JP7030965B2 - 溶融塩炉 - Google Patents
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Description
・散乱による相互作用の高い確率を提示する必要がある。これは、相互作用間の中性子の短い平均自由行程に相当し、減速材のサイズ炉心に影響する。
・軽量の減速材原子で構成される必要がある。散乱イベントでは、中性子は、エネルギーを減速材に伝達し、減速される。原子が軽いほど、相互作用あたりに伝達されるエネルギーが多くなる。
・中性子吸収の低い確率を提示する必要がある。減速材における吸収は、核分裂に利用可能な中性子束を減少させ、物質の放射化の過酷さを増加させる。したがって、通常、減速材での吸収が低いことが望ましい。
・動作条件下では液体状態である必要がある。液相の減速材の使用は、個体状態の減速材の使用では得られない冷却の可能性を提供する。また、中性子照射下での寿命を改善し、化学的再処理を可能にする。
・高温で動作可能である必要がある。炉心の動作温度が高いと、外側の冷却ループとより多くのエネルギーを交換できる可能性があるため、より高い原子炉効率を持つ可能性を生む。また、より高い温度は、より高いタービン効率につながり、さまざまな産業プロセスのための熱生成を可能にする。
・低い動作圧力を許容する必要がある。低い動作圧力は、インシデントに起因するリスクを軽減するために必要な安全装置の複雑さを軽減する。また、構造及び工学への要求を軽減する。
・減速材物質は、世界市場で十分な量で、安定した供給で、予測可能な価格レベルで入手可能である必要がある。
・使用される材料は、さらなる化学的又は環境的リスクをもたらさない必要がある。
と定義される。ここで、ζは高速中性子が熱化するのに必要な散乱イベントの平均数、Nは原子密度、σsは微視的弾性散乱断面積である。グラファイトでは、SDPは、0.060である。SDPは、高いほど良いことに注意が必要である。第二に、天然炭素の微視的吸収断面積は非常に低い。第三に、グラファイトは豊富で、極めて安価で、原子炉で使用するのに好ましい熱的及び構造的特性を有している。
‐中性子減速の望ましいレベルを得るには、多量のグラファイトが必要であり、大きな炉心をもたらす。
‐高エネルギー中性子がグラファイトの結晶構造に衝突して損傷を与えるため、固体グラファイトは、中性子照射から損傷を受ける。これは、構造材料の腐食とともに、現在の黒鉛減速炉心の制限寿命因子を表している。
‐十分な純度、均質性、及び密度の原子炉グレードのグラファイトの製造に関与してかなりの困難があり、したがってコストもかかる。
‐MSRの炉心のグラファイトは、高エネルギーの中性子によって放射化され、半減期が5730年の14Cを生成する。廃棄されたグラファイトは、高レベルの核廃棄物としてかなりの期間、保管される必要がある。
‐高温では、グラファイトは空気と接触すると燃焼し、さらに複雑な温度膨張反応係数を有する。これは方向に依存し、グラファイトの照射によって変化する。
‐ZrHxは、空気の存在下では、高温で燃焼する。
‐ZrHxは、溶融塩と接触すると発熱的に反応し、可燃性水素ガスを放出する可能性がある。
‐ZrHxは、高温で水と接触すると、可燃性の水素及び酸素ガスを生成する。
‐ZrHxを溶融塩から分離するには、i)高い信頼性、ii)低い浸透性、を有し、iii)潜在的に水素ガスの放出よる高い背圧を維持できる、エキゾチックな被覆材が要求される。
‐ZrHxは、非常に高価であり、少なくともグラファイトよりも高価である。これは、核グレードのジルコニウムを製造する際のジルコニウムとハフニウムのコストのかかる分離プロセスによって部分的に引き起こされており、これは、ハフニウムが大きな中性子捕獲断面積を有しているために必要である。
‐ZrHx減速材内の水素の再配置を最小化するためには、常に温度を制御するための非常に高度な冷却方式が要求される。
アルカリ金属及び核分裂性元素のフッ化物を備える溶融燃料塩を内側管内に注入するステップと、
少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備える溶融減速材塩と、内側菅材料、又は内側管材料及び炉心容器材料の還元電位よりも大きい還元電位を有する酸化還元元素とを、炉心容器内に注入するステップと、
熱交換ループ内で循環する溶融燃料塩から熱を除去するための熱交換ループを画定するために、内側菅の入口及び出口と流体連通している熱交換器を提供するステップと、
内側管内の燃料塩の温度を制御するために、熱交換ループ内で燃料塩を循環させるステップと
を備えてよい。溶融燃料塩が内側管内に注入される場合、内側菅は、入口及び出口を有する必要がある。
少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備える溶融減速材塩と、内側菅材料の還元電位よりも大きい還元電位を有する酸化還元元素とを内側管内に注入するステップと、
アルカリ金属のフッ化物を備える溶融燃料塩と、核分裂性元素とを炉心容器内に注入するステップと、
熱交換ループ内で循環する溶融塩から熱を除去するための熱交換ループを画定するために、入口及び出口と流体連通している熱交換器を提供するステップと、
炉心容器内の燃料塩の温度を制御するために、熱交換ループ内で溶融塩を循環させるステップと
を備える。この態様は、本発明の装置の任意の実施形態を利用してよい。特に、内側菅は、入口及び出口を必要としないので、減速材塩が内側管内で安定する。酸化還元元素が内側菅材料の表面、又は内側菅材料及び炉心容器材料の表面に存在する犠牲材料である本発明の装置において、本発明のいずれかの方法を実行することも可能であり、この場合、酸化還元元素が装置内に存在するため、溶融減速材塩は、懸濁液として、又は溶解又は溶融形態で酸化還元元素を含む必要がない。ただし、装置は、懸濁液として、又は融解又は溶融形態で存在する酸化還元元素を有する溶融減速材塩を適用するとともに、表面に配置された犠牲材料として酸化還元元素を有することも可能である。
という式によって表されてよく、ここで、Naは任意のアルカリ金属を表し、Anは1又は複数のアクチノイドを表し、a=22%かつb=78%である場合、この混合物は共晶である。特に、AnF4のAnは、トリウム及び核分裂性元素の両方を備えてよく、ここで核分裂性元素、特に233U、235U、239PU、及び241PUのモル含有率が燃料含有率であり、好適には、アクチノイド、すなわちAnの2cmol%~10cmol%の範囲内である。
によって求められ、ここで、fは燃料滞留時間分率であり、τcは循環時間であり、cfuel及びpfuelは、それぞれ溶融燃料塩の比熱容量及び密度であり、ΔTは、入口温度と出口温度との差である。
として定義し、ここで、Vcoreは炉心容器の全容積であり、Vcore,fuelは燃料の体積、例えば、溶融燃料塩の位置に依存して、内側菅の容積、又は炉心容器の容積引く内側菅の容積である。したがって、炉心内容積減速材対燃料比は、R=F-1(クラッド材を考慮しない)を通して形状因子に関連する。一実施形態において、円筒形であってよい炉心容器が溶融減速材塩を包含し、溶融燃料塩は、例えば図3に示すように亀甲パターンに配置された、この実施形態において「燃料ピン」と称される管を備える内側菅内に包含され、形状因子Fは、
に従って推定することができ、ここで、1は、隣接ピン間の距離の半分であり、δは、燃料ピンのクラッド材厚さ、すなわち内側菅材料の厚さであり、rpinは、燃料ピンの半径である。
によって求められ、ここで、fは燃料滞留時間分率であり、τcは循環時間であり、csalt及びpsaltは、それぞれ溶融燃料塩の比熱容量及び密度である。したがって、形状因子が小さいほど、所与のパワー密度及びパワーに関する炉心体積が小さい。よって、本発明の装置は、水酸化物/重水酸化物を減速材として用いることで大幅に小さい形状因子が利用可能であるため、従来技術のMSRと比べて、高いパワーを維持しながら、小さく作られ得る。これは、酸化還元元素が用いられる場合、又は溶融塩に電流が印加される場合にも当てはまる。
核分裂によってエネルギーを生成するために適合された装置を提供するステップであって、装置は炉心容器材料の炉心容器を備え、炉心容器は内側菅材料の内側菅を囲い、内側菅及び/又は炉心容器は入口及び出口を有する、ステップと、
アルカリ金属及び核分裂性元素のフッ化物を備える溶融燃料塩を内側菅内に注入するステップと、
少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備える溶融減速材塩を炉心容器内に注入するステップと、
熱交換ループ内で循環する溶融燃料塩から熱を除去するための熱交換ループを画定するために、内側菅の入口及び出口と流体連通している熱交換器を提供するステップと、
内側菅内の燃料塩の温度を制御するために、熱交換ループ内で燃料塩を循環させるステップと、
減速材塩を通して、ガス、例えばH2Oを泡立てるステップと
を備える。あるいは、ガスは、燃料塩を通して泡立てられる。腐食からの保護をもたらすためにガスが燃料塩を通して泡立てられる場合、ガスの組成は、燃料塩の組成、例えばフッ化物の含有率を考慮して選択される。
核分裂によってエネルギーを生成するために適合された装置を提供するステップであって、装置は炉心容器材料の炉心容器を備え、炉心容器は内側菅材料の内側菅を囲い、内側菅及び/又は炉心容器は入口及び出口を有する、ステップと、
少なくとも1つの金属水素化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備える溶融減速材塩を内側菅内に注入するステップと、
アルカリ金属のフッ化物を備える溶融燃料塩と、核分裂性元素とを炉心容器内に注入するステップと、
熱交換ループ内で循環する溶融塩から熱を除去するための熱交換ループを画定するために、入口及び出口と流体連通している熱交換器を提供するステップと、
炉心容器内の燃料塩の温度を制御するために、熱交換ループ内で溶融塩を循環させるステップと、
減速材塩を通して、ガス、例えばH2Oを泡立てるステップと
を備える。あるいは、ガスは、燃料塩を通して泡立てられる。腐食からの保護をもたらすためにガスが燃料塩を通して泡立てられる場合、ガスの組成は、燃料塩の組成、例えばフッ化物の含有率を考慮して選択される。
上述のように、本発明は、減速材物質として水酸化物及び/又は重水酸化物を提案する。金属水酸化物がより好ましい。少なくとも1つの金属水酸化物又は重水酸化物は、例えば、アルカリ金属、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、炭素(C)、シリコン(Si)及びフッ素(F)を含む金属の群から選択される金属を含むことができる。さらに好ましいのは、X(OH)nの形態の融合金属水酸化物、及びX(OD)nの形態の融合金属重水酸化物である。溶融金属水酸化物は、一般的にXOH又はX(OH)nと書かれた化合物で、Xはアルカリ又は他の金属で、OHは水酸化物イオンである。整数nは、一価の原子では1に等しく、より高い原子価の原子では1より大きい整数である。溶融金属水酸化物の効果的な減速効果は、化合物中における比較的高い水素の存在にある。溶融金属水酸化物は、広い温度動作ウィンドウ(通常300℃から1300℃の範囲の融点から沸点まで)を有している。液体溶融塩は、大気圧付近でポンプ輸送可能であるため、加圧された封じ込めを必要としない。溶融金属水酸化物減速材は、NaOHなどの単一の化合物、又は2つ以上の金属水酸化物の混合物で構成され、他の流体と混合されるか、固体材料に埋め込まれる。特に有用な金属水酸化物は、LiOH、7LiOH、NaOH、及び水酸化ルビジウム(RbOH)である。同様に、特に有用な重金属酸化物は、LiOD、7LiOD、NaOD、及びRbODである。
典型的な標準電極電位の例を表3に示す。ここで、標準電極電位は、298.15°Kの温度、各水溶種又は水銀アマルガム中の種に対して1mol/lの有効濃度、気体試薬に対して101.325kPa(絶対)の分圧(1atm、1.01325bar)、及び各純粋な固体、純粋な液体、又は水(溶媒)に対する統一活量におけるものである。標準電極電位のより低い負の値は、本発明の文脈においてより反応性の高い材料に対応すると理解されるべきである。したがって、例えば、内側管材料はニッケルであってもよく、ニッケルの上方の還元剤の列の任意の元素を酸化還元元素として選択することができる。
好ましい実施形態では、内側管材料は金属を含み、酸化還元元素は、内側管材料の金属の電気陰性度よりも低いポーリングスケールによる電気陰性度を有する金属である。さまざまな金属元素のポーリング電気陰性度が表4に提供される。例えば、内側管の金属と、任意で炉心容器の金属も、ハステロイ、つまりニッケル基合金であってもよく、酸化還元元素は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属であってもよい。
燃料塩(FSと略記)は、一般に、非アクチニドキャリア部分(熱力学的特性から選択される)と、原子炉の臨界性を確保するアクチニド成分で構成される。アクチニド成分Aniは、燃料成分と追加の核分裂性同位体に転換可能な成分にさらに分割されてもよい。燃料塩ベクトルFiは、初期のプルトニウム成分(通常は使用済み核燃料(SNF)、つまり核廃棄物)を追加の成分(一部は化学再処理後に追加)とともに含む既定義の燃料ベクトルによって記述される。追加された(核分裂性同位体に転換可能な)部分は、原子炉燃焼プロセスにおける役割から選択されるベクトルAiによって定義され、通常、追加されたトリウムとウランで構成される。アクチニドの組成は、さまざまな燃料ベクトルによって定義され、次のメリット値によって捕らえられる。
-ATh追加された(核分裂性同位体に転換可能な)ベクトルのうちの燃料トリウム(カチオンモル)の割合;
-FA追加された(核分裂性同位体に転換可能な)(カチオンモル)割合。
ここで、2つの最初の割合は、それぞれ燃料ベクトルと追加された核分裂性同位体に転換可能なベクトルのカチオンモル分率を指す。燃料塩は、燃料塩に対する次のメリット値とともに、さまざまな燃料ベクトル、キャリア塩ベクトルCSiによって定義される。
-FSPu燃料塩プルトニウム(カチオンモル)の割合;
-FSTh燃料塩トリウム(カチオンモル)の割合;
-FSCSキャリア塩(カチオンモル)の割合。
本発明の好ましい装置100が図1に示されており、側面から描かれている。具体的には、図1は、溶融減速材塩2を備えた炉心容器20を有する装置100を示し、炉心容器20は、溶融燃料塩1を備えた内側管を囲む。内側チューブは、入口マニホールド61と流体連通する2つの入口6を有し、次に入口マニホールド61が、燃料ピン10と流体連通している。燃料ピン10は、出口マニホールド62と連通し、出口マニホールド62は、この場合、単一の出口7内の溶融燃料塩1の流れを収集する。流れの方向は、符号「>」で示される。入口6及び出口7は、熱交換ループを提供するために、熱交換器(図示せず)の入口及び出口と流体連通している。内側管材料及び炉心容器材料は、ニッケルベースの合金から作られることが好ましい。装置100は、一般的に使用される従来技術の塩プラグシステムに加えて、オーバーフローシステムを含む追加の安全装置8をさらに含むことができる。この安全システムは、メルトダウンを防ぎ、ヒューマンオペレーターのミスによる事故を防ぎ、範囲外の運転条件の場合に自動的にシャットダウンし、操作電源喪失の場合に炉心容器の下方の受動的に冷却され未臨界のダンプタンクに燃料イベントリを流すことができる。
炭素の減速能は水酸化ナトリウムの減速能よりも小さいため、一般的に、黒鉛減速原子炉は、水酸化ナトリウム減速原子炉よりも大きな形状因子を示す。参考のために、表5と同じ形状と燃料塩組成を備えたシミュレーションされた黒鉛減速原子炉(図4)のいくつかの例を示す。
燃料ピン半径rpin=2cm。被覆厚さδは、0.05から0.5cmまでの範囲にあり、パラメータl(隣接するピン間の距離の半分)は、l=3.0から6.0cmまでの範囲にある。これらの範囲内で、形状因子は、おおよその範囲F=5から15にあり、炉心体積は、V=8m3から45m3までの範囲にある。炉心半径及び高さは、H=2.0mから3.6m、R=1.1m3から2.0m3までの範囲で、燃料ピンの総数は、600から800までの範囲である。
燃料ピン半径rpin=6cm。被覆厚さδは、0.05から0.5cmまでの範囲にあり、パラメータl(隣接するピン間の距離の半分)は、l=10.0から14.0cmまでの範囲にある。これらの範囲内で、形状因子は、おおよその範囲F=6から10にあり、炉心体積は、V=8m3から32m3までの範囲にある。炉心半径及び高さは、H=2.0mから3.2m、R=1.1m3から2.0m3までの範囲で、燃料ピンの総数は、50から120までの範囲である。
図1及び図2に示されている形状とSPu=2cmol%のNaOH減速原子炉の最適な構成ゾーン(原子炉の臨界と負の燃料及び減速材の温度フィードバックで定義される)を示す図5について言及する。このプルトニウムの割合について、許容されるピン半径は、おおよその範囲rpin=1から5cmにある。プルトニウムの割合が増えると、この範囲が広がることに注意する。原子炉格子要素の寸法の部分的な範囲を与えるために継続する。炉心の全体的な寸法は、原子炉の出力密度、形状因子、及び総出力に依存する。したがって、炉心寸法に関する範囲を与えるためには、これら3つのパラメータに範囲を割り当てる必要がある。我々は、総出力を300MWとしている。燃料塩の出力密度の合理的な範囲は、P=100から200kW/lであるが、形状因子の範囲は上記の通りである。
燃料ピン半径rpin=1cm。被覆厚さδは、0.05cmから0.5cmまでの範囲にあり、パラメータl(隣接するピン間の距離の半分)は、l=0.5から1.5cmまでの範囲にある。これらの範囲内で、形状因子は、おおよその範囲F=2.5から10にあり、炉心体積は、V=4m3から30m3までの範囲にある。炉心半径及び高さは、H=1.5mから3.0m、R=0.9m3から1.8m3までの範囲で、燃料ピンの総数は、8,000から12,000までの範囲である。
燃料ピン半径rpin=5cm。被覆厚さδは、0.05cmから0.5cmまでの範囲にあり、パラメータ(隣接するピン間の距離の半分)は、l=1.0から2.5cmまでの範囲にある。これらの範囲内で、形状因子は、おおよその範囲F=1.6から2.5にあり、炉心体積は、V=2m3から8m3までの範囲にある。炉心半径及び高さは、H=1.2mから2.0m、R=0.7m3から1.2m3までの範囲で、燃料ピンの総数は、300から700までの範囲である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
核分裂によってエネルギーを生成するのに適合された装置であって、前記装置は、炉心容器材料からなる炉心容器を備え、前記炉心容器は、内側管材料からなる内側管を囲み、前記内側管及び/又は前記炉心容器は、入口と出口とを有し、前記装置は、核分裂性物質を含む溶融燃料塩、溶融減速材塩、及び酸化還元元素をさらに備え、前記溶融減速材塩は、前記炉心容器内に設けられ、前記溶融燃料塩は、前記内側管内に設けられ、又は、前記溶融燃料塩は、前記炉心容器内に設けられ、前記溶融減速材塩は、前記内側管内に設けられ、前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えていること、及び、前記酸化還元元素は、前記内側管材料の、又は前記内側管材料及び前記炉心容器材料の還元電位よりも大きい還元電位を有していることを特徴とする、装置。
[2]
前記酸化還元元素は、前記内側管材料の表面、又は前記内側管材料及び前記炉心容器材料の表面に設けられた犠牲材料である、[1]に記載の装置。
[3]
前記内側管は、前記溶融減速材塩を囲むために前記入口又は前記出口を備えていない、[1]又は[2]に記載の装置。
[4]
少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせ、及びSr、Ca、Li、Rb、K、Ba、Li2C2、Na、Mg、Th、U、Be、Al、又はZr、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化還元元素を備える溶融塩の、核分裂性物質を含む炉心で生じる核分裂反応プロセスで生成された核分裂中性子を減速するための、使用。
[5]
少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせ、及び酸化還元元素を備える溶融塩の、金属部分を有し核分裂性物質を含む炉心で生じる核分裂反応プロセスで生成された核分裂中性子を減速するための、使用であり、前記酸化還元元素は、前記炉心の前記金属部分の電気陰性度よりも低いポーリングスケールによる電気陰性度を有する金属である、使用。
[6]
核分裂プロセスを制御する方法であり、前記方法は、
[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の装置を提供するステップと、
前記内側管に溶融減速材塩及び酸化還元元素を注入するステップと、
前記炉心容器に、アルカリ金属のフッ化物を備える溶融燃料塩と、核分裂性元素とを注入するステップと、
熱交換ループを循環する前記溶融塩から熱を除去するための前記熱交換ループを画定するように、前記入口及び前記出口と流体連通した熱交換器を提供するステップと、
前記炉心容器内の前記燃料塩の温度を制御するように前記熱交換ループ内の前記溶融塩を循環させるステップと、を備え、
前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えること、及び前記酸化還元元素は、前記内側管材料の還元電位よりも大きい還元電位を有していることを特徴とする、方法。
[7]
核分裂プロセスを制御する方法であり、前記方法は、
[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の装置を提供するステップであって、前記内側管は、入口と出口とを有する、ステップと、
溶融燃料塩を前記内側管に注入するステップであって、前記溶融燃料塩は、アルカリ金属のフッ化物と核分裂性元素とを含む、ステップと、
前記炉心容器に溶融減速材塩と酸化還元元素とを注入するステップと、
熱交換ループを循環する前記溶融燃料塩から熱を除去するための前記熱交換ループを画定するように、前記内側管の前記入口及び前記出口と流体連通した熱交換器を提供するステップと、
前記内側管内の前記燃料塩の温度を制御するように前記熱交換ループ内の前記燃料塩を循環させるステップと、を備え、
前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えること、及び前記酸化還元元素は、前記内側管材料の、又は前記内側管及び前記炉心容器材料の還元電位よりも大きい還元電位を有していることを特徴とする、方法。
[8]
前記入口の温度は、400℃から800℃までの範囲であり、前記出口の温度は、600℃から1000℃までの範囲である、[6]又は[7]に記載の方法。
[9]
前記燃料塩は、共晶塩である、[6]乃至[8]のいずれか1項に記載の方法。
[10]
前記燃料塩は、トリウムを備える、[6]乃至[9]のいずれか1項に記載の方法。
[11]
前記酸化還元元素の濃度は、前記減速材塩に前記酸化還元元素を補充することにより維持される、[6]乃至[10]のいずれか1項に記載の方法。
[12]
前記溶融減速材塩を介して及び/又は前記溶融燃料塩を介してガスを泡立てるステップをさらに沿備える、[6]乃至[11]のいずれか1項に記載の方法。
[13]
前記少なくとも1つの金属水酸化物、及び/又は前記少なくとも1つの金属重水酸化物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又はアルカリ金属とアルカリ土類金属との組み合わせを含む金属の群から選択される金属を含む、[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の装置、[4]又は[5]に記載の使用、又は[6]乃至[12]のいずれか1項に記載の方法。
[14]
前記酸化還元元素の濃度は、前記溶融減速材塩の1g/kgから100g/kgまでの範囲のである、[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の装置、[4]又は[5]に記載の使用、又は[6]乃至[12]のいずれか1項に記載の方法。
[15]
前記酸化還元元素は、前記溶融塩の融点よりも高い融点を有し、前記酸化還元元素は、0.1mmから11mmの範囲のサイズを有する粒子の懸濁液として存在する、[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の装置、[4]又は[5]に記載の使用、又は[6]乃至[12]のいずれか1項に記載の方法。
[16]
前記溶融減速材塩は、最大10%(w/w)の水分を備える、[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の装置、[4]又は[5]に記載の使用、又は[6]乃至[12]のいずれか1項に記載の方法。
Claims (16)
- 核分裂によってエネルギーを生成するのに適合された装置であって、前記装置は、炉心容器材料の炉心容器を備え、前記炉心容器は、内側管材料の内側管を囲み、前記内側管及び/又は前記炉心容器は、入口と出口とを有し、前記装置は、核分裂性物質を含む溶融燃料塩、溶融減速材塩、及び酸化還元元素をさらに備え、前記溶融減速材塩は、前記炉心容器内に設けられ、前記溶融燃料塩は、前記内側管内に設けられ、又は、前記溶融燃料塩は、前記炉心容器内に設けられ、前記溶融減速材塩は、前記内側管内に設けられ、前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えていること、及び前記酸化還元元素は、前記内側管材料の、又は前記内側管材料及び前記炉心容器材料の還元電位よりも大きい還元電位を有していること、及び/又は、前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えていること、及び前記酸化還元元素は、前記溶融減速材塩及び/又は前記溶融燃料塩のオキソ酸性度を制御する化学種であること、を特徴とする、装置。
- 前記酸化還元元素は、前記内側管材料の表面、又は前記内側管材料及び前記炉心容器材料の表面に設けられた犠牲材料である、請求項1に記載の装置。
- 前記内側管は、前記溶融減速材塩を囲むために前記入口又は前記出口を備えていない、請求項1又は2に記載の装置。
- 少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせ、及びSr、Ca、Li、Rb、K、Ba、Li2C2、Na、Mg、Th、U、Be、Al、又はZr、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化還元元素を備える溶融塩の、核分裂性物質を含む炉心で生じる核分裂反応プロセスで生成された核分裂中性子を減速するための、使用。
- 少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせ、及び酸化還元元素を備える溶融塩の、金属部分を有し核分裂性物質を含む炉心で生じる核分裂反応プロセスで生成された核分裂中性子を減速するための、使用であり、前記酸化還元元素は、前記炉心の前記金属部分の電気陰性度よりも低いポーリングスケールによる電気陰性度を有する金属である、使用。
- 核分裂プロセスを制御する方法であり、前記方法は、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置を提供するステップと、
前記内側管に溶融減速材塩及び酸化還元元素を注入するステップと、
前記炉心容器に、アルカリ金属のフッ化物を備える溶融燃料塩と、核分裂性元素とを注入するステップと、
熱交換ループを循環する前記溶融減速材塩から熱を除去するための前記熱交換ループを画定するように、前記入口及び前記出口と流体連通した熱交換器を提供するステップと、
前記炉心容器内の前記燃料塩の温度を制御するように前記熱交換ループ内の前記溶融減速材塩を循環させるステップと、を備え、
前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えること、及び前記酸化還元元素は、前記内側管材料の還元電位よりも大きい還元電位を有していること、及び/又は、前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えていること、及び前記酸化還元元素は、前記溶融減速材塩のオキソ酸性度を制御できる化学種であること、を特徴とする、方法。 - 核分裂プロセスを制御する方法であり、前記方法は、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置を提供するステップであって、前記内側管は、入口と出口とを有する、ステップと、
溶融燃料塩を前記内側管に注入するステップであって、前記溶融燃料塩は、アルカリ金属のフッ化物と核分裂性元素とを含む、ステップと、
前記炉心容器に溶融減速材塩と酸化還元元素とを注入するステップと、
熱交換ループを循環する前記溶融燃料塩から熱を除去するための前記熱交換ループを画定するように、前記内側管の前記入口及び前記出口と流体連通した熱交換器を提供するステップと、
前記内側管内の前記溶融燃料塩の温度を制御するように前記熱交換ループ内の前記燃料塩を循環させるステップと、を備え、
前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えること、及び前記酸化還元元素は、前記内側管材料の、又は前記内側管材料及び前記炉心容器材料の還元電位よりも大きい還元電位を有していること、及び/又は、前記溶融減速材塩は、少なくとも1つの金属水酸化物、少なくとも1つの金属重水酸化物、又はそれらの組み合わせを備えていること、及び前記酸化還元元素は、前記溶融減速材塩のオキソ酸性度を制御できる化学種であること、を特徴とする、方法。 - 前記入口の温度は、400℃から800℃までの範囲であり、前記出口の温度は、600℃から1000℃までの範囲である、請求項6又は7に記載の方法。
- 前記燃料塩は、共晶塩である、請求項6乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記燃料塩は、トリウムを備える、請求項6乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記酸化還元元素の濃度は、前記減速材塩に前記酸化還元元素を補充することにより維持される、請求項6乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記溶融減速材塩のオキソ酸性度を制御できる前記酸化還元元素は、H20、H2、及び、HFから選択されたガスである、請求項6乃至11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの金属水酸化物、及び/又は前記少なくとも1つの金属重水酸化物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又はアルカリ金属とアルカリ土類金属との組み合わせを含む金属の群から選択される金属を含む、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置、請求項4又は5に記載の使用、又は請求項6乃至12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記酸化還元元素の濃度は、前記溶融減速材塩の1g/kgから100g/kgまでの範囲である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置、請求項4又は5に記載の使用、又は請求項6乃至12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記酸化還元元素は、前記溶融塩の融点よりも高い融点を有し、前記酸化還元元素は、0.1mmから10mmの範囲のサイズを有する粒子の懸濁液として存在する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置、請求項4又は5に記載の使用、又は請求項6乃至12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記溶融減速材塩は、最大10%(w/w)の水分を備える、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置、請求項4又は5に記載の使用、又は請求項6乃至12のいずれか1項に記載の方法。
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