ES2899675T3 - Reactor de sales fundidas - Google Patents

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Jimmy Sølvsteen Nielsen
Eirik Eide Pettersen
Andreas Vigand Pedersen
Daniel John Cooper
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Abstract

Un dispositivo (100) adaptado para producir energía por fisión nuclear, el dispositivo (100) comprende un contenedor (20) del núcleo de un material de contenedor del núcleo, cuyo contenedor (20) del núcleo encierra un tubo interior de un material de tubo interior, teniendo el tubo interior y/o el contenedor (20) del núcleo una entrada (6) y una salida (7), comprendiendo el dispositivo (100) además una sal de combustible fundida con un material fisionable, una sal (2) moderadora fundida y un elemento redox, estando la sal (2) moderadora fundida situada en el contenedor (20) del núcleo y la sal de combustible fundida en el tubo interior, o estando la sal de combustible fundida en el contenedor (20) del núcleo y la sal (2) moderadora fundida en el tubo interior, caracterizado porque la sal (2) moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y porque el elemento redox tiene un potencial de reducción que es mayor que el del material del tubo interior o del material del tubo interior y del material del contenedor del núcleo y/o porque la sal (2) moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y el elemento redox es una especie química que controla la oxoacidez de la sal moderadora fundida y/o de la sal de combustible fundida.

Description

DESCRIPCIÓN
Reactor de sales fundidas
Campo de la invención
La invención se refiere a reactores de fisión nuclear de sales fundidas que comprenden un núcleo de reactor, comprendiendo el núcleo de reactor una sal de combustible fundida con un material fisionable, una sal moderadora fundida con un material moderador para la moderación de neutrones. En lo sucesivo, estos reactores se denominarán simplemente reactores de sales fundidas o MSR. La invención también se refiere a los procedimientos de control de los procedimientos de fisión nuclear utilizando la sal moderadora fundida en un reactor de fisión nuclear.
La invención se refiere más particularmente a materiales moderadores para MSR, a un procedimiento para moderar un MSR y al uso de un material moderador en un MSR.
Estado de la técnica
La fisión nuclear produce neutrones energéticos, normalmente en un intervalo de energía de 100 keV a 2 MeV. La probabilidad de que se produzca un evento de fisión depende de la energía de los neutrones. En un reactor rápido, los neutrones no moderados producidos por la fisión interactúan directamente con otros núcleos. Los reactores de fisión nuclear térmicos y epitérmicos se apoyan en moderadores para reducir la energía y aumentar la probabilidad de fisión. Así pues, los reactores de fisión nuclear pueden funcionar según dos principios diferentes, es decir, los reactores rápidos y los reactores térmicos y epitérmicos.
En un reactor rápido, los neutrones energéticos interactúan directamente con el material fisible para producir energía, productos de fisión y neutrones energéticos. Los reactores rápidos no dependen de la existencia de un moderador y no serán considerados en esta patente.
En los reactores térmicos y epitérmicos, los neutrones energéticos producidos por la fisión intercambian energía con un moderador y finalmente interactúan con el material fisible para producir energía, productos de fisión y neutrones más energéticos. Los reactores de agua ligera (LWR) de segunda y tercera generación son ejemplos típicos de este tipo de reactores y son los caballos de batalla de la flota de reactores nucleares comerciales. Los reactores refrigerados por agua tienen la desventaja inherente de que el agua de refrigeración debe mantenerse a una presión muy alta para alcanzar una temperatura de funcionamiento razonablemente alta. Las explosiones de vapor y gas como resultado de diversos fallos en dichas construcciones han provocado algunos de los incidentes más graves en la industria nuclear. En el caso del agua utilizada como moderador, las desventajas son similares.
Independientemente de la elección de diseño que se haga con respecto al combustible fisionable, los neutrones energéticos deben ser ralentizados al interactuar con un material moderador en los reactores de fisión nuclear térmicos y epitérmicos. En los reactores nucleares de segunda y tercera generación, el material fisionable se mantiene en un portador fisionable en forma sólida, como una mezcla de metal o un óxido metálico dentro de un tubo hueco. El material fisible se encuentra invariablemente en estado sólido y, por tanto, es estacionario. Los reactores de fisión de tercera y cuarta generación más recientes suelen basarse en el combustible sólido de óxido cerámico, pero también incluyen nuevos diseños donde el material fisionable es sólido y estacionario (por ejemplo, el reactor de lecho de guijarros); líquido y estacionario (el reactor de sal estable); o líquido y circulante (el reactor de sal fundida).
Independientemente de las elecciones de diseño realizadas en relación con el combustible, un material moderador adecuado debe ofrecer generalmente las siguientes características para la interacción entre los neutrones y los átomos fisionables:
• Debe presentar una alta probabilidad de interacción por dispersión. Esto equivale a un recorrido libre medio corto de los neutrones entre las interacciones, e influye en el tamaño del moderador y del núcleo del reactor.
• Debe consistir en átomos moderadores ligeros. En un evento de dispersión, los neutrones transfieren energía al material moderador y se ralentizan. Cuanto más ligero es el átomo, más energía se transfiere por interacción. • Debe presentar una baja probabilidad de absorción de neutrones. La absorción en el moderador disminuye el flujo de neutrones disponible para la fisión y aumenta la gravedad de la activación de los materiales. Por lo tanto, suele ser favorable tener una baja absorción en el moderador.
El moderador ideal debe ofrecer una serie de características adicionales:
• Debe estar en estado líquido bajo condiciones de funcionamiento. El uso de un moderador en fase líquida ofrece posibilidades de refrigeración que no están disponibles utilizando un moderador en estado sólido. También mejora la longevidad bajo irradiación de neutrones y permite el reprocesamiento químico.
• Debe ser operable a alta temperatura. Una temperatura de funcionamiento elevada en el núcleo del reactor tiene el potencial de intercambiar más energía con el circuito de refrigeración exterior y, por tanto, conlleva la posibilidad de tener una mayor eficiencia del reactor. Una mayor temperatura también da lugar a un mayor rendimiento de la turbina y permite la producción de calor para diferentes procedimientos industriales.
• Debe permitir una baja presión de funcionamiento. Una baja presión de funcionamiento reduce la complejidad de los elementos de seguridad necesarios para mitigar los riesgos causados por los incidentes. También reduce la demanda de estructuras e ingeniería.
• Los materiales moderadores deben estar disponibles en cantidades suficientes en el mercado mundial, con un suministro constante y a niveles de precios predecibles.
• Los materiales utilizados no deben suponer riesgos químicos o medioambientales adicionales.
Los requisitos enumerados anteriormente limitan las opciones a los átomos más ligeros hidrógeno, deuterio, litio, berilio y carbono, mientras que ningún elemento de estos cumple todos los requisitos enumerados anteriormente.
En la Tabla 1 que aparece a continuación se resumen las propiedades moderadoras de diversos materiales moderadores de la técnica anterior. Z es el número promedio de eventos de dispersión necesarios para reducir los neutrones energéticos a niveles de energía térmica, MFP es el recorrido libre medio para la dispersión elástica medido en cm, y labs es una medida del número de neutrones absorbidos por metro.
Tabla 1. Efecto moderador de diversos materiales moderadores de la técnica anterior.
Figure imgf000003_0001
La información de la Tabla 1 anterior lleva a las siguientes conclusiones: El agua (H2O) es un moderador muy compacto. El agua deuterada (D2O), el berilio (Be) y el grafito (C) son moderadores excepcionalmente buenos en términos de baja absorción de neutrones. Esto no es una sorpresa, ya que se refleja en el uso actual en los reactores comerciales y de investigación. Además, el litio puro (Li) no es adecuado debido al gran tamaño del moderador necesario. El sodio puro (Na) no modera en ningún sentido práctico. El compuesto estequiométrico 27LiF: 1 BeF2 es un buen moderador. El óxido de magnesio (MgO) no se modera. El MgO se incluye como ejemplo de material cerámico. El 7LiOH es un moderador compacto y tiene una baja absorción.
Los reactores de sales fundidas se basan en una concentración crítica de un material fisible disuelto en una sal fundida. Las sales fundidas pueden tener una base de 7LiF con un contenido de sales de fluoruro de elementos fisibles y otros componentes. Esto se conoce comúnmente como la sal de combustible. Los MSR se investigaron en el Oak Ridge National Laboratory en los años 50 y 60, pero nunca se comercializaron con éxito. Los MSR tienen varias ventajas sobre otros tipos de reactores, incluyendo los que se utilizan comercialmente en la actualidad. Los MSR son capaces de obtener 233U fisible a partir del torio, de producir niveles mucho más bajos de residuos de actínidos transuránicos que los reactores de uranio/plutonio, de funcionar a altas temperaturas, de evitar la acumulación de productos de fisión radiactivos volátiles en las barras de combustible sólidas y de quemar mayores cantidades de material fisible de lo que es posible en los reactores convencionales.
Varios inconvenientes encontrados en los años 50 y 60 hicieron que los MSR no se comercializaran. Una de las desventajas radica en que la mayoría de los tipos de MSR explotados emplean grafito como moderador de neutrones.
El grafito consiste en átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal, y se utiliza como moderador de neutrones por al menos tres razones. En primer lugar, los átomos de carbono con una masa de 12 u (unidades de masa atómica unificada) son bastante ligeros en comparación con los neutrones que pesan 1 u. Como resultado, el neutrón que colisiona es capaz de perder una buena cantidad de energía en cada evento de dispersión elástica con un átomo de carbono. Además, el grafito es bastante denso y la sección transversal de dispersión del carbono es aceptable, por lo que las colisiones son frecuentes. Un valor de mérito que incluye tanto la densidad como la eficiencia moderadora de un moderador es la potencia de ralentización, SDP, definida como
Figure imgf000004_0001
donde Z es el número promedio de eventos de dispersión necesarios para que un neutrón rápido se termalice, N es la densidad del átomo y Os es la sección transversal de dispersión elástica microscópica. Para el grafito, el SDP es de 0,060. Hay que tener en cuenta que cuanto más alto sea el SDP, mejor. En segundo lugar, la sección transversal de absorción microscópica del carbono natural es excepcionalmente baja. En tercer lugar, el grafito es abundante, bastante barato y tiene propiedades térmicas y estructurales favorables para su uso en un reactor.
Sin embargo, como moderador, el grafito tiene varias desventajas, incluyendo las siguientes
- Se necesita un volumen considerable de grafito para obtener el nivel deseado de moderación de neutrones, lo que conlleva a grandes núcleos de reactores.
- El grafito sólido sufre daños por la irradiación de neutrones, ya que los neutrones de alta energía inciden y dañan la estructura cristalina del grafito. Esto, junto con la corrosión de los materiales estructurales, representa actualmente el factor limitante de la vida útil de los núcleos de los reactores moderados por grafito.
- La producción de grafito de calidad para reactores de suficiente pureza, homogeneidad y densidad entraña considerables dificultades y, por tanto, costes.
- El grafito del núcleo de un MSR se activa por los neutrones de alta energía produciendo 14C con una vida media de 5.730 años, lo que requiere que el grafito desmantelado se almacene como residuo nuclear de alto nivel durante un tiempo considerable.
- A altas temperaturas, el grafito arde en contacto con el aire y, además, tiene coeficientes de reactividad de expansión de temperatura complejos, que dependen de la dirección y cambian con la irradiación del grafito.
Desde un punto de vista puramente físico del reactor, el ZrHx es un muy buen moderador. Dado que el componente de circonio tiene una sección transversal microscópica (total) bastante pequeña, las propiedades moderadoras del ZrHx están dominadas por el protón solitario que constituye el núcleo de hidrógeno. El hidrógeno, con una masa atómica de 1 u, maximiza la energía que puede intercambiarse con un neutrón incidente. En consecuencia, y dado que ZrHx tiene una densidad mayor que 5 g/cm3, la densidad del hidrógeno es muy alta incluso para valores bajos de x. En consecuencia, ZrHx muestra un excelente poder de ralentización. Por ejemplo, con una fracción de hidrógeno de x = 1,8, ZrHx tiene un poder de ralentización de 2,91. El uso de ZrHx como moderador en los MSR se ha descrito recientemente en el documento US 2013/083878 (también publicado como el documento WO 2013/077941 A2).
Sin embargo, a pesar de sus propiedades superiores de moderación, ZrHx no ha encontrado un uso generalizado para aplicaciones de reactores. Esto se debe a varias razones. En primer lugar, ZrHx tiene un comportamiento estructural complejo que depende tanto del contenido de hidrógeno como de la temperatura. Es bien sabido que sólo hay una pequeña región alrededor de x =1 , 6 en la que ZrHx no sufre una transformación de fase cuando se expone a temperaturas dentro del espacio operativo normal de los reactores de sales fundidas. En segundo lugar, el contenido de hidrógeno en ZrHx también depende de la temperatura. Por lo tanto, bajo estado estacionario, cuando existe un gradiente de temperatura dentro del moderador debido al calentamiento por neutrones y rayos gamma, existe un gradiente de hidrógeno dentro de ZrHx, lo que complica aún más la predicción de su comportamiento estructural. Bajo mayores fluctuaciones de temperatura resultantes del seguimiento de la carga o de un escenario accidental, el hidrógeno se reubicará dentro del moderador, y será emitido o potencialmente absorbido en la superficie, cambiando de nuevo la cantidad de hidrógeno en ZrHx.
Otras desventajas relacionadas con ZrHx como moderador son las siguientes:
- ZrHx arde a altas temperaturas en presencia de aire.
- ZrHx reacciona exotérmicamente cuando entra en contacto con las sales fundidas, liberando potencialmente gas hidrógeno combustible.
- ZrHx produce gas combustible de hidrógeno y oxígeno cuando entra en contacto con el agua a altas temperaturas. - Para separar ZrHx de la sal fundida, se necesitan materiales de revestimiento exóticos que tengan i) alta fiabilidad, ii) baja permeabilidad y iii) puedan sostener una alta contrapresión, potencialmente resultante de una liberación de gas hidrógeno.
- ZrHx es bastante costoso, y al menos más costoso que el grafito. Esto se debe, en parte, al costoso procedimiento de separación del circonio y el hafnio cuando se produce circonio de calidad nuclear, que es necesario porque el hafnio tiene una gran sección transversal de captura de neutrones.
- Para minimizar la reubicación del hidrógeno dentro del moderador ZrHx, se requiere un sofisticado esquema de refrigeración para controlar la temperatura en todo momento.
Por lo tanto, hay un deseo general en la técnica de proporcionar un MSR con un material moderador alternativo.
C.E. Teeter et al.: "The Catalog of nuclear reactor concepts", Argonne National Library, EE. UU., 1965, (Teeteret al.) divulga un gran número de conceptos diferentes de reactores de sales fundidas que se investigaron científicamente hasta 1965. Además de diferentes conceptos que utilizan grafito o ZrHx como moderador, Teeter et al. también divulga el uso de hidróxido de sodio (NaOH), 7LiOH y 7LiOD como moderadores y refrigerantes combinados en reactores de suspensión destinados a la propulsión de diferentes medios de transporte, y especialmente de aviones y submarinos, y todos ellos que tienen moderadores circulantes. Se observa que en los reactores que se utilizan para la propulsión de dispositivos móviles y que, por lo tanto, se mueven, a menudo con movimientos rápidos y/o bruscos, la circulación forzada del moderador es una necesidad para proporcionar una refrigeración suficiente que evite el sobrecalentamiento del núcleo del reactor. Teeter et al. también menciona varios problemas desalentadores con los hidróxidos y especialmente NaOH como un moderador. Se afirma que es muy difícil disolver los compuestos de uranio en NaOH, y que los hidróxidos provocan relaciones de conversión tan pequeñas que la reproducción interna no es factible cuando se requiere una masa crítica pequeña. Lo más importante es que también se afirma que los hidróxidos y los deuteróxidos, especialmente el NaOD, son muy corrosivos, y sobre todo que la sustitución de los hidróxidos y deuteróxidos que circulan, especialmente NaOD, conducen a problemas de corrosión.
G.P. Smith: "Corrosion of materials in fused hydroxides", Oak Ridge National Laboratory, EE. UU., 1956, (G.P. Smith) también hace hincapié en los problemas de corrosión que se encuentran con los hidróxidos, especialmente el NaOH, y menciona que son causados por los iones hidroxilo y/o los iones de metales alcalinos. G.P. Smith también afirma que la corrosión es especialmente grande cuando hay impurezas. Además, G.P. Smith afirma que se han realizado estudios sobre al menos 31 metales elementales y 65 aleaciones, todos ellos con corrosión cuando se someten a hidróxidos fundidos.
Así, estos dos documentos enseñan directamente en contra del uso de hidróxidos metálicos como moderadores de neutrones en los MSR. En otras palabras, existe un claro prejuicio en la enseñanza de la técnica de no utilizar los hidróxidos metálicos en general, y los hidróxidos de sodio y litio en particular, como moderadores en los reactores de fisión, en particular en los reactores de sales fundidas.
También, el documento GB 960,720 A, publicado el 17 de junio de 1964 divulga una serie de sustancias cerámicas utilizables como moderadores de neutrones que permanecen sólidas incluso a altas temperaturas (1.000-2.000 °C). Entre las sustancias sugeridas en el documento GB 960,720 A están CaZrO2Hi8, LiZr0.2O0.5H2/3 y CeO3/4Hi5. Estas sustancias son todos los óxidos metálicos que han sido hidrogenados, es decir, en los que el hidrógeno ha sido absorbido en la red cristalina. Sin embargo, los moderadores sólidos son desfavorables en los MSR debido a la degradación estructural por la irradiación de neutrones, así como a los problemas de residuos derivados de la activación de neutrones de dichos moderadores. Además, el efecto de refrigeración de los moderadores sólidos es escaso o incluso insignificante, lo que hace necesario un sistema de refrigeración independiente, que a su vez da lugar a núcleos de reactor de gran tamaño.
Una segunda desventaja que ha contribuido a que los MSR nunca se hayan comercializado es que los productos de fisión insolubles ensuciarían las bombas y los intercambiadores de calor del MSR. Por lo tanto, la mayoría de los diseños de reactores de sales fundidas que se explotan requieren plantas de reprocesamiento anexas para eliminar continuamente los productos de fisión de la sal de combustible. Esto, a su vez, hace que los MSR sean complejos, caros y requieran un gran trabajo de desarrollo.
Una tercera desventaja, probablemente la más decisiva de las que contribuyen a que MSR nunca se haya comercializado, es que las sales fundidas son altamente corrosivas. Esto ha provocado una amplia investigación en el desarrollo de aleaciones metálicas resistentes a la corrosión. Aunque se han desarrollado algunas aleaciones metálicas adecuadas, como las superaleaciones con base en níquel, estas aleaciones son extremadamente caras y, sin embargo, la corrosión seguiría produciéndose tras largos periodos de tiempo.
Los nuevos materiales compuestos con base en carbono y/o carburos, por ejemplo, el carburo de silicio, tienen, en principio, la resistencia química necesaria para soportar la sal fundida, pero la construcción de estructuras complejas a partir de tales materiales es muy difícil y muy costosa.
Al menos por las razones mencionadas, la investigación en reactores de sales fundidas se abandonó en general a finales de los años sesenta en favor de los reactores rápidos de sodio o de los reactores de fisión tradicionales del tipo que se utiliza habitualmente hasta hoy.
Desde entonces, se ha centrado exclusivamente en el grafito y el agua como moderadores en los reactores de fisión.
Recientemente, los MSR han recibido una atención renovada. Sin embargo, en estos nuevos intentos, en lo que respecta a los materiales moderadores, la atención se ha centrado casi exclusivamente en el grafito, con la excepción de la mencionada del documento US 2013/083878 en el que se sugiere el uso de hidruros como moderador, en particular ZrHx.
Otros ejemplos de MSR se divulgan en el documento US 2015/243376 y el documento US 2016/005497. El documento US 2015/243376 divulga un reactor de fisión modular que tiene un recipiente de reactor de núcleo que comprende un recipiente que alberga una combinación de sal fundida y combustible. La carcasa del recipiente incluye una capa protectora que recubre el interior de la carcasa del recipiente; la capa protectora puede comprender grafito o materiales cerámicos recubiertos.
El documento US 2016/005497 divulga un reactor nuclear de fisión que tiene un núcleo con un conjunto de tubos de combustible huecos, cada uno de los cuales contiene sal fundida de uno o más isótopos fisionables. El conjunto de tubos de combustible se sumerge en la piscina de líquido refrigerante. La transferencia de calor desde la sal fundida en cada tubo de combustible hacia el exterior del tubo puede lograrse por convección natural, agitación mecánica, flujo de sal fundida oscilante o ebullición de la sal fundida. Por lo general, se confía en las aleaciones resistentes a la corrosión, por ejemplo, las aleaciones de níquel, para la protección contra la corrosión, aunque se sugiere incluir muestras de metal de circonio en la sal refrigerante.
Por lo tanto, sigue existiendo el deseo en la técnica de proporcionar a los MSR un material moderador alternativo que alivie las desventajas relacionadas con el uso de grafito y ZrHx, pero también con el uso de agua, ya que el agua como moderador viene con sus propias desventajas, la más importante un punto de fusión muy bajo comparado con las temperaturas requeridas para mantener la sal de combustible fundida.
Breve descripción de la invención
Por lo tanto, es un objeto de la invención proporcionar un moderador en un reactor de sales fundidas (MSR), que alivie los problemas mencionados anteriormente y permita la construcción de reactores a pequeña escala.
Otro objeto de la invención es resolver simultáneamente los problemas mencionados anteriormente relativos a la corrosión en los reactores de sales fundidas.
De acuerdo con un primer aspecto de la invención, estos y otros objetos se logran mediante un dispositivo adaptado para producir energía por fisión nuclear, comprendiendo el dispositivo un contenedor de núcleo de un material de contenedor de núcleo, cuyo contenedor de núcleo encierra un tubo interior de un material de tubo interior, teniendo el tubo interior y/o el contenedor del núcleo una entrada y una salida, comprendiendo el dispositivo además una sal de combustible fundida con un material fisionable, una sal moderadora fundida y un elemento redox, cuya sal moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos y el elemento redox tiene un potencial de reducción que es mayor que el del material del tubo interior o del material del tubo interior y del material del contenedor del núcleo, y/o cuya sal moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y el elemento redox es una especie química que controla la oxoacidez de la sal moderadora fundida y/o de la sal de combustible fundida, en la que la sal moderadora fundida se encuentra en el contenedor del núcleo y la sal de combustible fundida se encuentra en el tubo interior, o en la que la sal de combustible fundida se encuentra en el contenedor del núcleo y la sal moderadora fundida se encuentra en el tubo interior. El material moderador está dispuesto y adaptado para moderar los neutrones de fisión creados en un procedimiento de reacción de fisión que se produce en el núcleo del reactor, y comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos. El moderador puede ser un hidróxido metálico y/o un deuteróxido metálico. En el contexto de la invención, los dos términos pueden utilizarse indistintamente, de modo que cuando se mencionan "hidróxido" o "deuteróxido" por separado debe interpretarse como "hidróxido y/o un deuteróxido", en particular en el contexto de las reacciones químicas.
En una realización, el al menos un hidróxido metálico y/o el al menos un deuteróxido metálico comprende un metal elegido del grupo de metales que comprende metales alcalinos, metales alcalinotérreos o combinaciones de metales alcalinos y alcalinotérreos. Los metales alcalinos relevantes comprenden litio (Li), especialmente 7Li, sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb) y cesio (Cs). Asimismo, los metales alcalinotérreos relevantes comprenden magnesio (Mg), calcio (Ca), berilio (Be), estroncio (Sr) y bario (Ba). Los hidróxidos utilizados en la presente invención como moderadores son líquidos, es decir, sales fundidas, por lo que no se producen daños estructurales por la irradiación de neutrones. En el caso de los hidróxidos, y especialmente para NaOH, la mayoría de los isótopos creados a partir de la captura de neutrones son estables (por ejemplo, 2H, o "D", y 17O) o se desintegran rápidamente a una forma estable (por ejemplo, 24Na). Por lo tanto, no hay problemas relacionados con el desmantelamiento.
Además, los hidróxidos, y de nuevo especialmente NaOH, son estables hasta sus puntos de ebullición y no se descomponen en otros compuestos.
Además, el comportamiento estructural de los hidróxidos, especialmente en forma líquida, es mucho más predecible que el del ZrHx (sólido). Pueden producirse cambios de fase en NaOH sólido, pero no se producirán en NaOH fundido. Por último, los hidróxidos son baratos de producir y no requieren un esquema de refrigeración complejo o sofisticado.
Además, especialmente teniendo en cuenta las desventajas mencionadas del grafito y de ZrHx, la provisión de un material moderador que comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos tiene las siguientes ventajas adicionales: Los hidróxidos se moderan más eficazmente que el grafito porque la dispersión se produce principalmente con los átomos de hidrógeno, que se distribuyen con una densidad relativamente alta. Por ejemplo, NaOH presenta un poder de ralentización de 0,67, que es unas diez veces más que el del grafito. Por lo tanto, un MSR con un moderador con base en hidróxido puede construirse de forma más compacta que un moderador de grafito, reduciendo el tamaño total del núcleo del reactor. Observaciones similares son pertinentes para otros hidróxidos, especialmente otros hidróxidos en los que el metal es un metal alcalino o un metal alcalino terrestre.
Por lo tanto, al proporcionar el material moderador que comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, se proporciona un MSR con el que se alivian los problemas asociados a los materiales moderadores de la técnica anterior, que es simple y barato de producir, que puede hacerse muy compacto y, por lo tanto, abre nuevas posibilidades de despliegue a pequeña escala, y con el que se necesita menos material para desmantelar el MSR.
El material moderador comprende además un elemento redox. En particular, la sal moderadora fundida está en contacto con el material del tubo interior, y el elemento redox también puede estar en contacto, por ejemplo, directamente o a través de la sal moderadora fundida, con el material del tubo interior. El elemento redox también puede estar en contacto con el material del núcleo del contenedor. El elemento redox tiene un potencial de reducción mayor que el del material del tubo interior y/o del material del contenedor del núcleo, según corresponda. La determinación de los potenciales de reducción es bien conocida por el experto. Sin embargo, los presentes inventores han descubierto que los potenciales de reducción en sales fundidas, es decir, bajo las condiciones relevantes para la presente invención, pueden estimarse fácilmente a partir de los potenciales de electrodos estándar. Por ejemplo, se pueden estimar potenciales de electrodo estándar a una temperatura de 298,15 K, una concentración efectiva de 1 mol/l para cada especie acuosa o una especie en una amalgama de mercurio, una presión parcial de 101,325 kPa (absoluta) (1 atm, 1,01325 bar) para un reactivo gaseoso, y una actividad de la unidad para cada sólido puro, líquido puro o para el agua (disolvente).
Los inventores han descubierto además que el potencial de reducción también puede estimarse a partir de las electronegatividades del elemento redox y de los materiales del tubo interior y/o del material del contenedor del núcleo. Por ejemplo, en una realización específica el material del tubo interior comprende un metal, y el elemento redox es un metal que tiene una electronegatividad de acuerdo con la escala de Pauling, que es menor que la electronegatividad del metal del material del tubo interior y/o del metal del material del contenedor del núcleo. En el contexto de esta realización, el elemento redox es generalmente un metal en su forma metálica, es decir, en el nivel de oxidación 0. Además, en el contexto de la invención, los términos "potencial de reducción" y "electronegatividad" pueden sustituirse mutuamente con la debida consideración de la relación entre los valores respectivos del elemento redox y el material del tubo interior y/o del contenedor del núcleo. En general, al menos el material del tubo interior estará en contacto con la sal moderadora fundida y, en esta realización, el material del tubo interior comprenderá, por ejemplo, estar hecho de un metal, por ejemplo, una aleación de metales. Cuando el material del tubo interior "comprende" un metal, debe entenderse que los tubos interiores están generalmente hechos de ese metal con secciones de otros metales o materiales, según sea el caso. Cuando el material del tubo interior en esta realización comprende una aleación, debe entenderse que la electronegatividad de la aleación es la del metal en el que se basa la aleación, es decir, el metal que constituye al menos el 50 % (p/p) de la aleación. Sin embargo, la aleación también puede comprender otros metales, por ejemplo, metales que tengan una electronegatividad menor que el metal base de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede estar basada en el níquel con contenidos de cobre, cobalto, cromo, hierro, manganeso, etc. Asimismo, el elemento redox no se limita a un solo elemento, sino que puede ser una mezcla de metales.
El elemento redox no se limita a los elementos metálicos, pero el elemento redox debe proporcionar un potencial de reducción mayor que el del material o materiales sólidos que están en contacto, en contacto directo o en contacto físico con la sal fundida, por ejemplo, la sal moderadora fundida. Se puede utilizar cualquier elemento o material apropiado como elemento redox. En determinadas realizaciones, el elemento redox comprende o es uno de los siguientes: Sr, Ca, Li, Rb, K, Ba, Li2C2, Na, Mg, Th, U, Be, Al o Zr o combinaciones de los mismos. En el contexto de la invención, cuando un elemento se enumera solo por sus símbolos de una o dos letras, debe entenderse generalmente que está en el nivel de oxidación 0. Así, cuando se emplea un metal como elemento redox se entiende que está en su forma metálica, es decir, en el nivel de oxidación cero. Sin embargo, cuando los elementos se indican como isótopos específicos, por ejemplo, 232Th, 233U, éstos pueden estar en cualquier nivel de oxidación, y en particular pueden formar parte de una sal.
En otro aspecto, la invención se refiere al uso de una sal fundida que comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos y un elemento redox seleccionado del grupo que consiste en Sr, Ca, Li, Rb, K, Ba, Li2C2, Na, Mg, Th, U, Be, Al o Zr o combinaciones de los mismos para moderar los neutrones de fisión creados en un procedimiento de reacción de fisión que ocurre en el núcleo de un reactor que comprende un material fisible. En otro aspecto más, la invención se refiere al uso de una sal fundida que comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos y un elemento redox para moderar los neutrones de fisión creados en un procedimiento de reacción de fisión que se produce en un núcleo de reactor que tiene una sección metálica y que comprende un material fisible, en el que el elemento redox es un metal que tiene una electronegatividad de acuerdo con la escala de Pauling, que es menor que la electronegatividad de la sección metálica del núcleo del reactor.
En otros aspectos, la invención se refiere a procedimientos de control de los procedimientos de fisión nuclear en el dispositivo de la invención. Así, los procedimientos comprenden el paso de proporcionar un dispositivo de acuerdo con la invención y además comprenden los pasos de:
- introducir una sal de combustible fundida en el tubo interior, cuya sal de combustible fundida comprende fluoruros de un metal alcalino y un elemento fisible,
- introducir en el recipiente del núcleo una sal moderadora fundida que comprenda al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos y un elemento redox que tenga un potencial de reducción, que es mayor que el del material del tubo interior o del material del tubo interior y del material del recipiente del núcleo,
- proporcionar un intercambiador de calor en comunicación fluida con la entrada y la salida del tubo interior para definir un circuito de intercambio de calor para eliminar el calor de la sal de combustible fundida que circula en el circuito de intercambio de calor,
- hacer circular la sal de combustible en el circuito de intercambio de calor para controlar la temperatura de la sal de combustible en el tubo interior. Cuando la sal de combustible fundida se introduce en el tubo interior, éste debe tener una entrada y una salida.
En otro aspecto, el procedimiento comprende además los pasos de:
- introducir en el tubo interior una sal moderadora fundida que comprenda al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos y un elemento redox que tenga un potencial de reducción, que es mayor que el del material del tubo interior,
- introducir en el contenedor del núcleo una sal de combustible fundida que comprende fluoruros de un metal alcalino y un elemento fisible,
- proporcionar un intercambiador de calor en comunicación fluida con la entrada y la salida para definir un circuito de intercambio de calor para eliminar el calor de la sal fundida que circula en el circuito de intercambio de calor, - hacer circular la sal fundida en el circuito de intercambio de calor para controlar la temperatura de la sal de combustible en el contenedor del núcleo. Este aspecto puede emplear cualquier forma de realización del dispositivo de la invención. En particular, el tubo interior no requiere una entrada y una salida, de modo que la sal moderadora es estacionaria en el tubo interior. También es posible realizar cualquiera de los dos procedimientos de la invención en un dispositivo de la invención, en el que el elemento redox es un material de sacrificio situado en una superficie del material de la tubería interior o en superficies del material de la tubería interior y del material del contenedor del núcleo; en este caso no es necesario que la sal moderadora fundida contenga el elemento redox en forma de suspensión o en forma disuelta o fundida, ya que el elemento redox está presente en el dispositivo. Sin embargo, también es posible que el dispositivo tenga un elemento redox como material de sacrificio situado en una superficie, mientras se aplica una sal moderadora fundida que tenga un elemento redox presente allí como suspensión o en forma disuelta o fundida.
Cualquier realización de los dos aspectos del procedimiento puede tener lugar generalmente en cualquier realización del dispositivo de la invención. Asimismo, cualquier realización de los aspectos de uso de la invención puede realizarse en cualquier realización del dispositivo de la invención. Sin embargo, los aspectos de uso no se limitan al dispositivo de la invención, y el uso puede realizarse en cualquier reactor apropiado según se desee.
El MSR contendrá típicamente un gas de cobertura por encima de la sal fundida, por ejemplo, por encima de la sal de combustible fundida y/o por encima de la sal moderadora fundida. El gas de recubrimiento debe ser químicamente inerte, y los gases de recubrimiento preferidos incluyen gases nobles, por ejemplo, argón, aunque el gas de recubrimiento puede contener especies químicas que controlen el potencial redox y/o la oxoacidez de la masa fundida, tal como H2O, H2, HF, etc. Por ejemplo, la composición del gas de cobertura puede modificarse y controlarse junto con el gas de burbujeo, por ejemplo, H2O, a través de la sal moderadora fundida y/o a través de la sal de combustible fundida en las realizaciones y aspectos correspondientes.
El dispositivo de la invención tiene una sal de combustible fundida y una sal moderadora fundida. Sin embargo, en algunos ejemplos, el dispositivo también puede comprender otras sales fundidas que tengan funciones diferentes. El dispositivo puede, por ejemplo, comprender una sal refrigerante fundida. Cualquier composición de sal de combustible puede ser utilizada en la presente invención. Por ejemplo, la sal de combustible fundida puede comprender cualquier elemento fisionable, por ejemplo, un actínido fisionable, o elementos que puedan convertirse en elementos fisionables, por ejemplo, torio. En un ejemplo, la sal de combustible tiene una base de fluoruros de metales alcalinos, por ejemplo, litio, torio y un elemento fisible, por ejemplo, 7LiF con un contenido de sales de fluoruro de elementos fisibles y torio, y opcionalmente otros componentes. La sal de combustible tiene preferentemente una composición eutéctica, por ejemplo, una base de 78 por ciento molar de 7LiF y 22 por ciento molar de ThF4 complementada con sales de actínidos de la composición LiFAnFn donde An es un actínido fisible, y n es 3 o 4.
La sal de combustible puede describirse en términos de un contenido de combustible. En el contexto de la invención, el "contenido de combustible" es la fracción molar de cationes, expresada con la unidad "% en cmol", de la fracción de actínidos fisionables, es decir, la suma de los actínidos fisionables, por ejemplo, 233U, 235U, 239Pu y 241Pu, dividida por la suma de todos los actínidos de la sal de combustible. Así, la sal de combustible puede representarse con la ecuación:
Sal de combustible = a NaF b AnF4
donde Na representa cualquier metal alcalino y An representa uno o más actínidos; para a=22 % y b=78 % la mezcla es eutéctica. Específicamente, An de AnF4 puede comprender tanto torio como elementos fisionables, donde el contenido molar de los elementos fisionables, en particular 233U, 235U, 239Pu and 241Pu, es el contenido de combustible y preferentemente está en el intervalo de 2 % en cmol a 10 % en cmol de los actínidos, es decir, An.
La sal de combustible comprende preferentemente torio, y los neutrones producidos durante la fisión de actínidos fisibles, por ejemplo, 233U, 235U and 239PU, convertirán 232Th no fisible en 233U fisible. Cuando se utiliza el término "contenido de combustible" se refiere generalmente a la composición cuando se inicia la reacción de fisión. La mejora de la resistencia a la corrosión proporcionada por el elemento redox permite una mayor vida útil del dispositivo, de modo que la invención proporciona un reactor nuclear con base en torio viable. Sin la resistencia a la corrosión, se espera que la sal fundida degrade el dispositivo antes de que sea posible el funcionamiento con base en 233U generado.
La sal de combustible del dispositivo comprende un material fisionable. En el contexto de la invención, un "material fisionable" es un material que puede sufrir fisión nuclear a partir de neutrones térmicos, por ejemplo, un material "fisible", o un material que puede convertirse, por ejemplo, mediante la absorción de un neutrón, en un material fisible. Así, por ejemplo, 235U, 239Pu and 232Th son materiales fisionables, y 233U, 235U, 239Pu, and 233U son materiales fisibles.
El dispositivo de la invención comprende un material moderador en una sal moderadora fundida. Asimismo, la invención se refiere al uso de la sal fundida con el moderador, que también se emplea en los procedimientos de la invención. El material moderador comprende, o es, un hidróxido metálico, un deuteróxido metálico o una combinación de un hidróxido metálico y un deuteróxido metálico. El moderador puede tener cualquier forma apropiada cuando se introduce en el dispositivo de la invención. Por ejemplo, el moderador puede ser una sal fundida, o el moderador puede estar en forma sólida. Las sales fundidas de hidróxido y deuteróxido son extremadamente corrosivas y, hasta ahora, su uso como moderadores en las reacciones de fisión nuclear no ha sido práctico. Se sabe que se añade un componente metálico a una sal fundida para manipular el potencial redox y reducir la corrosión causada por la sal fundida. Por ejemplo, en el contexto de los MSR, se ha añadido berilio metálico al flúor-litio-berilio (FLiBe) fundido para reducir el potencial redox y casi eliminar la corrosión. Sin embargo, se cree que los hidróxidos en una sal fundida reaccionan con la mayoría de los metales, que reducen el hidróxido a H2 de acuerdo con la reacción (A):
Reacción (A) 2 NaOH 2/x Me -> Na2O 2/x MeOx/2 H2
Se espera que el hidrógeno formado se difunda lejos de la sal fundida, por lo que se perderá el hidrógeno y, por lo tanto, también se perderá el efecto moderador. Se ha observado la presencia de níquel, cobalto, cobre y sus aleaciones (Williams et al., 1956, Naval Research Laboratory, 78: 5150-5155) para estar involucrado en, o causar, las reacciones adicionales:
Reacción (B) MeOx x H2 -> Me x H2O
Reacción (C) Na2O A H2 -> NaOH Na -> NaOH Na
Reacción (D) H2O Na -> NaOH A H2
La reacción (B), la reacción (C) y la reacción (D) se han interpretado como una explicación de por qué las aleaciones con base en níquel tienen cierta resistencia inherente a la degradación por NaOH fundido. Sin embargo, se espera que una mayor protección mediante la adición de un metal distinto del níquel, el cobre o el cobalto sólo conduzca a la formación de gas hidrógeno de acuerdo con la reacción (A). Así, al añadir un metal a la sal fundida de un hidróxido o deuteróxido (metálico) se espera que se pierda el efecto moderador de la sal fundida. Los presentes inventores han encontrado ahora, sorprendentemente, que cuando la sal moderadora fundida comprende un elemento redox como el definido anteriormente, el elemento redox proporcionará la protección deseada contra la corrosión al material del contenedor, pero sin perder el efecto moderador. Sin estar limitados por la teoría, los presentes inventores creen que la adición del elemento redox, por ejemplo, en una cantidad del elemento redox de hasta 10 %(p/p) del total del hidróxido metálico y del elemento redox, conducirá a la formación de equilibrios en la Reacción (A) a la Reacción (D) que impiden ventajosamente la eliminación del hidrógeno por difusión. Los presentes inventores creen, además, que cualquier H2 formado también formará hidruros con los metales presentes en el respectivo material del contenedor, lo que llevará a mantener el efecto moderador. Se cree que este efecto se promueve especialmente a la alta temperatura de la sal fundida, donde se considera que el H2 es "forzado" a entrar en cualquier metal presente. Los presentes inventores creen que los hidruros pueden formarse ya sea en el material del recipiente del núcleo, en el material del tubo interior o tanto en el material del recipiente del núcleo como en el material del tubo interior. En particular, la sal moderadora fundida está presente en el interior del tubo interior o en el contenedor del núcleo donde se encuentra el tubo interior, de modo que los hidruros pueden estar presentes en el material del tubo interior desde donde se puede proporcionar el efecto moderador. Así, la presente invención permite que una sal moderadora con base en hidróxidos y/o deuteróxidos controle un procedimiento de fisión nuclear. El efecto de la adición del elemento redox es especialmente pronunciado cuando el material del tubo interior, y también el material del contenedor del núcleo, comprenden, por ejemplo, una aleación con base en níquel, cobre, cobalto y mezclas de los mismos, ya que estos metales favorecen la Reacción (B), Reacción (C) y Reacción (D). Así, en un ejemplo, el material del tubo interior y, opcionalmente, también el material del contenedor del núcleo es una aleación con base en el níquel, por ejemplo, un Hastelloy. En el contexto de la invención, una aleación con base en el níquel es una aleación que tiene al menos 50 % de níquel. Este es también el caso de las aleaciones con base en cobalto y cobre.
En un ejemplo, la diferencia entre las electronegatividades de Pauling del material del tubo interior y del elemento redox está en el intervalo de 0,8 a 1,2, por ejemplo, el material del tubo interior está basado en níquel, y el elemento redox está basado en un metal alcalino o en un metal alcalinotérreo. En otro ejemplo, la diferencia entre las electronegatividades de Pauling del material del tubo interior y del elemento redox está en el intervalo de 0,3 a 0,8. En otro ejemplo, la diferencia entre las electronegatividades de Pauling del material del tubo interior y del elemento redox es igual o menor que 0,3, por ejemplo, el material del tubo interior está basado en níquel y el elemento redox es un metal de transición. Los presentes inventores han observado sorprendentemente que cuando la diferencia de electronegatividades de Pauling es baja, por ejemplo, en o por debajo de 0,3, esto es suficiente para proporcionar protección contra la corrosión y además proporciona ventajosamente que en general se forma menos H2 en la sal moderadora fundida en comparación con cuando se emplea una mayor diferencia de electronegatividades.
La invención no se limita a emplear el elemento redox en la sal moderadora fundida, y la sal de combustible fundida también puede comprender un elemento redox. Cualquier elemento redox descrito para la sal moderadora fundida puede utilizarse en la sal de combustible fundida. El núcleo del reactor del dispositivo de la invención comprende además un elemento redox como el descrito anteriormente. El elemento redox puede estar presente en cualquier sal fundida empleada con el dispositivo, por ejemplo, la sal de combustible, el moderador como sal fundida o la sal refrigerante cuando esté presente. Cuando se emplean más de dos sales fundidas, cada una de ellas puede tener el mismo o diferente elemento redox.
Los presentes inventores han observado que el efecto moderador de los hidróxidos o deuteróxidos puede mantenerse cuando la sal moderadora con base en hidróxidos o deuteróxidos comprende hasta 10 % (p/p) del elemento redox (véase, por ejemplo, la Figura 6). Así, en una realización específica, la concentración del elemento redox está en el intervalo de 1 g/kg a 100 g/kg del peso total de la sal moderadora fundida que incluye el elemento redox. Si la concentración es superior a 100 g/kg, no se obtiene un efecto moderador suficiente, es decir, la cantidad de hidrógeno/deuterio es demasiado baja. En particular, si la concentración es superior a 100 g/kg, el hidróxido reaccionará con el elemento redox para disminuir la concentración del elemento redox en relación con la sal restante. Sin embargo, el efecto moderador no se recuperará, aunque la cantidad de elemento redox disminuya.
Un reactor de fisión nuclear puede describirse en términos de su densidad de potencia (P), que se refiere a la cantidad (promedio) de calor producida en la sal de combustible del núcleo por unidad de volumen-tiempo debido a las fisiones nucleares y a las desintegraciones radiactivas. Cuando la población de neutrones en el reactor se mantiene estable de una generación a otra (creando tantos neutrones nuevos como los que se pierden), la reacción de fisión en cadena es autosostenible y el estado del reactor se denomina "crítico". Dado que la producción de calor en un MSR es impulsada por una reacción en cadena y que no hay combustible sólido en el núcleo del reactor, el límite superior teórico de la densidad de potencia es muy alto, siendo éste mucho más alto de lo que se desearía durante el funcionamiento normal. Por tanto, la densidad de potencia puede considerarse una opción de diseño más que una característica de diseño. La densidad de potencia del núcleo del reactor depende del tiempo de circulación, de la fracción de residencia, de las propiedades físicas de la sal de combustible y, finalmente, de la diferencia de temperatura de entrada/salida. La figura de mérito para la densidad de potencia de la sal de combustible en un MSR viene dada por:
^com bustib le P c o m b u s tib le ^ T
P =
f r c
donde fes la fracción de tiempo de residencia del combustible, T c es el tiempo de circulación, C ombustible y P combustible son la capacidad calorífica específica y la densidad, respectivamente, de la sal de combustible fundida, y AT es la diferencia entre la temperatura de entrada y la de salida.
Como regla general, las densidades de potencia más altas permiten un volumen de núcleo más pequeño. Sin embargo, para una salida de potencia y un volumen de núcleo determinados, la densidad de potencia debe mantenerse lo más pequeña posible para reducir la producción de calor residual de los productos de desintegración, así como los daños por radiación en el núcleo, que reducen la vida útil del reactor. Por lo tanto, establecer una densidad de potencia de combustible específica es un intercambio entre minimizar el volumen del núcleo y maximizar el control y la vida útil del reactor.
El volumen del núcleo del reactor depende del factor F de forma del reactor. El factor de forma es una medida de que tanto el volumen del núcleo consiste en combustible y, por lo tanto, de que tanto el volumen del núcleo contribuye a la producción de calor. En un reactor térmico, el factor de forma es una figura de mérito de la eficacia del moderador. En general, cuanto mejor sea la moderación, menor será el factor de forma y, por lo tanto, dado que la presente invención hace que los moderadores con base en hidróxido/deuteróxido estén disponibles en un MSR, es decir, debido a la protección contra la corrosión que ofrece el elemento redox, es posible mejorar en gran medida el factor de forma en comparación con los MSR que utilizan otros moderadores, por ejemplo, el grafito. A continuación, se define el factor de forma de un reactor térmico general como la relación entre el volumen total del núcleo y el volumen de la sal de combustible en el núcleo:
Figure imgf000011_0001
donde Vnúcieo es el volumen total del contenedor del núcleo y Vnúcieo,combusme es el volumen del combustible, por ejemplo, el volumen del tubo interior o el volumen del contenedor del núcleo menos el volumen del tubo interior, dependiendo de la ubicación de la sal de combustible fundida. Por lo tanto, la relación volumétrica entre el moderador y el combustible en el núcleo está relacionada con el factor de forma a través de R = F -1 (sin tener en cuenta el revestimiento). En una realización, el contenedor del núcleo, que puede ser cilíndrico, contiene la sal moderadora fundida, y la sal de combustible fundida está contenida en la tubería interior, que comprende tubos, que en esta realización se denominan "pasadores de combustible", dispuestos en un patrón hexagonal, por ejemplo, como se representa en la Figura 3, el factor F de forma puede estimarse de acuerdo con:
Figure imgf000011_0002
donde I es la mitad de la distancia entre pasadores vecinos, 5 es el espesor del revestimiento del pasador de combustible, es decir, el espesor del material del tubo interior, y rpasador es el radio del pasador de combustible.
El volumen total del núcleo del reactor (sin incluir el manto de combustible y el blindaje) viene dado por el siguiente valor de mérito válido para un MSR general:
Í T tqP
"núcleo
P s a iP s a i ^ P
donde f es la fracción de tiempo de residencia del combustible, Tc es el tiempo de circulación, Csai y psai son la capacidad calorífica específica y la densidad, respectivamente, de la sal de combustible fundida. Así, cuanto menor sea el factor de forma, menor será el volumen del núcleo para una densidad de potencia y una potencia determinadas. De este modo, el dispositivo de la invención puede hacerse más pequeño, conservando una alta potencia, que los MSR de la técnica anterior, ya que se dispone de un factor de forma mucho más pequeño utilizando hidróxidos/deuteróxidos metálicos como moderador. Esto se aplica cuando se emplea un elemento redox o cuando se imprime una corriente eléctrica sobre las sales fundidas.
La sal de combustible y el moderador están generalmente separados el uno del otro, aunque también se contempla que puedan estar mezclados entre sí. En general, la sal fundida, por ejemplo, la sal de combustible y/o el material moderador, está contenida, por ejemplo, encerrada, en un contenedor. Por ejemplo, el moderador puede estar presente en el contenedor del núcleo o en el tubo interior. Se puede elegir cualquier material apropiado para cualquiera de los dos contenedores. Sin embargo, se prefiere que el material del núcleo del contenedor y/o el material del tubo interior comprenda un metal o sea metálico. Por ejemplo, en un ejemplo el dispositivo tiene un contenedor de núcleo hecho de uno o más metales o aleaciones resistentes a la corrosión, tal como una aleación con base en níquel, por ejemplo, Hastelloy. En general, cualquier material del dispositivo puede ser de un metal resistente a la corrosión, por ejemplo, Hastelloy. Las mismas aleaciones son igualmente relevantes para el tubo interior. Se cree que las secciones metálicas de los contenedores que se enfrentan a la sal moderadora fundida con el elemento redox participan en el efecto con base en el hidruro descrito anteriormente, y se prefieren los metales como materiales para los recipientes.
También se contempla que la protección contra la corrosión puede obtenerse imprimiendo una corriente eléctrica, por ejemplo, una corriente continua o una corriente alterna, sobre las sales fundidas, por ejemplo, la sal moderadora fundida y/o la sal de combustible fundida. Por ejemplo, el material del tubo interior y/o el material del contenedor del núcleo pueden comprender un metal o pueden ser metálicos, y el material del tubo interior puede utilizarse como ánodo, y el material del contenedor del núcleo puede utilizarse como cátodo, o viceversa. También es posible introducir ánodos y cátodos metálicos en las sales fundidas. Dichos ánodos pueden ser, por ejemplo, de oro o platino, o estar recubiertos de ellos, aunque también se contemplan otros metales.
En general, los moderadores en un reactor de fisión nuclear se necesitan típicamente en volúmenes más grandes que el material fisionable, por ejemplo, como una sal fundida, y además el material fisionable, por ejemplo, una sal de combustible fundida debe estar tan uniformemente distribuido como sea posible en el moderador para que éste mantenga, es decir, modere, el procedimiento de fisión nuclear. Esto significa además que una sal moderadora fundida tendrá necesariamente una gran superficie de contacto con el recipiente que la encierra, a menos que la sal moderadora fundida se mezcle con la sal de combustible fundida. La gran superficie de contacto aumenta la corrosión del material del contenedor por los hidróxidos o deuteróxidos. Sin embargo, la adición del elemento redox a la sal moderadora fundida disminuye el efecto de la corrosión, y así la disponibilidad proporcionada de una mayor superficie maximiza el efecto de retención de hidruros descrito anteriormente.
En un ejemplo, el elemento redox es un metal alcalino. Los metales alcalinos se fundirán inevitablemente, y también podrán disolverse, en la sal fundida, garantizando así una mejor mezcla del elemento redox. La mezcla mejorada es ventajosa en la protección contra la corrosión, ya que el elemento redox se mezcla eficazmente en la sal moderadora. En una realización particular, el material moderador es una sal de hidróxido alcalino o deuteróxido, y el elemento redox es el mismo metal alcalino. Por ejemplo, el moderador puede ser NaOH/NaOD y el elemento redox puede ser Na, o el moderador puede ser KOH/KOD y el elemento redox puede ser K, etc. También son posibles mezclas de hidróxidos/deuteróxidos metálicos que contengan diferentes metales alcalinos. Cuando la sal moderadora contiene un ion metálico específico, por ejemplo, sodio, potasio, magnesio, calcio, el metal específico en su forma metálica, es decir, como elemento redox, puede disolverse ventajosamente en la sal fundida conservando su función como elemento redox. De este modo, se garantiza una mezcla aún mejor.
El elemento redox puede estar distribuido en la sal moderadora fundida, o el elemento redox puede estar adherido o formar parte de la superficie del material del tubo interior y/o del material del contenedor del núcleo. Así, el elemento redox puede tener un punto de fusión inferior al punto de fusión de la sal moderadora, por ejemplo, el elemento redox puede ser un metal alcalino, cuyo elemento redox está fundido, por ejemplo, disuelto, en la sal moderadora fundida. En una realización, el elemento redox también puede tener un punto de fusión más alto que la temperatura, por ejemplo, el punto de fusión, de la sal fundida y está presente como una suspensión de material en partículas en la sal fundida. Por ejemplo, las partículas pueden tener un tamaño del orden de 0,1 mm a 10 mm. Un elemento redox empleado como suspensión de material en partículas en la sal fundida o como material fundido o disuelto en la sal fundida puede estar presente en una cantidad en el intervalo de 1 g/kg de sal fundida a 100 g/kg de sal fundida, es decir, la sal moderadora fundida incluyendo el elemento redox. Un elemento redox en partículas es ventajoso, ya que permite que el elemento redox en la sal fundida se mezcle y llegue así a la superficie que se va a proteger de la corrosión. Además, la adición de un elemento redox adicional se simplifica cuando el elemento redox está en forma de partículas. Cuando el elemento redox comprende partículas de un tamaño en el intervalo de 0,1 mm a 10 mm, en particular en el intervalo de 0,5 mm a 2 mm, las partículas del elemento redox proporcionarán un área de superficie en contacto con la sal moderadora fundida, que es óptima para controlar las reacciones de acuerdo con la Reacción (A) a la Reacción (D) resultando en una protección suficiente contra la corrosión mientras se minimiza la producción de H2. En una realización específica, el elemento redox está presente como un material que tiene un punto de fusión más alto que la sal moderadora fundida, por ejemplo, un metal alcalinotérreo, un metal de transición, un lantánido y/o un actínido, y el elemento redox está presente como partículas con un tamaño en el intervalo de 0,1 mm a 10 mm, en particular en el intervalo de 0,5 mm a 2 mm, en una concentración en el intervalo de 1 g/kg a 100 g/kg del peso total de la sal moderadora fundida incluyendo el elemento redox. En otro ejemplo, este elemento redox se utiliza con un material de tubo interior con base en una aleación con base en níquel.
En un ejemplo, el elemento redox está unido a una superficie o forma parte de ella. Esto se denomina generalmente material de sacrificio. Sin embargo, un material de sacrificio también puede denominarse ánodo de sacrificio o sistema de protección catódica galvánica. En el contexto de la presente divulgación, los términos "material de sacrificio", "ánodo de sacrificio" y "sistema de protección catódica galvánica" pueden utilizarse indistintamente, y representan estructuras sólidas que suelen estar situadas en la superficie del material, por ejemplo, el material de la tubería interior o el material del contenedor del núcleo, para proporcionar protección contra la corrosión al material respectivo frente a la sal fundida. En estos ejemplos, el elemento redox tendrá un punto de fusión superior a la temperatura de la sal moderadora fundida. Así, el elemento redox puede comprender, o ser, uno cualquiera de Sr, Ca, Ba, Li2C2, Mg, Th, U, Be, Al o Zr o combinaciones de los mismos. Un material de sacrificio, un ánodo de sacrificio, o un sistema de protección catódica galvánica puede tener cualquier forma que se desee, por ejemplo, como un bloque o lámina o similares colocado sobre una superficie que se va a proteger. El espesor de un bloque o una lámina puede ser típicamente de hasta 10 mm o más. En una realización específica, la superficie del material del tubo interior o del material del contenedor del núcleo que se enfrenta a la sal moderadora fundida, está provista con el elemento redox en una sección de la superficie en el intervalo del 10 % al 90 % o del área. El elemento redox típicamente tendrá un espesor en el intervalo de 0,5 mm a5 mm.
Cuando el elemento redox es un material de sacrificio, un ánodo de sacrificio o un sistema de protección catódica galvánica, la masa del elemento redox no está limitada y puede constituir una proporción mayor de la masa combinada del hidróxido metálico y del elemento redox. Sin embargo, se prefiere que la fracción volumétrica del elemento redox, es decir, como un material de sacrificio, ánodo de sacrificio o sistema de protección catódica galvánica, esté en el intervalo de 1 %(V/V) a 20 %(V/V) del volumen combinado de la sal moderadora fundida y el elemento redox.
Los materiales de sacrificio y los ánodos de sacrificio tienen la ventaja de ocupar sólo una cantidad limitada de espacio en el núcleo del reactor y de ser simples, bastante baratos y bastante fáciles de reemplazar. Los sistemas de protección catódica galvánica tienen la ventaja adicional de ocupar un espacio aún menor en el núcleo del reactor en comparación con los elementos de sacrificio, ya que la mayoría o todos los elementos de dichos sistemas pueden colocarse fuera del núcleo del reactor.
El elemento redox atrae y se somete a las reacciones químicas con la sal fundida provocando la corrosión del elemento redox con preferencia al material que se va a proteger y, en consecuencia, también protege a otros elementos de la corrosión, en particular los que están en contacto con la sal fundida dentro del núcleo del reactor. Además, dicho sistema de protección puede ser dimensionado para ajustarse a las dimensiones del núcleo del reactor, de manera que sigue siendo posible proporcionar un MSR con una estructura de núcleo de reactor muy compacta.
El elemento redox puede agotarse gradualmente, ya que se degrada preferentemente en los materiales que se van a proteger, por ejemplo, el elemento redox participa en la Reacción (A) a la Reacción (D). Por lo tanto, se prefiere que el elemento redox sea el mismo metal que el constituyente metálico de la sal fundida, por ejemplo, el constituyente metálico del hidróxido metálico o del deuteróxido metálico o el constituyente metálico de la sal de combustible, si se desea también la protección de la sal de combustible fundida, según el caso. Los constituyentes metálicos también pueden denominarse partes metálicas, y ambos términos pueden utilizarse indistintamente. Debe entenderse que estos componentes metálicos están en una forma oxidada, por ejemplo, una forma de sal. Esto simplifica la manipulación posterior de la sal respectiva, ya que no se añadirán más elementos a la sal por degradación del elemento redox.
Los hidróxidos fundidos se disocian parcialmente en agua y óxido, y las concentraciones relativas de estas especies definen una "oxoacidez" de la masa fundida. El concepto de oxoacidez es análogo al de la acidez en las soluciones acuosas, donde el agua se disocia en iones hidronio y iones hidróxido:
2OH- ^ H2O O2-
2 H2O ^ HaO+ OH-
Cuanto mayor sea la concentración de agua en la masa fundida, más oxácido será. Se define la acidez y la basicidad de la masa fundida mediante pO2- o pH2O, un concepto similar a la escala de pH del agua:
pO2-= -log[O2-]
PH2O = -log [H2O]
La corrosión en los hidróxidos fundidos puede controlarse manteniendo el potencial redox y la oxoacidez de la masa fundida en un intervalo particular de valores donde se produce una disolución limitada del material del recipiente. Para muchos metales y aleaciones, incluyendo las aleaciones con base en níquel, se trata generalmente de una fusión ácida con un potencial de reducción (es decir, un potencial de reducción del hidróxido fundido que es inferior al potencial de reducción del material en contacto con el hidróxido fundido), pero no tan reductor como para formar hidrógeno o hidruro. En la Figura 7 se muestra un diagrama de potencial-oxoacidez para el níquel en el eutéctico NaOH-KOH a 227 °C (J. Goret y B. Trémillon, Electrochim. Acta. 12 (1967) 1065-1083); de este diagrama se desprende que la formación de aniones solubles de níquel, NO22- puede evitarse a un potencial suficientemente bajo y/o mediante el uso de una masa fundida ácida (es decir, valores bajos de pH2O). Sin estar limitados por la teoría, los inventores creen que el potencial en una sal fundida puede ser controlado por las cantidades relativas de compuestos solubles multivalentes, y la oxoacidez puede ser controlada por el burbujeo de gas (por ejemplo, H2O en el caso de los hidróxidos) a través de la sal o mediante la adición de cantidades fijas de donantes de óxido fuertes (por ejemplo, Na2O). Además, se contempla que la oxoacidez puede ser controlada mediante el control de la composición del gas de cobertura, por ejemplo, la presión parcial de H2O puede ser controlada. En el contexto de esta invención, los inventores definen además el elemento redox como una especie química que puede controlar el potencial redox del hidróxido fundido y/o la oxoacidez del hidróxido fundido mediante, por ejemplo, los procedimientos descritos anteriormente.
En un ejemplo, el elemento redox se añade a la sal fundida respectiva a lo largo del tiempo, por ejemplo, el tiempo de vida del dispositivo. Por ejemplo, se puede definir una tasa de sustitución para el dispositivo. La tasa de sustitución puede expresar la cantidad de elemento redox añadido en comparación con la cantidad de elemento redox o de sal moderadora fundida presente y, por lo tanto, tendrá una unidad de tiempo'1, por ejemplo, año'1, mes'1, etc.
En otro ejemplo, el material moderador se suministra con una pureza superior al 95 % o incluso superior al 98 %. De este modo, la presencia de impurezas, que de otro modo podrían aumentar las propiedades corrosivas del material moderador, se minimiza o incluso se evita por completo.
Las sales empleadas en el dispositivo de la invención pueden estar libres de agua, por ejemplo, las sales pueden ser anhidras. Sin embargo, las sales pueden contener agua como impurezas inevitables. En el contexto de la invención, las sales que sólo contienen impurezas inevitables de agua se denominan "sales fundidas", por ejemplo, hidróxidos fundidos o deuteróxidos fundidos. En un ejemplo, el agua no está presente en el núcleo del reactor, es decir, en el contenedor del núcleo o en el circuito interno. Las sales de hidróxido de los metales, por ejemplo, los metales alcalinos, tales como el sodio y el potasio, están disponibles con cantidades considerables de agua cristalina, y en una realización específica la sal moderadora es una mezcla de sal anhidra y sales con agua cristalina para proporcionar una sal moderadora con hasta 10 %(p/p) de agua, por ejemplo, un 5 %(p/p) de agua. Sin estar limitados por la teoría, los presentes inventores creen además que la adición de agua, es decir, hasta 5 % (p/p), refuerza el efecto obtenido por la adición del elemento redox como se ha descrito anteriormente. Cuando el agua está presente en la sal puede aumentar aún más el efecto moderador, y los presentes inventores han observado que la combinación de un bajo contenido de agua, es decir, hasta 5 %(p/p) en relación con la cantidad de hidróxido metálico, y la presencia del elemento redox son compatibles para ser utilizados en la sal moderadora fundida, y proporciona un mayor efecto moderador en comparación con la sal anhidra. Además, la presencia de agua en la sal contribuirá a la oxoacidez como se ha descrito anteriormente, de modo que se obtiene una mayor protección contra la corrosión cuando la sal contiene agua.
Otros procedimientos ejemplares comprenden el paso de burbujear gas a través de la sal fundida, por ejemplo, a través de la sal moderadora fundida y/o a través de la sal de combustible fundida. Por ejemplo, se puede burbujear H2O a través de la sal moderadora fundida en una cantidad en el intervalo de 0 %(V/V) a 5 %(V/V) por hora en relación con el volumen de la sal moderadora fundida. Otras cantidades de gas, por ejemplo, H2O, pueden estar en los intervalos de 0,01 %(V/V) a 1 %(V/V) por hora, por ejemplo 0,1 %(V/V) a 0,5 %(V/V) por hora. El volumen de H2O se normaliza a la presión y temperatura ambiente. La cantidad real de H2O requerida depende del material que debe protegerse de la corrosión y puede ser determinada por el experto, por ejemplo, a partir de B.L. Trémillon, Chemistry in Non-Aqueous Solvents, Springer Netherlands, Dordrecht, 1974. doi:10.1007/978-94-010-2123-4. El gas burbujeado a través de la sal fundida puede ser un gas puro, por ejemplo, H2O, aunque también puede contener un gas portador, en particular un gas portador inerte, por ejemplo, un gas noble tal como el argón. La cantidad de gas activo, por ejemplo, H2O, puede elegirse libremente, pero generalmente estará en el intervalo de 1 %(V/V) a 50 %(V/V). En una realización específica, se burbujea gas a través de las sales fundidas, es decir, la sal moderadora fundida y/o la sal de combustible fundida, y se controla simultáneamente la presión parcial y la composición del gas de cobertura. Por ejemplo, se puede hacer burbujear un gas, por ejemplo, con un gas portador, de la misma composición que el gas de cobertura a través de las sales fundidas. En otra realización, la oxoacidez se controla mediante el control de la composición y la presión del gas de cobertura. En particular, la oxoacidez puede controlarse mediante el control de la presión parcial de H2O en el gas de cobertura. El H2O puede mezclarse con un gas noble, por ejemplo, argón, en el gas de cobertura cuando se controla la presión parcial. La cantidad de agua burbujeada a través de la sal moderadora fundida también puede expresarse en unidades de masa por volumen de sal moderadora fundida por tiempo, y la cantidad puede estar en el intervalo de 0 g/l/hora a 100 g/l/hora, por ejemplo, 0,01 g/l/hora a 10 g/l/hora, o 0,1 g/l/hora a 1 g/l/hora. El gas, por ejemplo, H2O, también puede ser burbujeado a través de las sales de combustible fundidas, con las mismas cantidades pertinentes.
Los presentes inventores han encontrado sorprendentemente que cuando la oxoacidez se controla mediante el burbujeo de gas, especialmente H2O, a través de las sales fundidas, es decir, la sal moderadora fundida y/o la sal de combustible fundida, la protección contra la corrosión no requiere un elemento redox como el definido anteriormente. En consecuencia, la oxoacidez puede ser controlada para proporcionar protección contra la corrosión mediante el control de la composición, por ejemplo, con respecto a la presión parcial de H2O en un gas noble, sin necesidad de un elemento redox. La presión parcial de H2O en el gas de cobertura debe estar en el intervalo de 0 Pa a 10 kPa, por ejemplo, 10 kPa a 50 kPa. En algunas realizaciones, la oxoacidez se controla mediante el burbujeo de gas a través de las sales fundidas combinado con el control de la composición del gas de cobertura, por ejemplo, con respecto a la presión parcial de H2O en el gas de cobertura. El control del gas de cobertura es particularmente relevante cuando la sal de combustible fundida se encuentra en el tubo interior del dispositivo de la invención. Así, en un ejemplo específico, el procedimiento de la invención comprende los pasos de:
- proporcionar un dispositivo adaptado para producir energía por fisión nuclear, comprendiendo el dispositivo un contenedor del núcleo de un material de contenedor del núcleo, cuyo contenedor del núcleo encierra un tubo interior de un material de tubo interior, teniendo el tubo interior y/o el contenedor del núcleo una entrada y una salida,
- introducir una sal de combustible fundida en el tubo interior, cuya sal de combustible fundida comprende fluoruros de un metal alcalino y un elemento fisible,
- introducir en el recipiente del núcleo una sal moderadora fundida que comprenda al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos,
- proporcionar un intercambiador de calor en comunicación fluida con la entrada y la salida del tubo interior para definir un circuito de intercambio de calor para eliminar el calor de la sal de combustible fundida que circula en el circuito de intercambio de calor,
- hacer circular la sal de combustible fundida en el circuito de intercambio de calor para controlar la temperatura de la sal de combustible en el tubo interior, y
- burbujear gas, por ejemplo, H2O, a través de la sal moderadora. Alternativamente, se hace burbujear gas a través de la sal de combustible. Cuando se burbujea gas a través de la sal de combustible para proporcionar protección contra la corrosión, la composición del gas se elige teniendo en cuenta la composición de la sal de combustible, por ejemplo, el contenido de fluoruro.
En otro ejemplo específico, el procedimiento de la invención comprende los pasos de:
- proporcionar un dispositivo adaptado para producir energía por fisión nuclear, comprendiendo el dispositivo un contenedor del núcleo de un material de contenedor del núcleo, cuyo contenedor del núcleo encierra un tubo interior de un material de tubo interior, teniendo el tubo interior y/o el contenedor del núcleo una entrada y una salida,
- introducir en el tubo interior una sal moderadora fundida que comprenda al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos,
- introducir en el contenedor del núcleo una sal de combustible fundida que comprende fluoruros de un metal alcalino y un elemento fisible,
- proporcionar un intercambiador de calor en comunicación fluida con la entrada y la salida para definir un circuito de intercambio de calor para eliminar el calor de la sal moderadora fundida que circula en el circuito de intercambio de calor,
- hacer circular la sal moderadora fundida en el circuito de intercambio de calor para controlar la temperatura de la sal de combustible en el contenedor del núcleo, y
- burbujear gas, por ejemplo, H2O, a través de la sal moderadora. Alternativamente, se hace burbujear gas a través de la sal de combustible. Cuando se burbujea gas a través de la sal de combustible para proporcionar protección contra la corrosión, la composición del gas se elige teniendo en cuenta la composición de la sal de combustible, por ejemplo, el contenido de fluoruro.
En los dos ejemplos que no dependen del elemento redox, todas las demás características pueden ser como las de los ejemplos que utilizan el elemento redox. El MSR comprenderá típicamente un gas de cobertura, por ejemplo, argón, y se prefiere que el MSR incluya una válvula en comunicación fluida con el gas de cobertura, que permite que la presión del gas de cobertura pueda ser controlada. La válvula también puede permitir que el gas de cobertura se complemente con otro gas inerte, por ejemplo, argón. Además, la válvula también puede permitir la adición de H2O, por ejemplo, H2O gaseoso, en el gas de cobertura. Para estos dos ejemplos, los presentes inventores han encontrado sorprendentemente que cuando se burbujea H2O a través de la sal moderadora fundida y/o la sal de combustible que no comprende el elemento redox, el material del contenedor está protegido de la corrosión por las sales fundidas. Esto es especialmente relevante para las sales corrosivas de hidróxido/deuteróxido. En general, H2O se burbujea a través de la sal moderadora fundida en una cantidad que oscila en el intervalo de 0 %(V/V)a 5 %(V/V), por ejemplo, 0,01 %(V/V) a 1 %(V/V) o 0,1 %(V/V) a 0,5 %(V/V) por hora en relación con el volumen de la sal moderadora fundida o de la sal de combustible fundida.
Proporcionando además un MSR con un núcleo de reactor que comprende el elemento redox, se proporciona un MSR con el que se alivian los problemas asociados a la corrosión derivados de al menos uno de los materiales moderadores y la sal fundida. De este modo, tanto la vida útil del MSR como la seguridad del MSR en términos de evitar cualquier fuga del núcleo del reactor debido a la corrosión se incrementan considerablemente.
En una realización el dispositivo tiene un tubo interior que no comprende una entrada o una salida para encerrar la sal moderadora fundida. La sal moderadora puede introducirse en el circuito interior utilizando cualquier puerto apropiado del circuito interior, cuyo puerto se cierra para que la sal moderadora no pueda salir del circuito interior y no pueda añadirse más sal moderadora. De este modo, el material moderador es estacionario. En otras palabras, el material moderador en esta realización no es circulante en el sentido de que no está sometido a ninguna circulación forzada, pero puede estar sujeto a una circulación pasiva o convectiva. En particular, el tubo interior puede ser una unidad separada, que se inserta en el contenedor del núcleo que contiene la sal de combustible. De este modo, se proporciona un MSR que tiene una estructura de núcleo del reactor muy simple, especialmente porque se pueden omitir elementos tales como las bombas y las tuberías asociadas para la circulación del material moderador. En esta realización, el tubo interior con la sal moderadora puede estar diseñado para tener un tiempo de vida predeterminado. Cerca del final de la vida útil, el tubo interior puede simplemente sacarse de la sal de combustible y se puede introducir en la sal de combustible un nuevo tubo interior de sustitución con sal moderadora. En cuanto se retire el tubo interior, también se eliminará el efecto moderador y se detendrá el procedimiento de fisión nuclear. Una vez introducido el tubo interior de recambio, el procedimiento de fisión nuclear puede reiniciarse. Dado que los hidróxidos de la sal moderadora pueden reaccionar, por ejemplo, con el material del tubo interior y/o el elemento redox, puede formarse H2. Sin embargo, sin estar limitados por la teoría, los presentes inventores creen que, a la alta temperatura de la sal fundida, cualquier H2 gaseoso será conducido a los metales del material del tubo interior y/o al elemento redox como hidruros. De este modo, se evita la acumulación excesiva de la presión y se garantiza la integridad del tubo interior, ya que se evitan las explosiones y similares. Sin embargo, también es posible que el tubo interior, en un ejemplo, tenga una válvula de liberación de presión para liberar las acumulaciones gaseosas en el tubo interior.
Los contenedores, por ejemplo, el tubo interior y el contenedor del núcleo, pueden tener cualquier forma que se desee. Por ejemplo, el contenedor para la sal de combustible ya sea el tubo interior o el contenedor del núcleo, puede tener una entrada y una salida que permite un flujo de la sal de combustible desde la entrada hasta la salida. Asimismo, el recipiente para el material moderador, por ejemplo, el tubo interior, puede tener también una entrada y una salida. En otro ejemplo, el recipiente para el material moderador tiene una abertura que sirve tanto de entrada como de salida.
La fisión nuclear en la sal de combustible creará calor y se prefiere que el dispositivo también comprenda un sistema de intercambio de calor para transportar el calor fuera del contenedor de sal de combustible, por ejemplo, a una turbina o similares para la generación de electricidad. En particular, si no se elimina el calor de la sal de combustible fundida, la sal combustible fundida se expandirá hasta un punto donde se detendrá la reacción de fisión nuclear. Por lo tanto, en los aspectos del procedimiento de la invención, los procedimientos de fisión nuclear se controlan mediante el control de la temperatura de la sal de combustible en el tubo interior o en el contenedor del núcleo para mantener la temperatura dentro del intervalo de temperatura crítica para la sal de combustible respectiva. Se puede elegir cualquier sistema de intercambio de calor para el dispositivo. En general, la temperatura de la sal de combustible fundida está en el intervalo de 700 °C a 900 °C, por ejemplo, para que se produzca la reacción nuclear, y el refrigerante se elige para trabajar a una temperatura en el intervalo de 500 °C a 1.000 °C o más. En una realización específica, la temperatura en la entrada está en el intervalo de 400 °C a 800 °C, y en la que la temperatura en la salida está en el intervalo de 600 °C a 1.000 °C. Evidentemente, la temperatura de entrada es menor que la temperatura de salida. En una realización preferida, la sal de combustible se hace circular, por ejemplo, desde el tubo interior, hasta el sistema de intercambio de calor para enfriar las sales de combustible. En otra realización, la sal moderadora fundida se encuentra en la tubería interior y circula hacia el intercambiador de calor para que la sal moderadora enfríe a su vez la sal de combustible fundida para mantenerla dentro de la temperatura crítica.
En otro ejemplo, el dispositivo comprende un circuito de refrigerante separado con una sal refrigerante fundida. También se contempla que un metal fundido, por ejemplo, un metal alcalino, puede ser utilizado como refrigerante. El sistema de intercambio de calor puede comprender un circuito de refrigerante en contacto térmico con la sal de combustible fundida, permitiendo la transferencia de calor de la sal de combustible a la sal de refrigerante. Se puede elegir cualquier sal para el refrigerante. En una realización específica el refrigerante es una sal de la composición 46,5 % de LiF, 11,5 % de NaF y 42% de KF, aunque la composición también puede variar. El circuito de refrigerante tiene una entrada para el refrigerante de baja temperatura y una salida para el refrigerante calentado.
El material moderador fundido se separa preferentemente de la sal de combustible. Por ejemplo, el moderador puede estar contenido en el tubo interior, que se encuentra en el contenedor del núcleo con la sal de combustible, o la sal de combustible puede estar en el tubo interior de manera que la sal moderadora fundida está en el contenedor del núcleo. En una realización específica, el dispositivo tiene dos juegos de tubos interiores, donde uno contiene la sal moderadora fundida y el otro la sal de combustible fundida.
El tubo interior puede estar hecho de cualquier material apropiado, según se desee, y la transferencia de calor entre la sal de combustible y la sal moderadora fundida no suele ser importante. Por lo general, es deseable que el tubo interior se distribuya a través de un volumen tan grande como sea posible del contenedor del núcleo, por ejemplo, con la sal de combustible, y, por lo tanto, cuanto mayor sea la superficie del tubo interior en relación con el volumen del contenedor del núcleo, mejor. La presencia del elemento redox en la sal moderadora fundida, o en ambas, permite una mayor superficie del tubo interior en relación con el volumen del contenedor del núcleo, ya que el elemento redox reduce la corrosión. Asimismo, cuando la sal moderadora fundida está contenida en el tubo interior, que se encuentra en la sal de combustible fundida, el material del tubo interior está expuesto a las sales fundidas en ambos lados del material. Por lo tanto, es particularmente ventajoso cuando tanto la sal de combustible como la sal moderadora fundida comprenden el elemento redox, ya que esto permite una mayor área superficial del tubo interior en relación con el volumen de la sal de combustible que cuando no se utilizan los elementos redox.
Observaciones similares son relevantes cuando el dispositivo comprende un circuito de refrigerante. Para maximizar la transferencia de calor de la sal de combustible al refrigerante, la relación entre el área superficial del circuito de refrigerante y el volumen de la sal de combustible debe ser lo más grande posible. En particular, el material del circuito de refrigeración debe ser capaz de transferir el calor fuera de la sal de combustible fundida, y por lo tanto se prefieren los metales como material para el circuito de refrigeración. En una determinada realización, la sal de combustible fundida y la sal moderadora fundida, en sus respectivos contenedores, están encerradas en un recipiente generalmente cilíndrico, y un circuito de refrigerante está situado en la superficie exterior del recipiente cilíndrico. De este modo, el material refrigerante generalmente no interferirá con los neutrones generados en la sal de combustible, y el material refrigerante puede elegirse libremente.
El volumen total del contenedor del núcleo estará típicamente en el intervalo de 1m3 a 5 m3 por 100 MWe. Otra ventaja del empleo de la sal moderadora fundida con el elemento redox es que es posible una mayor densidad de energía en comparación con los reactores de fisión con base en otros principios que el uso de la sal de combustible fundida, pero en particular también es posible una mayor densidad de energía en comparación con los diseños anteriores de MSR.
La relación volumétrica entre la sal moderadora fundida y la sal de combustible fundida, denotada R, puede elegirse libremente. Sin embargo, la relación dependerá en cierta medida de la composición de la sal de combustible, por ejemplo, con respecto a la concentración del elemento o elementos fisionables. Por ejemplo, para una sal de combustible fundida con un contenido de combustible de 2 % en cmol, la relación entre la sal moderadora fundida y la sal de combustible fundida puede estar en el intervalo de 1 a 1,5. Para una sal de combustible fundida con un contenido de combustible de 4 % en cmol, la relación entre la sal moderadora fundida y la sal de combustible fundida puede ser del intervalo de 0,5 a 2. En general, el volumen de la sal se expresará en términos absolutos con base en el volumen del respectivo recipiente. Por ejemplo, el volumen del tubo interior en el contenedor del núcleo puede ser de 0,5 a 2 veces el volumen del contenedor del núcleo menos el volumen del tubo interior. El volumen del tubo interior puede calcularse a partir del diámetro y la longitud del tubo interior, y en un ejemplo la longitud del tubo interior, por ejemplo, cuando el tubo interior es para la sal de combustible fundida, puede estar en el intervalo de 1 m a 4 m. En un ejemplo el tubo interior comprende un tubo de un diámetro en el intervalo de 0,2 cm a 30 cm. Para una sal de combustible fundida con un contenido de combustible de 2 % en cmol de combustible, el diámetro estará típicamente en el intervalo de 1 cm a 5 cm. Para una sal de combustible fundida con un contenido de combustible de 4 % en cmol, el diámetro estará típicamente en el intervalo de 0,3 cm a 20 cm. El perímetro del tubo interior será típicamente redondo. Sin embargo, el tubo interior no se limita a ser redondo y también se contemplan otras formas. Se prefiere un perímetro redondo del tubo interior, ya que esta forma minimizará la superficie del tubo interior en contacto con la sal fundida, es decir, la sal fundida a ambos lados del tubo interior.
El tubo interior puede tener cualquier forma deseada. En particular, el tubo interior contendrá ángulos o secciones curvas según convenga para que el tubo interior de la longitud deseada quepa dentro del contenedor del núcleo. Por ejemplo, la tubería interior puede contener una estructura de meandro, por ejemplo, una estructura de meandro que tenga una sola entrada y una sola salida. Una estructura de meandro puede ser plana o extenderse en tres dimensiones. En otro ejemplo, la entrada del tubo interior comprende un colector que divide el flujo de la entrada en un número de tubos, por ejemplo, de 2 a 1.000 o más tubos, que pueden estar espaciados, por ejemplo, regularmente, en el contenedor del núcleo. Asimismo, el tubo interior puede tener una salida con un colector que recoge el flujo de una pluralidad de tubos, por ejemplo, de 2 a 1.000, en un único tubo de salida. En un ejemplo, el tubo interior tiene una sola entrada y una sola salida, y el tubo interior forma un meandro que se extiende en las tres dimensiones y proporciona una distancia regular entre las secciones del tubo interior. Independientemente del diseño del tubo interior, la distancia entre los tubos o las secciones del tubo interior estará en el intervalo de 0,5 cm a 10 cm. Por ejemplo, cuando la sal de combustible fundida tiene 2 % en cmol de combustible, la distancia estará en el intervalo de 1 cm a 3 cm. Cuando la sal de combustible fundida tiene 4 % en cmol de combustible, la distancia estará en el intervalo de 0,5 cm a 6 cm. En consecuencia, la distancia entre los tubos interiores puede estar en el intervalo de 0,5 cm a 10 cm. En general, cuando la sal de combustible fundida está contenida en el tubo interior, el diámetro de los tubos interiores, que en este ejemplo pueden denominarse también "pasadores de combustible", está correlacionado con la distancia entre los pasadores, en la que también influye la elección específica de la sal moderadora, por ejemplo, con respecto a su componente metálico y a la relación hidróxido/deuteróxido. El diámetro de los pasadores de combustible y la distancia entre ellos pueden ser calculados por el experto.
Las ventajas relacionadas con cada uno de estos metales en relación con la presente invención aparecerán a partir de la descripción detallada a continuación.
En ejemplos, el al menos un hidróxido metálico es un hidróxido metálico fundido de la forma X(OH)n, donde X es un metal y n es un número entero igual o mayor que 1, y/o elegido del grupo que comprende NaOH, LiOH, 7LiOH, RbOH, KOH, Be(OH)2, Mg(OH)2, Ca(OH)2y Al(OH)3. En ejemplos similares, el al menos un deuteróxido metálico es un deuteróxido metálico fundido de la forma X(OD)n, donde X es un metal y n es un número entero correspondiente al nivel de oxidación del metal, es decir, n es igual o mayor que 1, y el deuteróxido metálico puede elegirse del grupo que comprende LiOD enriquecido en 7Li, RbOD, NaOD, Be(OD)2 y Mg(OD)2.
En un ejemplo, el material moderador se separa del material fisionable y de la sal fundida. En la invención puede utilizarse cualquier medio para mantener el moderador separado de la sal fundida. Por ejemplo, el moderador puede separarse de la sal fundida mediante un elemento fabricado o recubierto con un material resistente al material del moderador, en particular un metal o una aleación metálica.
De este modo, el material moderador se aísla de los restantes componentes del núcleo del reactor y, en particular, de los componentes del dispositivo situados fuera de un revestimiento del núcleo del reactor, de manera que se evitan los efectos corrosivos del material moderador, en particular sobre los componentes externos, tales como la vasija del núcleo, las bombas y los intercambiadores de calor, mientras que el efecto moderador no se ve afectado.
Mediante cualquiera de estas realizaciones, se proporciona un dispositivo con el que se optimiza el efecto moderador del hidróxido y/o del deuteróxido elegido como material moderador.
Mediante cualquiera de estas realizaciones, se proporciona un dispositivo con el que el efecto moderador del hidróxido y/o el deuteróxido elegidos como material moderador se optimiza con respecto al volumen del núcleo del reactor, por ejemplo, el contenedor del núcleo, y/o el material fisionable, y por lo tanto con el que se optimiza la cantidad de material moderador y por lo tanto también el tamaño del contenedor del núcleo.
En otro ejemplo, el núcleo del reactor comprende además un refrigerante y/o un reflector diferente del material moderador. Un material reflector preferido es el grafito o el berilio. De este modo, se proporciona un dispositivo en el que el material moderador puede fácilmente, y con una estructura de reactor simple, mantenerse estacionario, y los efectos corrosivos del material moderador pueden controlarse fácilmente con una estructura de reactor simple.
El dispositivo de acuerdo con la invención es un reactor de sales fundidas. El reactor de sales fundidas de acuerdo con la invención puede ser un reactor de sales fundidas del tipo quemador o un reactor de sales fundidas del tipo quemador de residuos. El reactor de sales fundidas de acuerdo con la invención puede ser un reactor de sales fundidas del tipo reproductor, del tipo de reproducción y combustión o del tipo MSR. En un ejemplo, el reactor de sales fundidas puede servir para suministrar energía para la propulsión de medios de transporte, por ejemplo, el reactor de sales fundidas puede ser transportado en un barco. En otro ejemplo, el reactor de sales fundidas forma parte de una instalación fija.
Se observa que la invención se refiere a todas las combinaciones posibles de las características que se recitan en las reivindicaciones. En particular, cualquier característica mencionada en el contexto de un aspecto específico de la invención es igualmente relevante para cualquier otro aspecto de la invención en el que proporcione la misma ventaja que para el aspecto en el que se menciona explícitamente.
Breve descripción de los dibujos
Este y otros aspectos de la presente invención se describirán ahora con más detalle, con referencia a los dibujos adjuntos que muestran las realizaciones de la invención.
La Figura 1 muestra una vista lateral de un dispositivo de la invención;
La Figura 2 muestra una vista superior de un dispositivo de la invención;
La Figura 3 muestra una vista superior de detalle de un dispositivo de la invención;
La Figura 4 muestra una vista superior de detalle de un reactor de sales fundidas de la técnica anterior; La Figura 5 muestra los gráficos de contorno del factor de multiplicación del reactor y los coeficientes de reactividad térmica del combustible y del moderador de NaOH;
La Figura 6 muestra el efecto del Na en un moderador de NaOH;
La Figura 7 muestra un diagrama de potencial-oxoacidez para el níquel en NaOH-KOH.
Como se ilustra en las figuras, los tamaños de las capas y regiones se exageran con fines ilustrativos y, por lo tanto, se proporcionan para ilustrar las estructuras generales de las realizaciones de la presente invención. Los números de referencia similares se refieren a elementos similares en todo el documento.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se describirá más detalladamente en lo sucesivo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran realizaciones preferidas de la invención. Esta invención puede, sin embargo, ser realizada en muchas formas diferentes y no debe ser interpretada como limitada a las realizaciones expuestas en el presente documento; más bien, estas realizaciones se proporcionan para el rigor y la exhaustividad, y transmiten plenamente el alcance de la invención a la persona experta. El alcance de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.
Materiales de moderación preferidos
Como se ha mencionado anteriormente, la presente invención sugiere hidróxidos y/o deuteróxidos como materiales moderadores. Se prefieren los hidróxidos metálicos. El al menos un hidróxido o deuteróxido metálico puede comprender, por ejemplo, un metal elegido del grupo de metales que comprende los metales alcalinos, litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs), carbono (C), silicio (Si) y flúor (F). También se prefieren los hidróxidos metálicos fundidos de la forma X(OH)n, y los deuteróxidos metálicos fundidos de la forma X(OD)n. Los hidróxidos metálicos fundidos son compuestos que se escriben generalmente como XOH o X(OH)n, donde X es un metal alcalino o de otro tipo y OH es el ion hidróxido. El número entero n es igual a 1 para los átomos monovalentes y es un número entero > 1 para los átomos de valencia superior. El eficaz efecto moderador del hidróxido metálico fundido radica en la relativa alta presencia de hidrógeno en el compuesto. Los hidróxidos metálicos fundidos tienen una amplia ventana de temperatura de funcionamiento (desde el punto de fusión hasta el punto de ebullición, que suele oscilar entre 300 °C y 1.300 °C). Las sales líquidas fundidas se pueden bombear a una presión casi atmosférica y, por lo tanto, no requieren una contención presurizada. El moderador de hidróxido metálico fundido puede consistir en un único compuesto químico, como NaOH, o en una mezcla de 2 o más hidróxidos metálicos, mezclados con otros fluidos, o incrustados en materiales sólidos. Los hidróxidos metálicos particularmente útiles son LiOH, 7LiOH, NaOH e hidróxido de rubidio (RbOH). Asimismo, los deuteróxidos metálicos particularmente útiles son LiOD, 7LiOD, NaOD y RbOD.
Los hidróxidos metálicos, tales como hidróxido de potasio (KOH) e hidróxido de cesio (CsOH), así como los deuteróxidos metálicos, tales como KOD y CsOD, son, debido a su muy alta absorción de neutrones, útiles como hidróxidos o deuteróxidos utilizados de forma aditiva para ajustar la absorción de neutrones de los materiales moderadores en realizaciones donde el moderador de hidróxido metálico fundido comprende una mezcla de dos o más hidróxidos metálicos y/o deuteróxidos metálicos.
El rubidio (Rb) y el sodio (Na) son ambos excelentes en su forma natural. El litio (Li) enriquecido al 99,95 % o más en 7Li tiene una neutrónica comparable a la del Na (Li más enriquecido supera a Na), mientras que el potasio (K) y el cesio (Cs) se comportan peor en términos de neutrónica, pero es de interés porque se puede añadir a otros hidróxidos alcalinos para alterar ciertas propiedades físicas y químicas de la mezcla, tal como el punto de fusión. De ellos, NaOH tiene la ventaja de ser muy conocido como producto químico industrial.
En la Tabla 2 se resumen las propiedades moderadoras de diversos materiales moderadores sugeridos de acuerdo con la presente invención.
Tabla 2. Efecto moderador de diversos hidróxidos.
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La información de la Tabla 2 anterior lleva a las siguientes conclusiones. El NaOH es un moderador compacto y la absorción es comparable a la de H2O y el polietileno. El RbOH es un moderador compacto y tiene una absorción bastante baja. Tanto KOH como CsOH son menos adecuados como moderadores debido a su alta absorción.
El NaOH, o hidróxido de sodio, comúnmente conocido como lejía o soda cáustica, es un producto industrial muy conocido que se utiliza en jabones, en la producción de alimentos, como limpiador de desagües, en la producción de aluminio y mucho más. A temperatura ambiente y presión atmosférica, NaOH es sólido, pero se funde a una temperatura de 318 °C y hierve a 1.388 °C. Esto lo convierte en un moderador de neutrones muy flexible, ya que puede utilizarse en estado sólido o líquido. Además, se pueden diseñar elementos de seguridad pasiva en los que se requiera una refrigeración activa del NaOH sólido para mantener el moderador en su sitio en el núcleo del reactor. En caso de sobrecalentamiento (por excursión de potencia o pérdida de refrigeración activa), NaOH se fundiría y saldría del núcleo, extinguiendo efectivamente la reacción de fisión en cadena.
Incluso si el uso de NaOH como moderador de neutrones ha sido rechazado en el pasado, con base en las propiedades corrosivas del NaOH líquido como se ha descrito anteriormente, las ventajas relacionadas con los hidróxidos en general como materiales moderadores enumeradas anteriormente son especialmente profundas en relación con el NaOH, y la presente invención, y en particular las medidas sugeridas para el control de la corrosión y la elección de materiales, hacen que estas preocupaciones queden obsoletas.
Elementos redox preferidos
En la Tabla 3 se proporcionan potenciales de electrodo estándar ejemplares, en los que los potenciales de electrodo estándar se encuentran a una temperatura de 298,15 °K, una concentración efectiva de 1 mol/l para cada especie acuosa o una especie en una amalgama de mercurio, una presión parcial de 101,325 kPa (absoluta) (1 atm, 1,01325 bar) para un reactivo gaseoso, y una actividad de unidad para cada sólido puro, líquido puro o para el agua (disolvente). Debe entenderse que un valor negativo más bajo para el potencial estándar del electrodo corresponde a un material más reactivo en el contexto de la invención. Así, por ejemplo, el material del tubo interior puede ser el níquel y cualquier elemento de la columna de Reducción por encima del níquel puede ser seleccionado como elemento redox.
Tabla 3 - Potenciales estándar de los electrodos
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(continuación)
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En una realización preferida, el material del tubo interior comprende un metal, y el elemento redox es un metal que tiene una electronegatividad de acuerdo con la escala de Pauling, que es menor que la electronegatividad del metal del material del tubo interior. En la tabla 4 se presentan las electronegatividades de Pauling de una serie de elementos metálicos. Por ejemplo, el metal del tubo interior y, opcionalmente, también del contenedor del núcleo puede ser un Hastelloy, es decir, una aleación con base en níquel, y el elemento redox puede ser un metal alcalino o un metal alcalinotérreo.
Tabla 4 - electronegatividades Pauling de elementos seleccionados
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(continuación)
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Así, con base en la Tabla 3 y la Tabla 4, y a la luz de la Reacción (A) a la Reacción (D), los materiales preferidos para el tubo interior y/o el contenedor del núcleo comprenden níquel, cobre y cobalto, y los metales preferidos para el elemento redox comprenden metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición, lantánidos y/o actínidos.
Composición de la sal del combustible
La sal de combustible (abreviada FS) en general consiste en una parte portadora no actínida (elegida por sus propiedades termodinámicas), y un componente actínido que asegura la criticidad del reactor. El componente actínido Ani puede dividirse además en un componente combustible y un componente fértil añadido. El vector de sales de combustible Fi se describe mediante un vector de combustible predefinido que contiene un componente inicial de plutonio (normalmente Combustible Nuclear Gastado (SNF), es decir, residuos nucleares) junto con componentes adicionales (algunos añadidos tras el reprocesamiento químico). La parte añadida (fértil) está definida por el vector Ai, que se elige por su papel en el procedimiento de quemado del reactor y que normalmente consistirá en torio y uranio añadidos. La composición de los actínidos está definida por los distintos vectores de combustible y se recoge en los siguientes valores de mérito:
- FPu la fracción de plutonio del combustible (mol de catión);
- Aih la fracción de torio del combustible (mol de catión) del vector fértil añadido;
- Fa la fracción añadida (fértil) (mol de cationes).
Aquí las dos primeras fracciones se refieren a las fracciones molares de cationes del vector combustible y del vector fértil añadido, respectivamente. La sal de combustible está definida por los distintos vectores de combustible, un vector de sal portadora CSi, junto con los siguientes valores de mérito para la sal de combustible:
- FSpu la fracción de plutonio de la sal de combustible (mol de catión);
- FSIh la fracción de torio de la sal de combustible (mol de catión);
- FScs la fracción de sal portadora (mol de catión).
Aquí "fracción" se refiere a la fracción molar de cationes de la sal de combustible combinada. Con estas definiciones, se puede escribir el vector de sal de combustible: (FS)i = FSCS CSi (1 - FSCS) Ani. El vector de actínidos se divide de acuerdo con: Ani = (1 - FA) Fi FA Ai. Aquí FPu de Fi consiste en isótopos de plutonio y AIh de A¡ consiste en torio. Se observa que existen las siguientes relaciones entre los parámetros de la sal
FSpu = (1 -FScs)(l - Fa)FPu ; FSih = (1 - FScs)FA-ATh
Una sal de combustible ejemplar contiene los siguientes vectores de sal de combustible: CSi = NaF; Ai = ThF4. Este combustible se resume en el cuadro 5.
Tabla 5 - Una composición preferida de sales de combustible
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(continuación)
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Dispositivo preferido de la invención
Un dispositivo 100 preferido de la invención se ilustra en la Figura 1, donde se representa desde el lado. En concreto, la figura 1 muestra el dispositivo 100, que tiene un contenedor 20 del núcleo con una sal 2 moderadora fundida, cuyo contenedor 20 del núcleo encierra un tubo interior con una sal 1 de combustible fundida. El tubo interior tiene dos entradas 6 en comunicación fluida con un colector 61 de entrada, que a su vez está en comunicación fluida con los pasadores 10 de combustible. Los pasadores 10 de combustible se comunican con un colector de salida 62, que recoge el flujo, en este caso de sal 1 de combustible fundida en una única salida 7. El sentido del flujo se indica con el símbolo ">". Las entradas 6 y la salida 7 están en comunicación fluida con una entrada y una salida de un intercambiador de calor (no mostrado) para proporcionar un circuito de intercambio de calor. El material del tubo interior y el material del núcleo del contenedor están preferentemente hechos de una aleación con base en níquel. El dispositivo 100 puede comprender además un dispositivo 8 de seguridad adicional que comprende un sistema de desbordamiento además del sistema de tapón de sal comúnmente utilizado en la técnica anterior. Este sistema de seguridad previene las fusiones, impide los accidentes provocados por errores humanos de los operadores, se apaga automáticamente en caso de que se produzcan condiciones de funcionamiento fuera del alcance, y puede descargar el inventario de combustible en un tanque de descarga subcrítico y refrigerado pasivamente, situado debajo de la vasija del núcleo, en caso de que se pierda la potencia de funcionamiento.
El tamaño del reactor se determina a partir de dos condiciones: el tiempo de circulación y la retroalimentación negativa de la temperatura tanto para el combustible como para el moderador. En la práctica, la densidad de potencia de funcionamiento puede ajustarse mediante mecanismos físicos de retroalimentación en el núcleo del reactor. En particular, la retroalimentación negativa de la temperatura tanto de la sal de combustible como del moderador indica que la densidad de potencia puede controlarse ajustando el flujo de entrada de energía externa. Dado que la circulación del núcleo puede transportar neutrones retardados fuera de la reacción en cadena, el caudal de masa a través del núcleo del reactor debe mantenerse constante para un control óptimo del reactor y por razones de seguridad. En lugar de cambiar el flujo interno del núcleo, es más deseable controlar la producción de energía variando el flujo de masa a través del sistema de intercambiador de calor externo. Para lograr el máximo control del reactor, el caudal de masa a través del reactor debe elegirse de manera que el cambio en la reactividad del reactor en comparación con la ausencia de circulación sea lo más pequeño posible. De este modo, en caso de fallo de la bomba, la concentración de precursores en de desintegración en el núcleo del reactor sólo será mínimamente mayor que en funcionamiento normal.
La Figura 2 muestra una vista superior de una sección del dispositivo 100 mostrado en la Figura 1. Así, los pasadores 10 de combustible se distribuyen en un patrón hexagonal en el contenedor del núcleo, que tiene una sección transversal cilíndrica con un revestimiento 5 externo. El revestimiento externo también puede denominarse manta o blindaje. En la sección transversal del dispositivo 100 se superpone un patrón hexagonal, pero este patrón no pretende representar ningún material específico.
Las Figuras 3 y 4 ilustran y comparan el empaquetamiento de los pasadores 10 de combustible de un dispositivo preferido de la invención (Figura 3) y un MSR de la técnica anterior (Figura 4) en el que se utiliza grafito 3 como moderador. Los patrones hexagonales superpuestos muestran cómo el moderador de hidróxido/deuteróxido metálicos permite un empaquetamiento mucho más denso de los pasadores 10 de combustible que el disponible en el MSR moderado por grafito, proporcionando así un factor F de forma mucho más pequeño.
La Figura 5 muestra gráficos de contorno del factor de multiplicación del reactor y de los coeficientes de reactividad térmica de la sal de combustible y del moderador de NaOH, respectivamente. El factor de multiplicación debe estar por encima de un determinado umbral para garantizar que el reactor pueda alcanzar la criticidad. Además, los coeficientes de reactividad deben ser ligeramente negativos por razones de control óptimo del reactor y de seguridad (inherente). La zona del espacio 9 de configuración 9 compatible con las tres condiciones permite determinar los intervalos en las dimensiones del reactor. Específicamente, el contenido de combustible Spu es de 2 % en cmol y el radio rpasador de los pasadores de combustible puede estar en el intervalo de 1 cm a 5 cm, con el parámetro l en el intervalo de 0,5 cm a 1,5 cm.
La Figura 6 muestra la dependencia de la cantidad de Na como elemento redox disuelto dentro del NaOH como sal moderadora en el factor de multiplicación de neutrones (mostrado en el eje Y); las barras de error son una desviación estándar. Específicamente, la Figura 6 ilustra el efecto perjudicial que tiene en la reacción de fisión en cadena el desplazamiento de átomos de hidrógeno en el NaOH con átomos de sodio, y por lo tanto la dilución efectiva de la sal moderadora y la disminución de su poder moderador. Evidentemente, existe un límite máximo de elemento redox en la sal moderadora desde el punto de vista de la neutrónica; en la práctica, la cantidad de elemento redox no debería ser mayor que 100 g/kg. Cuanto menor sea la cantidad del elemento redox, mejor será el efecto moderador, pero para proporcionar la protección contra la corrosión, el moderador debe contener al menos 1 g/kg del elemento redox.
Ejemplos de la técnica anterior
Dado que el poder moderador del carbono es menor que el del hidróxido de sodio, los reactores moderados por grafito presentan en general un factor de forma mayor que los moderados por hidróxido de sodio. A modo de referencia, se ofrece ahora un par de ejemplos de un reactor moderado por grafito simulado (Figura 4) con la misma geometría y la composición de sal de combustible de la Tabla 5.
Un MSR con pasadores pequeños
El radio del pasador de combustible rpasador = 2 cm. El espesor del revestimiento 5 se encuentra en el intervalo de 0,05 a 0,5 cm y el parámetro l (la mitad de la distancia entre pasadores vecinos) se encuentra en el intervalo l = 3,0 a 6,0 cm. Dentro de estos intervalos, el factor de forma se encuentra en el intervalo aproximado F = 5 a 15 y el volumen del núcleo se encuentra en el intervalo V = 8 m3 a 45 m3 El radio y la altura del núcleo están en el intervalo H = 2,0 m a 3,6 m, R = 1.1 m3 a 2.0 m3 mientras que el número total de pasadores de combustible está en el intervalo de 600 a 800.
Un MSR con pasadores grandes
El radio del pasador de combustible rpasador = 6 cm. El espesor del revestimiento 5 se encuentra en el intervalo de 0,05 a 0,5 cm y el parámetro / (la mitad de la distancia entre pasadores vecinos) se encuentra en el intervalo l = 10,0 a 14,0 cm. Dentro de estos intervalos, el factor de forma se encuentra en el intervalo aproximado F = 6 a 10 y el volumen del núcleo se encuentra en el intervalo V = 8 m3 a 32 m3. El radio y la altura del núcleo están en el intervalo H = 2,0 m a 3,2 m, R = 1.1 m3 a 2.0 m3, mientras que el número total de pasadores de combustible está en el intervalo de 50 a 120.
Dispositivos ejemplares de la invención
Se hace referencia a la Figura 5, que muestra la zona de configuración óptima (definida por la criticidad del reactor y la retroalimentación negativa de la temperatura del combustible y del moderador) para un reactor moderado por NaOH con la geometría representada en la Figura 1 y la Figura 2 y a SPu = 2 % en cmol. Para esta fracción de plutonio, el radio permitido del pasador se encuentra en el intervalo aproximado de rpasador = 1 a 5 cm. Se observa que este intervalo se amplía a medida que aumenta la fracción de plutonio. Se procede a dar subintervalos para las dimensiones del elemento de la red del reactor. Las dimensiones totales del núcleo del reactor dependen de la densidad de potencia, el factor de forma y la potencia total del reactor. Por lo tanto, para dar intervalos en las dimensiones del núcleo es necesario asignar intervalos a estos tres parámetros. Se considera que la potencia total es de 300 MW. Los intervalos razonables de la densidad de potencia en la sal de combustible son P = 100 a 200 kW/l, mientras que los intervalos del factor de forma se indican más arriba.
Pasadores pequeños
El radio del pasador de combustible rpasador = 1 cm. El espesor del revestimiento 5 se encuentra en el intervalo de 0,05 cm a 0,5 cm y el parámetro / (la mitad de la distancia entre pasadores vecinos) se encuentra en el intervalo l = 0,5 a 1,5 cm. Dentro de estos intervalos, el factor de forma se encuentra en el intervalo aproximado F = 2,5 a 10 y el volumen del núcleo se encuentra en el intervalo V = 4 m3 a 30 m3. El radio y la altura del núcleo están en el intervalo H = 1,5 m a 3,0 m, R = 0,9 m3 a 1,8 m3, mientras que el número total de pasadores de combustible está en el intervalo de 8.000 a 12.000.
Pasadores grandes
Radio del pasador de combustible rpasador = 5 cm. El espesor del revestimiento 5 se encuentra en el intervalo de 0,05 cm a 0,5 cm y el parámetro (la mitad de la distancia entre pasadores vecinos) se encuentra en el intervalo l = 1,0 a 2,5 cm. Dentro de estos intervalos, el factor de forma se encuentra en el intervalo aproximado F = 1,6 a 2,5 y el volumen del núcleo se encuentra en el intervalo V = 2 m3 a 8 m3. El radio y la altura del núcleo están en el intervalo H = 1,2 m a 2,0 m, R = 0,7 m3 a 1,2 m3, mientras que el número total de pasadores de combustible está en el intervalo de 300 a 700.
Así, utilizando el moderador con base en hidróxido metálico con el elemento redox se obtiene un MSR mucho más pequeño y eficiente.
El experto en la técnica se da cuenta de que la presente invención no se limita en modo alguno a las realizaciones preferidas descritas anteriormente. Por el contrario, son posibles muchas modificaciones y variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Además, el experto en la práctica de la invención reivindicada puede comprender y llevar a cabo variaciones de las realizaciones divulgadas, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra "que comprende" no excluye otros elementos o pasos, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. El mero hecho de que ciertas medidas se reciten en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda utilizarse con ventaja.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo (100) adaptado para producir energía por fisión nuclear, el dispositivo (100) comprende un contenedor (20) del núcleo de un material de contenedor del núcleo, cuyo contenedor (20) del núcleo encierra un tubo interior de un material de tubo interior, teniendo el tubo interior y/o el contenedor (20) del núcleo una entrada (6) y una salida (7), comprendiendo el dispositivo (100) además una sal de combustible fundida con un material fisionable, una sal (2) moderadora fundida y un elemento redox, estando la sal (2) moderadora fundida situada en el contenedor (20) del núcleo y la sal de combustible fundida en el tubo interior, o estando la sal de combustible fundida en el contenedor (20) del núcleo y la sal (2) moderadora fundida en el tubo interior, caracterizado porque la sal (2) moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y porque el elemento redox tiene un potencial de reducción que es mayor que el del material del tubo interior o del material del tubo interior y del material del contenedor del núcleo y/o porque la sal (2) moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y el elemento redox es una especie química que controla la oxoacidez de la sal moderadora fundida y/o de la sal de combustible fundida.
2. El dispositivo (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el elemento redox es un material de sacrificio situado en una superficie del material del tubo interior o en superficies del material del tubo interior y del material del contenedor del núcleo.
3. El dispositivo (100) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el tubo interior no comprende una entrada (6) o una salida (7) para encerrar la sal (2) moderadora fundida.
4. Utilización de una sal fundida que comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos y un elemento redox seleccionado del grupo que consiste en Sr, Ca, Li, Rb, K, Ba, Li2C2, Na, Mg, Th, U, Be, Al o Zr o combinaciones de los mismos para moderar los neutrones de fisión creados en un procedimiento de reacción de fisión que se produce en el núcleo de un reactor que comprende un material fisible.
5. Utilización de una sal fundida que comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos y un elemento redox para moderar los neutrones de fisión creados en un procedimiento de reacción de fisión que se produce en un núcleo de reactor que tiene una sección metálica y que comprende un material fisible, en el que el elemento redox es un metal que tiene una electronegatividad según la escala de Pauling, que es inferior a la electronegatividad de la sección metálica del núcleo del reactor.
6. Un procedimiento para controlar un procedimiento de fisión nuclear, comprendiendo el procedimiento los pasos de:
- proporcionar un dispositivo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
- introducir en el tubo interior una sal (2) moderadora fundida y un elemento redox,
- introducir en el contenedor (20) del núcleo una sal de combustible fundida que comprende fluoruros de un metal alcalino y un elemento fisible,
- proporcionar un intercambiador de calor en comunicación fluida con la entrada (6) y la salida (7) para definir un circuito de intercambio de calor para eliminar el calor de la sal moderadora fundida que circula en el circuito de intercambio de calor,
- hacer circular la sal moderadora fundida en el circuito de intercambio de calor para controlar la temperatura de la sal de combustible en el contenedor (20) del núcleo
caracterizado porque la sal (2) moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y porque el elemento redox tiene un potencial de reducción mayor que el del material del tubo interior y/o porque la sal (2) moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y el elemento redox es una especie química que puede controlar la oxoacidez de la sal (2) moderadora fundida.
7. Un procedimiento para controlar un procedimiento de fisión nuclear, comprendiendo el procedimiento los pasos de:
- proporcionar un dispositivo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tubo interior tiene una entrada (6) y una salida (7),
- introducir una sal de combustible fundida en el tubo interior, cuya sal de combustible fundida comprende fluoruros de un metal alcalino y un elemento fisible,
- introducir en el contenedor (20) del núcleo una sal (2) moderadora fundida y un elemento redox,
- proporcionar un intercambiador de calor en comunicación fluida con la entrada (6) y la salida (7) del tubo interior para definir un circuito de intercambio de calor para eliminar el calor de la sal de combustible fundida que circula en el circuito de intercambio de calor,
- hacer circular la sal de combustible fundida en el circuito de intercambio de calor para controlar la temperatura de la sal de combustible en el tubo interior,
caracterizado porque la sal (2) moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y porque el elemento redox tiene un potencial de reducción que es mayor que el del material del tubo interior o del material del tubo interior y del material del contenedor del núcleo y/o porque la sal (2) moderadora fundida comprende al menos un hidróxido metálico, al menos un deuteróxido metálico o una combinación de los mismos, y el elemento redox es una especie química que puede controlar la oxoacidez de la sal (2) moderadora fundida.
8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que la temperatura en la entrada (6) está en el intervalo de 400 °C a 800 °C, y en el que la temperatura en la salida (7) está en el intervalo de 600 °C a 1.000 °C.
9. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que la sal de combustible es una sal eutéctica.
10. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 9, en el que la sal de combustible comprende torio.
11. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 10, en el que la concentración del elemento redox se mantiene complementando la sal moderadora con el elemento redox.
12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 a 11, en el que el elemento redox que puede controlar la oxoacidez de la sal moderadora fundida es un gas seleccionado entre H2O, H2 y HF.
13. El dispositivo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, el uso de acuerdo con la reivindicación 4 o 5 o el procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en el que el al menos un hidróxido metálico y/o el al menos un deuteróxido metálico comprende un metal elegido del grupo de metales que comprende metales alcalinos, metales alcalinotérreos o combinaciones de metales alcalinos y metales alcalinotérreos.
14. El dispositivo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, el uso de acuerdo con la reivindicación 4 o 5 o el procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en el que la concentración del elemento redox está en el intervalo de 1 g/kg a 100 g/kg de la sal (2) moderadora fundida.
15. El dispositivo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, el uso de acuerdo con la reivindicación 4 o 5 o el procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en el que el elemento redox tiene un punto de fusión, que es superior al punto de fusión de la sal fundida, y en el que el elemento redox está presente como una suspensión de partículas que tienen un tamaño en el intervalo de 0,1 mm a 11 mm.
16. El dispositivo (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, el uso de acuerdo con la reivindicación 4 o 5 o el procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en el que la sal (2) moderadora fundida comprende hasta 10% (p/p) de agua.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11069449B2 (en) * 2019-01-28 2021-07-20 Department Of Energy Electrochemically modulated molten salt reactor
PL3918614T3 (pl) 2019-01-31 2024-01-03 Seaborg Aps Materiał konstrukcyjny dla reaktorów ze stopioną solą
WO2021162822A2 (en) * 2020-01-14 2021-08-19 Quantum Industrial Development Corp. Stirling powered unmanned aerial vehicle
CN113257448B (zh) * 2021-04-21 2024-04-19 广东核电合营有限公司 一种用于核电厂反应堆外推临界的控制方法和设备
CA3221998A1 (en) * 2021-05-31 2022-12-08 Copenhagen Atomics A/S Molten salt nuclear reactor core
EP4413596A1 (en) 2021-10-07 2024-08-14 Seaborg ApS A method of adjusting oxoacidity
US20230245791A1 (en) * 2022-01-29 2023-08-03 Shijun Sun Next-Gen Nuclear Reactors with Molten Lithium as Coolant and Secondary Fuel
US20240062923A1 (en) * 2022-08-19 2024-02-22 Abilene Christian University Gas management systems for a molten salt nuclear reactor
WO2024100269A1 (en) 2022-11-11 2024-05-16 Seaborg Aps A method of recovering one or more metal species
KR102601430B1 (ko) * 2023-01-18 2023-11-14 한국과학기술원 가연성 흡수체를 구비하는 열중성자 기반 소형 용융염 원자로

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB960720A (en) 1958-08-28 1964-06-17 Atomic Energy Authority Uk Refractory metal compounds
US6024805A (en) * 1997-11-12 2000-02-15 General Electric Company Metal hydride addition for reducing corrosion potential of structural steel
JP2001133572A (ja) 1999-10-29 2001-05-18 Toshiba Corp 溶融塩炉
WO2009135286A1 (en) * 2008-05-09 2009-11-12 Ottawa Valley Research Associates Ltd. Molten salt nuclear reactor
CN102549674B (zh) * 2009-05-08 2015-05-27 中央研究院 二液型熔盐反应器
RU2424587C1 (ru) * 2010-02-18 2011-07-20 Николай Антонович Ермолов Жидкосолевой ядерный реактор (варианты)
US20130083878A1 (en) 2011-10-03 2013-04-04 Mark Massie Nuclear reactors and related methods and apparatus
BR112014019311B1 (pt) 2012-02-06 2021-11-09 Terrestrial Energy Inc Método de operação de uma usina de energia nuclear
JP2013194274A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 Toshiba Corp 原子力プラントの防食システム及び防食方法
US20140226775A1 (en) * 2013-02-11 2014-08-14 Nuclear Applications, Llc Liquid Lithium Cooled Fission Reactor for Producing Radioactive Materials
GB201318470D0 (en) 2013-02-25 2013-12-04 Scott Ian R A practical molten salt fission reactor
EP3031052B1 (en) * 2013-08-05 2018-07-25 Terrestrial Energy Inc. Integral molten salt reactor
CN104637551B (zh) * 2013-11-07 2017-10-03 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Ti3SiC2基陶瓷材料作为耐熔融氟盐腐蚀材料的应用
US20150243376A1 (en) 2014-02-26 2015-08-27 Taylor Ramon WILSON Molten salt fission reactor
FI3175461T3 (fi) * 2014-07-30 2024-08-06 Westinghouse Electric Co Llc Kemiallinen menetelmä primaaripiirin materiaalin passivoimiseksi ydinvoimaloiden funktionaalisen kuumatestauksen aikana
JP6483389B2 (ja) 2014-09-29 2019-03-13 株式会社東芝 高速中性子炉心設計方法
GB2543084A (en) * 2015-10-08 2017-04-12 Richard Scott Ian Control of corrosion by molten salts
WO2017070791A1 (en) 2015-10-30 2017-05-04 Terrestrial Energy Inc. Molten salt nuclear reactor

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