置成监测指示核反应堆芯的反应性的一个或更多个参数。控制器与反应性参数传感器通信地耦合以接收指示核反应堆堆芯的反应性的一个或更多个参数。控制器被配置成基于该一个或更多个参数，控制选定体积的熔融燃料盐与选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐控制系统以还包括体积替代控制系统，其具有可插入核反应堆芯中的一个或更多个体积替代组件。每个体积替代组件被配置成当插入到核反应堆芯中时，在体积上替代来自核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐控制系统以还包括体积替代控制系统，其具有可插入核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到核反应堆芯中时，在体积上替代来自核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐控制系统以还包括体积替代控制系统，其具有可插入核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到核反应堆芯中时，在体积上替代来自核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，体积替代控制系统还具有熔融燃料盐溢出系统，其被配置成运输被体积替代主体替代为在核反应堆芯的容忍的填充水平以上的熔融燃料盐。
任一前述反应堆的另一个示例性熔融盐反应堆提供熔融燃料盐控制系统以还包括体积替代控制系统，其具有可插入核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到核反应堆芯中时，在体积上替代来自核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，体积替代控制系统以多个插入深度可插入到核反应堆芯中以使指示熔融盐反应堆的反应性的参数随时间保持在选定的标称反应性范围内。
另一种熔融盐核反应堆包括核反应堆芯，其被配置成维持通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；和用于使选定体积的熔融燃料盐与选定体积的进料材料交换的装置，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
另一种熔融盐核反应堆包括核反应堆芯，其被配置成维持通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；和用于从核反应堆芯除去选定体积的熔融燃料盐以使指示熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内的装置。
一种示例性方法包括在核反应堆芯内维持通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应以及从核反应堆芯除去选定体积的熔融燃料盐，以使指示熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内。
任一前述方法的另一种示例性方法还包括用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融燃料盐，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中替代操作包括将进料材料转移到核反应堆芯中。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中替代操作包括将选定体积的进料材料转移到核反应堆芯中。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中替代操作包括将选定组成的进料材料转移到核反应堆芯中。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中替代操作包括基于选定体积的进料材料，控制核反应堆芯的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中替代操作包括基于选定组成的进料材料，控制为在核反应堆芯中的核裂变反应供燃料的熔融燃料盐的组成。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中替代操作包括基于选定组成的进料材料，控制为在核反应堆芯中的核裂变反应供燃料的UCl3-UCl4-NaCl的组成。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中该方法还包括通过熔融燃料盐监测交换条件的满意度，以及响应于交换条件的满意度，控制选定体积的熔融燃料盐与选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中该方法还包括监测指示核反应堆芯的反应性的一个或更多个反应性参数，以及基于该一个或更多个反应性参数，控制选定体积的熔融燃料盐与选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中该方法还包括监测指示核反应堆芯的熔融燃料盐的组成的一个或更多个组成参数，以及基于该一个或更多个组成参数，控制选定体积的熔融燃料盐与选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中除去操作包括通过将一个或更多个体积替代主体插入到核反应堆芯内的熔融燃料盐中，在体积上替代来自核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐。
任一前述方法的另一种示例性方法，其中除去操作包括当在体积上替代的体积的熔融燃料盐被体积替代主体替代为在核反应堆芯的容忍的填充水平以上时，经由熔融燃料盐溢出系统，运输来自核反应堆芯的在体积上替代的体积的熔融燃料盐。
任一前述方法的另一种示例性方法提供方法，其中每个体积替代主体被配置成当插入到核反应堆芯中时，在体积上替代来自核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，体积替代控制系统以多个插入深度可插入到核反应堆芯中以使指示熔融盐反应堆的反应性的参数随时间保持在选定的标称反应性范围内。
示例性快谱熔融盐核反应堆包括反应堆芯区段，其包括燃料输入和燃料输出，燃料输入和燃料输出被布置成使熔融的氯化物盐核燃料流过反应堆芯区段。熔融的氯化物盐核燃料包括UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，UCl4和至少一种另外的金属氯化物盐的所述混合物具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供在UCl4和至少一种另外的金属氯化物盐的混合物中的按重量计大于61％的铀浓度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供包括UCl3的另外的氯化铀盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有82UCl4-18UCl3的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有17UCl3-71UCl4-12NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有50UCl4-5NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供另外的金属氯化物，包括以下中的至少一种：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3、AmCl3、LaCl3、CeCl3、PrCl3或NdCl3。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有以用于另外的金属氯化物盐的沉淀浓度的另外的金属氯化物盐浓度或低于用于另外的金属氯化物盐的沉淀浓度的另外的金属氯化物盐浓度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有低于800摄氏度的温度的熔化温度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有高于330摄氏度的温度的选定的熔化温度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供具有铀-钚循环的在熔融的氯化物盐核燃料中确定的增殖和燃烧行为。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供燃料输入和燃料输出，燃料输入位于反应堆芯区段的第一侧上，燃料输出位于与燃料输入相对的反应堆芯区段的第二侧上。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供保护层，其被布置在面向熔融的氯化物盐核燃料的至少一个表面上。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供暴露于熔融的氯化物盐核燃料的至少一个表面包括反应堆芯区段的内表面。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供保护层，其对于腐蚀或辐射的至少一种大体上是抗性的。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供保护层，其包含耐火合金、镍合金、耐火金属或碳化硅中的至少一种。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括反射器组件，其被配置成将从反应堆芯区段放射的中子的至少一部分反射回到在反应堆芯区段中的熔融的氯化物盐核燃料，反射器组件包括多个反射器模块，反射器模块中的至少某些包含液体反射器材料。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供由钼合金、镍合金或碳化物中的至少一种形成的反射器模块中的至少一个。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供液体反射器材料，其包括液体铅或液体铅-铋中的至少一种。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括替代组件，其被可操作地耦合至反应堆芯区段并且被配置成选择性地替代一定体积的熔融盐核燃料以便控制熔融盐核燃料中的反应性。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代组件，其被配置成替代一定体积的熔融盐核燃料以便降低熔融盐核燃料中的反应性。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代组件，其包括替代元件、致动器(被可操作地耦合至替代元件)以及控制器。控制器被配置成选择性地引导致动器以控制替代元件的位置，以便控制被包含在反应堆芯区段中的熔融盐核燃料中的反应性。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代元件，其由大体上非中子吸收材料形成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括熔融盐转移组件。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐转移组件以包括熔融盐转移单元，所述熔融盐转移单元被流体地耦合至反应堆芯区段并且被配置成从快谱熔融盐核反应堆转移选定部分的熔融的氯化物盐燃料到储器。熔融盐转移单元还被配置成从进料材料供应转移进料材料到快谱熔融盐核反应堆的部分，所述进料材料包含至少某些增殖性材料。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供进料材料的至少某些增殖性材料，该进料材料包含至少一种增殖性燃料盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少一种增殖性燃料盐以包括包含贫化铀、天然铀或钍中的至少一种的盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少一种增殖性燃料盐以包括包含来自用过的核燃料的至少一种金属的盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括裂变产物除去单元，其被配置成从熔融的氯化物盐燃料除去至少一种裂变产物。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括一级冷却剂回路，其被流体地耦合至核芯区段的输入和核芯区段的输出。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括一级热交换器和二级冷却剂回路，一级冷却剂回路和二级冷却剂回路经由一级热交换器热耦合。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括至少一个泵，其沿着一级冷却剂回路被布置以使熔融的氯化物盐核燃料通过一级冷却剂回路循环。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少一个泵，其以选定的流速限值或低于选定的流速限值，使熔融的氯化物盐核燃料通过一级冷却剂回路循环。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括气体喷射单元，其被配置成从熔融的氯化物盐核燃料除去一种或更多种惰性气体。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括过滤器单元，其被配置成从熔融的盐核燃料除去贵金属或半贵金属中的至少一种。
为快谱熔融盐核反应堆供燃料的示例性方法包括：提供一定体积的UCl4；提供一定体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种；使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种混合以形成具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料；以及将具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料供应至快谱熔融盐核反应堆的至少反应堆芯区段。
任一前述方法的另一种示例性方法包括通过提供一定体积的UCl3来提供一定体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种。
任一前述方法的另一种示例性方法包括通过提供一定体积的以下中的至少一种来提供一定体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3、AmCl3、LaCl3、CeCl3、PrCl3或NdCl3。
任一前述方法的另一种示例性方法包括通过使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种混合以形成具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量和在330℃和800℃之间的熔化温度的熔融的氯化物盐核燃料，提供该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合以形成具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法包括通过使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种混合以形成具有82UCl4-18UCl3的组成的熔融的氯化物盐核燃料，提供该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合以形成具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法包括通过使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种混合以形成具有17UCl3-71UCl4-12NaCl的组成的熔融的氯化物盐核燃料，提供该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合以形成具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法包括通过使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种混合以形成具有50UCl4-50NaCl的组成的熔融的氯化物盐核燃料，提供该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合以形成具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法包括通过使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种在快谱熔融盐核反应堆的内部混合，提供该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合。
任一前述方法的另一种示例性方法包括通过使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种在快谱熔融盐核反应堆的外部混合，提供该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合。
用于快谱熔融盐核反应堆中的示例性熔融的氯化物盐燃料通过包括以下的工艺来制备：提供一定体积的UCl4；提供一定体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种；以及使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种混合以形成具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料。
示例性快谱熔融盐核反应堆包括反应堆芯区段，反应堆芯区段包括燃料输入和燃料输出。燃料输入和燃料输出被布置成在快谱熔融盐核反应堆启动时，使熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物流过反应堆芯区段。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少一种镧系元素，至少一种镧系元素包括La、Ce、Pr或Nd中的至少一种。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物，所述混合物包括通过使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素氯化物混合形成的熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少一种镧系元素氯化物，至少一种镧系元素氯化物包括LaCl3、CeCl3、PrCl3或NdCl3中的至少一种。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物，所述混合物包括熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物，所述至少一种镧系元素具有按重量计在0.1％和10％之间的镧系元素浓度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料和至少一种镧系元素(所述至少一种镧系元素具有按重量计在0.1％和10％之间的镧系元素浓度)的混合物，所述混合物包括熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物，所述至少一种镧系元素具有按重量计在4％和8％之间的镧系元素浓度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物，所述混合物在快谱熔融盐核反应堆的外部形成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物，所述混合物在快谱熔融盐核反应堆的内部形成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供燃料输入和燃料输出，燃料输入和燃料输出被布置成使熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物流过反应堆芯区段，之后在快谱熔融盐核反应堆中实现选定的反应性阈值。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供燃料输入和燃料输出，燃料输入和燃料输出被布置成使熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物流过反应堆芯区段，之后在快谱熔融盐核反应堆中实现临界性。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供燃料输入和燃料输出，燃料输入和燃料输出被布置成使熔融盐核燃料和至少一种镧系元素的混合物流过反应堆芯区段，之后在快谱熔融盐核反应堆中产生选定量的钚。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其包括第一氯化铀、第二氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供另外的金属氯化物，其包括以下中的至少一种：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3或AmCl3。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供第一氯化铀或第二氯化铀中的至少一种，第一氯化铀或第二氯化铀包括UCl4或UCl3中的至少一种。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有82UCl4-18UCl3的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有17UCl3-71UCl4-12NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有50UCl4-50NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有34UCl3-66NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物包含按摩尔分数计至少5％的UCl4。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物具有按重量计大于61％的铀浓度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物具有在330摄氏度和800摄氏度之间的熔点。
为快谱熔融盐核反应堆供燃料的示例性方法包括提供熔融盐核燃料以及提供至少一种镧系元素。在启动快谱熔融盐核反应堆之前，使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料。镧系元素加载的熔融盐核燃料被供应至快谱熔融盐核反应堆的至少反应堆芯区段。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供第一氯化铀、另外的氯化铀以及另外的金属氯化物中的至少两种的混合物来提供熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供UCl4、UCl3以及另外的金属氯化物中的至少两种的混合物来提供熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供另外的金属氯化物以包括以下中的至少一种：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3或AmCl3。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供具有按摩尔分数计至少5％的UCl4的熔融盐核燃料来提供熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供具有按重量计大于61％的铀浓度的熔融盐核燃料来提供熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供具有在330摄氏度和800摄氏度之间的熔点的熔融盐核燃料来提供熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供La、Ce、Pr或Nd中的至少一种来提供至少一种镧系元素。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供呈镧系元素氯化物的形式的至少一种镧系元素来提供至少一种镧系元素。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供LaCl3、CeCl3、PrCl3或NdCl3中的至少一种来提供呈镧系元素氯化物的形式的至少一种镧系元素。
任一前述方法的另一种示例性方法通过使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成具有按重量计在0.1％和10％之间的镧系元素浓度的镧系元素加载的熔融盐核燃料来提供使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成具有按重量计在4％和8％之间的镧系元素浓度的镧系元素加载的熔融盐核燃料来提供使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成具有按重量计在0.1％和10％之间的镧系元素浓度的镧系元素加载的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素在快谱熔融盐核反应堆的外部混合来提供使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素在快谱熔融盐核反应堆的内部混合来提供使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过在实现快谱熔融盐核反应堆中的选定的反应性阈值之前，使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料来提供在启动快谱熔融盐核反应堆之前，使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过在实现快谱熔融盐核反应堆的临界性之前，使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料来提供在启动快谱熔融盐核反应堆之前，使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法通过在快谱熔融盐核反应堆中产生选定量的钚之前，使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料来提供在启动快谱熔融盐核反应堆之前，使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料。
用于快谱熔融盐核反应堆中的示例性熔融盐燃料通过包括以下的加工来制备：提供熔融盐核燃料，提供至少一种镧系元素以及在启动快谱熔融盐核反应堆之前，使熔融盐核燃料与至少一种镧系元素混合以形成镧系元素加载的熔融盐核燃料。
示例性快谱熔融盐核反应堆包括反应堆芯区段，反应堆芯区段包括燃料输入和燃料输出。燃料输入和燃料输出被布置成使熔融盐核燃料流过反应堆芯区段。替代组件被可操作地耦合至反应堆芯区段并且被配置成选择性地替代一定体积的熔融盐核燃料以便控制熔融盐核燃料内的反应性。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代组件，其被配置成在反应堆芯区段的中心区选择性地替代一定体积的熔融盐核燃料。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代组件，其被配置成替代一定体积的熔融盐核燃料以便降低熔融盐核燃料内的反应性。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代组件以包括替代元件、致动器(被可操作地耦合至替代元件)以及控制器。控制器被配置成选择性地引导致动器以控制替代元件的位置，以便控制被包含在反应堆芯区段中的熔融盐核燃料内的反应性。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供沿着公共轴环绕的替代元件和反应堆区段。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供致动器，其被配置成将替代组件驱动到反应堆芯区段中以便降低熔融盐核燃料内的反应性。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供致动器，其被配置成从反应堆芯区段撤回替代组件以便增加熔融盐核燃料内的反应性。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括反应性参数传感器，其被配置成感测熔融的氯化物盐核燃料的至少一个反应性参数，其中反应性参数传感器被通信地耦合至控制器。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供反应性参数传感器，其包括以下中的至少一种：裂变检测器、中子通量监测器、中子注量传感器、裂变产物传感器、温度传感器、压力传感器或功率传感器。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供控制器，其被配置成响应于来自反应性参数传感器的熔融的氯化物盐核燃料的至少一个感测的反应性参数，选择性地引导致动器以控制替代元件在反应堆芯区段中的位置。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代元件，其包括替代棒。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代元件，其包括多个替代棒。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代元件，其由大体上非中子吸收材料形成。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代元件，其由大体上中子透明材料或大体上中子反射材料中的至少一种形成。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括溢出系统，其被配置成将过量的熔融盐核燃料运输到反应堆芯区段之外。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供溢出系统，其包括燃料盐吸收。燃料盐吸收被定位在反应堆芯区段的选定的最大熔融盐核燃料填充水平之上，并且被配置成将过量的熔融盐核燃料运输到反应堆芯区段之外。还包括至少一个流体运输元件和溢出储器。至少一个流体运输元件将燃料盐吸收和溢出储器流体地耦合。溢出储器被配置成储存从至少一个流体运输元件接收的过量的熔融盐核燃料。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其包括第一氯化铀、第二氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供另外的金属氯化物，其包括以下中的至少一种：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3、AmCl3、LaCl3、CeCl3、PrCl3或NdCl3。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供第一氯化铀或第二氯化铀中的至少一种，第一氯化铀或第二氯化铀包括UCl4或UCl3中的至少一种。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有82UCl4-18UCl3的组成。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有17UCl3-71UCl4-12NaCl的组成。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有50UCl4-50NaCl的组成。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有34UCl3-66NaCl的组成。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物包含按摩尔分数计至少5％的UCl4。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物具有按重量计大于61％的铀浓度。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物具有在330摄氏度和800摄氏度之间的熔点。
任一前述权利要求的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其包括至少一种氟化铀和另外的金属氟化物的混合物。
示例性方法包括确定熔融盐核反应堆中的熔融盐核燃料的反应性参数，并且响应于熔融盐核燃料的反应性参数，用至少一个替代元件替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核燃料的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过获得以下中的至少一种来确定熔融盐核反应堆的熔融盐核燃料中的反应性参数：中子产生速率、中子吸收速率、中子通量、中子注量、温度、压力、功率或熔融盐核燃料的裂变产物产生速率，以及基于以下中的至少一种确定熔融盐核反应堆的熔融盐核燃料中的反应性参数：中子产生速率、中子吸收速率、中子通量、中子注量、温度、压力、功率或裂变产物产生速率。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，响应于熔融盐核燃料的反应性参数，用至少一个替代元件替代选定体积的熔融盐核燃料以通过响应于指示熔融盐核反应堆中的过量反应性的反应性参数调整熔融盐核燃料的反应性，用至少一个替代元件替代选定体积的熔融盐核燃料以降低熔融盐核反应堆的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过将至少一个替代元件的至少一部分驱动到熔融盐核燃料中替代选定体积的熔融盐核燃料，用至少一个替代元件替代选定体积的熔融盐核燃料以降低熔融盐核反应堆的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过将至少一个替代元件的至少一部分从熔融盐核燃料撤回来替代选定体积的熔融盐核燃料，用至少一个替代元件替代选定体积的熔融盐核燃料以增加熔融盐核反应堆的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过将选定量的至少一个替代元件驱动到熔融盐核燃料中替代选定体积的熔融盐核燃料来通过将至少一个替代元件的至少一部分驱动到熔融盐核燃料中替代选定体积的熔融盐核燃料，其中选定的量基于确定的反应性参数。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过将至少一个替代元件的至少一部分驱动到在熔融盐核反应堆的反应堆芯区段中的一定体积的熔融盐核燃料中替代选定体积的熔融盐核燃料来通过将至少一个替代元件的至少一部分驱动到熔融盐核燃料中替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过将至少一个替代元件的至少一部分驱动到在熔融盐核反应堆的反应堆芯区段的中心区的一定体积的熔融盐核燃料中替代选定体积的熔融盐核燃料来通过将至少一个替代元件的至少一部分驱动到在熔融盐核燃料反应堆的反应堆芯区段中的一定体积的熔融盐核燃料中替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用至少一个替代棒替代选定体积的熔融盐核燃料来用至少一个替代元件替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用至少一个中空的替代棒替代选定体积的熔融盐核燃料来用至少一个替代棒替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用至少一个实心的替代棒替代选定体积的熔融盐核燃料来用至少一个替代棒替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用多个替代棒替代选定体积的熔融盐核燃料来用至少一个替代棒替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供至少一个替代棒，其由铅或钨中的至少一种形成。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用至少一个替代棒替代选定体积的熔融盐核燃料来用至少一个替代元件替代选定体积的熔融盐核燃料，所述至少一个替代棒由大体上非中子吸收材料形成。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用至少一个替代元件替代在0.1立方米和10立方米之间的熔融盐核燃料来用至少一个替代元件替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过确定熔融盐核燃料的反应性参数来确定熔融盐核反应堆的熔融盐核燃料的反应性参数，所述熔融盐核燃料包括第一氯化铀、另外的氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物。
任何前述方法的另一示例性方法提供了通过确定包括第一氯化铀、另外的氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物(UCl4、UCl3和另外的金属氯化物中的至少两种的混合物)的熔融盐核燃料中的反应性参数来确定包括第一氯化铀、另外的氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物的熔融盐核燃料中的反应性参数。
任一前述方法的另一种示例性方法提供另外的金属氯化物，其包括以下中的至少一种：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3、AmCl3、LaCl3、CeCl3、PrCl3或NdCl3。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过确定具有按摩尔分数计至少5％的UCl4的熔融盐核燃料中的反应性参数来确定熔融盐核燃料中的反应性参数。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过确定具有按重量计大于61％的铀浓度的熔融盐核燃料中的反应性参数来确定熔融盐核燃料中的反应性参数。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过确定具有在330摄氏度和800摄氏度之间的熔点的熔融盐核燃料中的反应性参数来确定熔融盐核燃料中的反应性参数。
示例性快谱熔融盐核反应堆包括反应堆芯区段，所述反应堆芯区段包括：燃料输入和燃料输出，所述燃料输入和燃料输出被布置成使熔融盐核燃料流过反应堆芯区段；和熔融燃料盐交换组件，其被可操作地耦合至反应芯区段并且被配置成用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性。熔融盐核燃料包括至少某些易裂变材料。进料材料包括至少某些增殖性材料。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供选定体积的进料材料，其在体积上大体上等于选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代的选定体积的熔融盐核燃料，其包含至少某些裂变产物。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少某些裂变产物，其包含一种或更多种镧系元素。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供替代的选定体积的熔融盐核燃料，其包含载体盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融燃料盐交换组件，所述熔融燃料盐交换组件包括：用过的燃料转移单元，所述用过的燃料转移单元被流体地耦合至反应堆芯区段并且被配置成将选定体积的熔融盐燃料从反应堆芯区段转移到储器；和进料-燃料供应单元，其被流体地耦合至反应堆芯区段并且被配置成将选定体积的进料材料从进料材料来源转移到反应堆芯区段，所述进料材料包含至少某些增殖性材料。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括控制器，其被配置成选择性地引导用过的燃料单元以将选定体积的熔融盐燃料从反应堆芯区段转移到储器并且选择性地引导进料-燃料供应单元以将进料材料从进料材料来源转移到反应堆芯区段的一部分，所述进料材料包含至少某些增殖性材料。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括反应性参数传感器，其被配置成感测熔融盐核燃料的至少一个反应性参数，其中反应性参数传感器被通信地耦合至控制器。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供控制器，其被配置成选择性地引导用过的燃料转移单元以将选定体积的熔融盐燃料从反应堆芯区段转移到储器并且控制器还被配置成响应于来自反应性参数传感器的熔融盐核燃料的至少一个感测的反应性参数，选择性地引导进料-燃料供应单元以将进料材料从进料材料来源转移到反应堆芯区段的一部分，所述进料材料包含至少某些增殖性材料。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供反应性参数传感器，其包括以下中的至少一种：裂变检测器、中子通量监测器、中子注量传感器、裂变产物传感器、温度传感器、压力传感器或功率传感器。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供储器，其包括储存储器中的至少一种。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供储器，其包括至少一个第二代熔融盐反应堆。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供进料材料的至少某些增殖性材料，所述进料材料包含至少一种增殖性燃料盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少一种增殖性燃料盐，其包括包含贫化铀、天然铀或钍中的至少一种的盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少一种增殖性燃料盐，其包括包含来自用过的核燃料的至少一种金属的盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其包括至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供另外的金属氯化物，其包括以下中的至少一种：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3、AmCl3、LaCl3、CeCl3、PrCl3或NdCl3。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供第一氯化铀或第二氯化铀中的至少一种，第一氯化铀或第二氯化铀包括UCl4或UCl3中的至少一种。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有82UCl4-18UCl3的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有17UCl3-71UCl4-12NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有50UCl4-50NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其具有34UCl3-66NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物包含按摩尔分数计至少5％的UCl4。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物具有按重量计大于61％的铀浓度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供至少第一氯化铀、第二氯化铀以及另外的金属氯化物的混合物，所述混合物具有在330摄氏度和800摄氏度之间的熔点。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供熔融盐核燃料，其包括至少一种氟化铀和另外的金属氟化物的混合物。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括气体喷射单元，其被配置成从熔融盐核燃料除去惰性气体。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆包括过滤器单元，其被配置成从熔融盐核燃料除去贵金属或半贵金属中的至少一种。
示例性方法包括：操作熔融盐快谱核反应堆，其包含熔融盐核燃料；以及用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性。熔融盐核燃料包括至少某些易裂变材料。进料材料包括至少某些增殖性材料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料，所述选定体积的进料材料在体积上等于选定体积的熔融盐核反应堆燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料(其包含至少某些裂变产物)来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料(其包含一种或更多种镧系元素)来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料(其包含至少某些裂变产物)。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料(其包含载体盐)来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以保持熔融盐核反应堆的熔融盐核燃料的反应性来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法包括测量熔融盐快谱核反应堆的熔融盐核燃料的反应性参数。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过响应于测量的熔融盐核燃料的反应性参数用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过测量以下中的至少一种来测量熔融盐快谱核反应堆的熔融盐核燃料的反应性参数：中子产生速率、中子吸收速率、中子通量、中子注量、温度、压力、功率或熔融盐快谱核反应堆的熔融盐核燃料的裂变产物产生速率。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用选定体积的进料材料连续地替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过用选定体积的进料材料重复地替代选定批次体积的熔融的氯化物盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过从快谱熔融盐核反应堆除去选定体积的熔融盐核燃料(除去的选定体积的熔融盐核燃料包含至少某些易裂变材料)以及向快谱熔融盐核反应堆供应选定体积的进料材料(供应的选定体积的进料材料包含至少某些增殖性材料)来用选定体积的进料材料替代选定体积的熔融盐核燃料以控制熔融盐核反应堆的反应性，熔融盐核燃料包含至少某些易裂变材料，进料材料包含至少某些增殖性材料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供选定体积的进料材料的供应速率，该供应速率被选择以使将增殖性材料添加到熔融盐核反应堆中的速率与易裂变材料在熔融盐核反应堆中的燃烧速率匹配。
任一前述方法的另一种示例性方法提供除去的选定体积的熔融盐核燃料，其还包含裂变产物、增殖性材料或载体盐中的至少一种。
任一前述方法的另一种示例性方法提供进料材料的至少某些增殖性材料，其包含至少一种增殖性燃料盐。
任一前述方法的另一种示例性方法提供至少一种增殖性燃料盐，其包括包含贫化铀、天然铀或钍中的至少一种的盐。
任一前述方法的另一种示例性方法提供至少一种增殖性燃料盐，其包括包含来自用过的核燃料的至少一种金属的盐。
任一前述方法的另一种示例性方法提供至少一种增殖性燃料盐，其保持熔融盐核反应堆燃料的化学组成。
任一前述方法的另一种示例性方法包括经由气体喷射工艺从熔融盐核燃料除去惰性气体。
任一前述方法的另一种示例性方法包括经由镀覆工艺从熔融盐核燃料除去贵金属或半贵金属中的至少一种。
示例性系统包括：至少一个第一代熔融盐核反应堆，其包含熔融盐核燃料；至少一个第二代熔融盐核反应堆；以及熔融盐转移单元，其被配置成将一定体积的熔融盐核燃料从至少一个第一代熔融盐核反应堆转移到至少一个第二代熔融盐核反应堆。该体积的熔融盐核燃料包含在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集的至少某些易裂变材料。
任一前述系统的另一个示例性系统提供该体积的熔融盐核燃料，其包含在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集的至少某些易裂变材料以便在至少一个第二代熔融盐核反应堆中实现临界性。
任一前述系统的另一个示例性系统提供该体积的熔融盐核燃料，其包含在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集的至少某些易裂变材料以便在至少一个第二代熔融盐核反应堆中实现临界性，而不使该体积的熔融盐核燃料在至少一个第二代熔融盐核反应堆中富集。
任一前述系统的另一个示例性系统提供至少一个第一代熔融盐核反应堆的操作以使至少某些铀富集以在至少一个第一代熔融盐核反应堆中产生Pu-239。
任一前述系统的另一个示例性系统提供该体积的熔融盐核燃料，其从至少一个第一代熔融盐核反应堆被转移到至少一个第二代熔融盐核反应堆，所述第二代熔融盐核反应堆包含在至少一个第一代熔融盐核反应堆中产生的Pu-239。
任一前述系统的另一个示例性系统提供熔融盐转移单元，其包括裂变产物除去系统，所述裂变产物除去系统被配置成从来自至少一个第一代熔融盐核反应堆的该体积的熔融盐核燃料除去一种或更多种裂变产物。
任一前述系统的另一个示例性系统提供至少一个第一代熔融盐核反应堆，其包括：多个第一代熔融盐核反应堆。
任一前述系统的另一个示例性系统提供至少一个第二代熔融盐核反应堆，其包括多个第二代熔融盐核反应堆。
任一前述系统的另一个示例性系统提供至少一个第一代熔融盐核反应堆的熔融盐核燃料，其包括第一氯化铀、第二氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物。
任一前述系统的另一个示例性系统提供另外的金属氯化物，其包括以下中的至少一种：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2、KCl、SrCl2、VCl3、CrCl3、TiCl4、ZrCl4、ThCl4、AcCl3、NpCl4、PuCl3、AmCl3、LaCl3、CeCl3、PrCl3或NdCl3。
任一前述系统的另一个示例性系统提供第一氯化铀或第二氯化铀中的至少一种，第一氯化铀或第二氯化铀包括UCl4或UCl3中的至少一种。
任一前述系统的另一个示例性系统提供熔融盐核燃料，其具有82UCl4-18UCl3的组成。
任一前述系统的另一个示例性系统提供熔融盐核燃料，其具有17UCl3-71UCl4-12NaCl的组成。
任一前述系统的另一个示例性系统提供熔融盐核燃料，其具有50UCl4-50NaCl的组成。
任一前述系统的另一个示例性系统提供熔融盐核燃料，其具有34UCl3-66NaCl的组成。
任一前述系统的另一个示例性系统提供至少第一氯化铀、第二氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物，所述混合物包含按摩尔分数计至少5％的UCl4。
任一前述系统的另一个示例性系统提供至少第一氯化铀、第二氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物，所述混合物具有按重量计大于61％的铀浓度。
任一前述系统的另一个示例性系统提供至少第一氯化铀、第二氯化铀或另外的金属氯化物中的至少两种的混合物，所述混合物具有在330摄氏度和800摄氏度之间的熔点。
任一前述系统的另一个示例性系统提供至少一个第一代熔融盐核反应堆的熔融盐核燃料，其包括至少一种氟化铀和另外的金属氟化物的混合物。
示例性方法包括使至少一部分熔融盐核燃料在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集，从至少一个第一代熔融盐核反应堆除去一定体积的富集的熔融盐核燃料以及将除去的体积的熔融盐核燃料的至少一部分从至少一个第一代熔融盐核反应堆供应到至少一个第二代熔融盐核反应堆。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过使熔融盐核燃料的至少一部分在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集以便在至少一个第二代熔融盐核反应堆中实现临界性来使熔融盐核燃料的至少一部分在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过使熔融盐核燃料的至少一部分在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集以便在至少一个第二代熔融盐核反应堆中实现临界性而不使该体积的熔融盐核燃料在至少一个第二代熔融盐核反应堆中富集来使熔融盐核燃料的至少一部分在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集以便在至少一个第二代熔融盐核反应堆中实现临界性。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过使至少某些铀在至少一个第一代熔融盐核反应堆的一定体积的熔融盐核燃料中富集以产生Pu-239来使熔融盐核燃料的至少一部分在至少一个第一代熔融盐核反应堆中富集。
任一前述方法的另一种示例性方法包括从该体积的熔融盐核燃料的至少一部分除去一种或更多种裂变产物，所述熔融盐核燃料从至少一个第一代熔融盐核反应堆除去。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过将除去体积的熔融盐核燃料的一部分从至少一个第一代快谱熔融盐核反应堆供应至至少一个第二代熔融盐核反应堆并且将除去体积的熔融盐核燃料的至少一个另外的部分从至少一个第一代快谱熔融盐核反应堆供应至至少一个另外的第二代熔融盐核反应堆来将除去体积的熔融盐核燃料的至少一部分从至少一个第一代熔融盐核反应堆供应至至少一个第二代熔融盐核反应堆。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过从至少一个第一代熔融盐核反应堆除去一定体积的熔融盐核燃料以控制至少一个第一代熔融盐核反应堆的反应性来从至少一个第一代熔融盐核反应堆除去一定体积的富集的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过从至少一个第一代熔融盐核反应堆连续地除去一定体积的富集的熔融盐核燃料来从至少一个第一代熔融盐核反应堆除去一定体积的富集的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供，通过从至少一个第一代熔融盐核反应堆重复地除去选定批次的一定体积的富集的熔融盐核燃料来从至少一个第一代熔融盐核反应堆除去一定体积的富集的熔融盐核燃料。
任一前述方法的另一种示例性方法包括将选定体积的进料材料供应至至少一个第一代熔融盐核反应堆，进料材料包含至少某些增殖性材料。
任一前述方法的另一种示例性方法提供进料材料的至少某些增殖性材料，其包含至少一种增殖性燃料盐。
任一前述方法的另一种示例性方法提供至少一种增殖性燃料盐，其包括包含贫化铀、天然铀或钍中的至少一种的盐。
任一前述方法的另一种示例性方法提供至少一种增殖性燃料盐，其包括包含来自用过的核燃料的至少一种金属的盐。
任一前述方法的另一种示例性方法提供至少一种增殖性燃料盐，其保持熔融盐反应堆燃料的化学组成。任一前述方法的另一种示例性方法包括将选定体积的进料材料供应至至少一个第二代熔融盐核反应堆，进料材料包含至少某些增殖性材料。
示例性快谱熔融盐核反应堆包括反应堆芯区段，反应堆芯区段包括燃料输入和燃料输出。燃料输入和燃料输出被布置成使熔融的氯化物盐核燃料流过反应堆芯区段。熔融的氯化物盐核燃料包括UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，UCl4和至少一种另外的金属氯化物盐的所述混合物具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供在UCl4和至少一种另外的金属氯化物盐的混合物中的按重量计大于61％的铀浓度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供包括UCl3的另外的氯化铀盐。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有82UCl4-18UCl3的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有17UCl3-71UCl4-12NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有50UCl4-5NaCl的组成。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有以用于另外的金属氯化物盐的沉淀浓度的另外的金属氯化物盐浓度或低于用于另外的金属氯化物盐的沉淀浓度的另外的金属氯化物盐浓度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供UCl4和另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种的混合物，所述混合物具有低于800摄氏度的温度的熔化温度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供选定的熔化温度，其高于330摄氏度的温度。
任一前述反应堆的另一个示例性快谱熔融盐核反应堆提供具有铀-钚循环的在熔融的氯化物盐核燃料中确定的增殖和燃烧行为。
为快谱熔融盐核反应堆供燃料的示例性方法包括：提供一定体积的UCl4；提供一定体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种；使该体积的UCl4与该体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种混合以形成具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料；以及将具有按摩尔分数计大于5％的UCl4含量的熔融的氯化物盐核燃料供应至快谱熔融盐核反应堆的至少反应堆芯区段。
任一前述方法的另一种示例性方法通过提供一定体积的UCl3来提供一定体积的另外的氯化铀盐或另外的金属氯化物盐中的至少一种。
任一前述方法的另一种示例性方法提供UCl4中的氯，其富集有37Cl。
任一前述方法的另一种示例性方法提供盐中的氯，其被富集至至少75％的37Cl。
上述说明书、实施例、以及数据提供结构的完整的描述和本发明的示例性实施方式的用途。因为本发明的许多实施方式可以被做出，而不偏离本发明的精神和范围，所以本发明存在于下文中所附的权利要求中。此外，不同实施方式的结构特征可以在又另一个实施方式中组合，而不偏离所陈述的权利要求。

Claims (29)

1.一种快谱熔融盐反应堆，包括：
核反应堆芯，其被配置成包括通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；以及
熔融燃料盐控制系统，其被耦合至所述核反应堆芯，所述熔融燃料盐控制系统被配置成从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内；
其中所述熔融燃料盐控制系统包括熔融燃料盐交换系统，所述熔融燃料盐交换系统被流体地耦合至所述核反应堆芯并且被配置成当指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数指示所述反应性已经增加到超过限定最大反应性的上阈值时，通过用选定体积的进料材料替代选定体积的所述熔融燃料盐来降低所述熔融盐反应堆的反应性，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
2.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统包括进料-燃料供应单元，所述进料-燃料供应单元被配置成将所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
3.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统包括进料-燃料供应单元，所述进料-燃料供应单元被配置成将选定体积的所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
4.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统包括进料-燃料供应单元，所述进料-燃料供应单元被配置成将选定组成的所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
5.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统包括用过的燃料转移单元，所述用过的燃料转移单元被配置成从所述核反应堆芯转移作为用过的燃料的所述选定体积的所述熔融燃料盐。
6.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统被配置成同时从所述核反应堆芯转移所述选定体积的所述熔融燃料盐并且将所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
7.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统通过使所述进料材料与在所述核反应堆芯中的所述选定体积的所述熔融燃料盐交换来控制所述核裂变反应的反应性。
8.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统通过使所述进料材料与在所述核反应堆芯中的所述选定体积的所述熔融燃料盐交换来控制所述熔融燃料盐在所述核裂变反应中的组成。
9.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融盐反应堆是快谱裂变反应堆并且所述熔融燃料盐包括氯化物盐。
10.如权利要求9所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统通过使所述进料材料与在所述核反应堆芯中的所述选定体积的所述熔融燃料盐交换来控制UCl3-UCl4-NaCl在所述快谱裂变反应堆中的组成。
11.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐交换系统被配置成使选定体积的所述熔融燃料盐与选定体积的所述进料材料重复地交换以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的所述参数随着时间保持在选定的标称反应性范围内。
12.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，还包括：
反应性参数传感器，其被定位在所述核反应堆芯附近，所述反应性参数传感器被配置成监测指示所述核反应堆芯的反应性的一个或更多个参数；以及
控制器，其与所述反应性参数传感器通信地耦合以接收指示所述核反应堆芯的反应性的所述一个或更多个参数，所述控制器被配置成基于所述一个或更多个参数，控制所述选定体积的所述熔融燃料盐与所述选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
13.如权利要求1所述的熔融盐反应堆，其中所述熔融燃料盐控制系统还包括体积替代控制系统，所述体积替代控制系统具有可插入所述核反应堆芯中的一个或更多个体积替代组件，每个体积替代组件被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐。
14.一种熔融盐反应堆，包括：
核反应堆芯，其被配置成包括通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；以及
熔融燃料盐控制系统，其被耦合至所述核反应堆芯，所述熔融燃料盐控制系统被配置成从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内；
其中所述熔融燃料盐控制系统包括体积替代控制系统，所述体积替代控制系统具有可插入所述核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐。
15.一种熔融盐反应堆，包括：
核反应堆芯，其被配置成包括通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；以及
熔融燃料盐控制系统，其被耦合至所述核反应堆芯，所述熔融燃料盐控制系统被配置成从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内；
其中所述熔融燃料盐控制系统还包括体积替代控制系统，所述体积替代控制系统具有可插入所述核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，所述体积替代控制系统还具有熔融燃料盐溢出系统，所述熔融燃料盐溢出系统被配置成运输被所述体积替代主体替代为在所述核反应堆芯的容忍的填充水平以上的熔融燃料盐。
16.一种熔融盐反应堆，包括：
核反应堆芯，其被配置成包括通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应；以及
熔融燃料盐控制系统，其被耦合至所述核反应堆芯，所述熔融燃料盐控制系统被配置成从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内；
其中所述熔融燃料盐控制系统还包括体积替代控制系统，所述体积替代控制系统具有可插入所述核反应堆芯中的一个或更多个体积替代主体，每个体积替代主体被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，所述体积替代控制系统以多个插入深度可插入到所述核反应堆芯中以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的所述参数随时间保持在选定的标称反应性范围内。
17.一种操作熔融盐反应堆的方法，包括：
使通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应维持在所述熔融盐反应堆中的核反应堆芯中；以及
从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内；
当指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数指示所述反应性已经增加到超过限定最大反应性的上阈值时，用选定体积的进料材料替代所述选定体积的所述熔融燃料盐，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
18.如权利要求17所述的方法，其中替代包括：
将所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
19.如权利要求17所述的方法，其中替代包括：
将选定体积的所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
20.如权利要求17所述的方法，其中替代包括：
将选定组成的所述进料材料转移到所述核反应堆芯中。
21.如权利要求17所述的方法，其中替代包括：
基于所述选定体积的所述进料材料，控制所述核反应堆芯的反应性。
22.如权利要求20所述的方法，其中替代包括：
基于所述选定组成的所述进料材料，控制为所述核裂变反应供燃料的所述熔融燃料盐在所述核反应堆芯中的组成。
23.如权利要求20所述的方法，其中替代包括：
基于所述选定组成的所述进料材料，控制为所述核裂变反应供燃料的UCl3-UCl4-NaCl在所述核反应堆芯中的组成。
24.如权利要求17所述的方法，还包括：
通过所述熔融燃料盐，监测交换条件的满意度；以及
响应于所述交换条件的满意度，控制所述选定体积的所述熔融燃料盐与所述选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
25.如权利要求17所述的方法，还包括：
监测指示所述核反应堆芯的反应性的一个或更多个反应性参数；以及
基于所述一个或更多个反应性参数，控制所述选定体积的所述熔融燃料盐与所述选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
26.如权利要求17所述的方法，还包括：
监测指示所述核反应堆芯的所述熔融燃料盐的组成的一个或更多个组成参数；以及
基于所述一个或更多个组成参数，控制所述选定体积的所述熔融燃料盐与所述选定体积的进料材料的交换，所述进料材料包含选定的增殖性材料和载体盐的混合物。
27.一种操作熔融盐反应堆的方法，包括：
使通过熔融燃料盐供燃料的核裂变反应维持在所述熔融盐反应堆中的核反应堆芯中；以及
从所述核反应堆芯除去选定体积的所述熔融燃料盐以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的参数保持在选定的标称反应性范围内；
其中除去包括通过将一个或更多个体积替代主体插入在所述核反应堆芯内的熔融燃料盐中，在体积上替代来自所述核反应堆芯的所述选定体积的熔融燃料盐。
28.如权利要求27所述的方法，其中除去包括：
当在体积上替代的体积的熔融燃料盐被所述体积替代主体替代为在所述核反应堆芯的容忍的填充水平以上时，经由熔融燃料盐溢出系统，运输来自所述核反应堆芯的所述在体积上替代的体积的熔融燃料盐。
29.如权利要求27所述的方法，其中每个体积替代主体被配置成当插入到所述核反应堆芯中时，在体积上替代来自所述核反应堆芯的选定体积的熔融燃料盐，每个体积替代主体以多个插入深度可插入到所述核反应堆芯中以使指示所述熔融盐反应堆的反应性的所述参数随时间保持在选定的标称反应性范围内。
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