KR20170104149A - 용융염 원자로 내에서의 핵분열 반응 제어 - Google Patents

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Abstract

용융염 원자로는 용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 유지하기 위한 원자로 노심부를 포함한다. 용융 연료 염 제어 시스템은 반응도 파라미터를 소정 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 원자로 노심부로부터 소정 부피의 용융 연료 염을 제거한다. 용융 연료 염 제어 시스템은 원자로 노심부에 유체 연통되게 결합되어 소정 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 소정 부피의 공급재로 교체하는 용융 연료 염 교체 시스템을 포함한다. 용융 연료 염 제어 시스템은 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 부피 변위체를 하나 이상 구비한 부피 변위 제어 시스템을 포함할 수 있다. 각 부피 변위체는 스필-오버 시스템 등을 통해 원자로 노심부로부터 소정 부피의 용융 연료 염을 제거할 수 있다.

Description

용융염 원자로 내에서의 핵분열 반응 제어
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 개시하고 교시하는 모든 것에 대하여 여기에 참조로서 구체적으로 포함된, 2014년 12월 31일자 출원된 "Molten Salt Nuclear Reactor and Method of Controlling the Same"이란 제하의 미국 임시 특허 출원 제62/098,984호와 2015년 9월 30일자 출원된 "Molten Chloride Fast Reactor and Fuel"이란 제하의 미국 임시 특허 출원 제62/234,889호에 대한 우선권을 주장한다.
본 출원은 또한 개시하고 교시하는 모든 것에 대하여 여기에 참조로서 구체적으로 포함된, 2014년 12월 29일자 출원된 "Targetry Coupled Separations"란 제하의 미국 임시 특허 출원 제62/097,235호에 대한 우선권을 주장한다.
본 출원은 또한 개시하고 교시하는 모든 것에 대하여 여기에 참조로서 구체적으로 포함된, 2015년 12월 28일자 출원된 "Molten Nuclear Fuel Salts and Related Systems and Methods"란 제하의 미국 특허 출원 제14/981,512호에 관련된다.
기술 분야
본 발명은 개괄적으로 핵분열 원자로에 관한 것이다.
용융염 원자로(MSRs)는 연료와 냉각재가 우라늄 또는 다른 핵분열 가능한 요소와 같은 고체 또는 용해된 핵연료를 포함하는 용융염 혼합물의 형태로 존재하는 일종의 핵분열 원자로를 말한다. MSR의 일종은 용융 염화물 고속 원자로(MCFR)인데, 이는 높은 우라늄/초우라늄 용해도를 제공하여 다른 종류의 MSRs보다 소형의 계통 설계를 허용하는 염화물계 연료 염 혼합물을 사용한다. MCFR의 설계 및 운용 파라미터(예, 소형 설계, 저압, 고온, 높은 전력 밀도)는 제로 탄소 에너지를 실현하는 비용 효율적이고 국제적으로 확장 가능한 해법에 대한 가능성을 제공한다.
설명되는 기술은 용융된 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 포함하도록 구성된 원자로 노심부를 포함하는 용융염 원자로를 제공한다. 원자로 노심부에 결합된 용융 연료 염 제어 시스템은 원자로 노심부로부터 선택된 양의 용융 연료 염을 제거하여 선택된 범위의 공칭 반응도 내의 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 유지하도록 구성된다.
일 실시예에서, 용융염 원자로는 용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 유지하도록 구성된 원자로 노심부를 포함한다. 용융 연료 염 제어 시스템은 원자로 노심부에 유동적으로 결합되어 선택된 양의 용융 연료 염을 선택된 핵연료 원료 물질과 캐리어 염의 혼합물을 포함하는 선택된 양의 공급재로 교체하도록 구성된 용융 연료 염 교체 시스템을 포함한다. 다른 실시예에서, 용융 연료 염 제어 시스템은 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위체를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 포함한다. 각각의 부피 변위체는 원자로 노심부 내로 삽입시 원자로 노심부로부터 선택된 양의 용융 연료 염의 부피를 변위시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 부피 변위체는 예컨대, 스필-오버(spill-over) 시스템을 통해 원자로 노심부로부터 상기 선택된 양의 용융 연료 염을 제거한다.
이상의 해결 수단은 발명의 구체적인 내용에서 추가로 후술되는 단순화된 형태로 개념의 선택을 도입하도록 제공된 것이다. 상기 해결 수단은 청구되는 주제의 핵심적인 특징 또는 본질적인 특징을 말하려고 의도된 것도 아니고, 청구되는 주제의 범위를 한정하도록 의도된 것도 아니다.
본 명세서에서는 다른 실시예들도 설명되고 인용된다.
도 1은 MCFR 페어런트(parent) 원자로와 MCFR 도터(daughter) 원자로에 의한 용융 염화물 고속 원자로(MCFR) 연료 사이클을 개략적으로 예시한다.
도 2는 용융 연료 염의 주기적인 용융 연료 제거 및 친 용융 핵연료 공급재로의 교환으로부터 얻어지는 용융 연료 염 교체로 지칭되는 MCFR 반응도 제어를 예시한다.
도 3은 용융 연료 염 교체 어셈블리를 갖춘 MCFR 시스템을 예시한다.
도 4는 원자로의 용융 연료 염을 친 핵연료 염으로 주기적으로 교체하는 것으로 제어되는 용융염 원자로에 대한 시간에 따른 중금속(HM)의 총 연소율과 원자로 노심부의 모델링된 keff 값의 그래프를 예시한다.
도 5는 열화 우라늄 공급재가 원자로 연소율과 매칭되는 속도로 제공되는 용융염 원자로에서 시간에 대한 keff의 그래프를 예시한다.
도 6은 공급재를 추가하지 않고 란타나이드(lanthanides)를 제거하지 않은 상태의 용융염 원자로에서 시간의 함수로서 keff를 나타낸 그래프를 예시한다.
도 7은 용융 연료 염 교체 어셈블리를 구비한 대안적인 예의 MCFR 시스템을 예시한다.
도 8은 UCl3-UCl4-NaCl에 대한 3상 상태도(몰%)를 예시한다.
도 9는 용융 연료 염 교체 처리의 동작을 예시한다.
도 10은 변위 요소 어셈블리를 구비한 용융염 원자로를 예시한다.
도 11은 변위 요소가 용융 연료 염에 잠기지 않은 상태의 용융 연료 염 스필-오버 시스템 및 변위 요소 어셈블리를 구비한 용융염 원자로를 예시한다.
도 12는 변위 요소가 용융 연료 염에 잠긴 상태의 용융 연료 염 스필-오버 시스템 및 변위 요소 어셈블리를 구비한 용융염 원자로를 예시한다.
도 13은 연료 변위 사이클의 다양한 단계를 예시한다.
도 14는 연료 변위 사이클의 2개의 단계를 예시한다.
도 15는 용융 연료 염 변위 처리의 동작을 예시한다.
용융염 고속 원자로 시스템은 고속 중성자 스펙트럼 핵분열 원자로를 채용한다. 일종의 용융염 원자로는 핵분열 연료용의 캐리어 염과 같은 불화 염을 포함한다. 다른 종류의 용융염 원자로는 핵분열 연료용 캐리어 염으로서 염화 염을 사용하는 용융 염화물 고속 원자로(MCFR)이다. 아래의 설명은 용융된 영화 염 원자로와 관련하여 기술되지만, 여기 기술되는 설명, 성분 및 방법들은 임의의 용융 연료 염 원자로에 적용될 수 있음을 알아야 한다.
MCFR 시스템에서, 염화 염이 제공하는 고속 중성자 스펙트럼은 우라늄-플루토늄 연료 사이클을 이용하여 양호한 증식 및 연소 성능을 가능케 한다. 고속 중성자 스펙트럼은 또한 핵분열 생성물 독성을 완화시켜 온라인 재처리 및 수반되는 증식의 위험이 없이 우수한 성능을 제공한다. MCFR 시스템의 가동 중, 용융 연료 염 제어 시스템은 연료 반응도 및/또는 연료 조성을 원하는 운용 한계 내에 유지할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 용융 연료 염 제어 시스템은 예컨대, 선택된 범위의 공칭 반응도 내의 반응도를 나타내는 파라미터를 유지하기 위해 원자로 노심부로부터 용융 연료 염을 제거하는 용융 연료 염 교체 시스템을 포함한다. 추가적인 또는 대안적인 실시예에서, 용융 연료 염 제어 시스템은 원자로에서 용융 연료 염을 제거함으로써 MCFR 시스템 내의 핵분열 반응을 제어하는(예, 선택된 범위의 공칭 반응도 내의 반응도를 나타내는 파라미터를 유지하는) 부피 변위 제어 어셈블리를 포함한다. 부피 변위 제어 어셈블리는 비-중성자 흡수재, 중성자 흡수재 및/또는 감속재를 포함하거나 이들로 형성될 수 있다.
도 1은 MCFR 페어런트 원자로(102)와 MCFR 도터 원자로(104)에 의한 용융 염화물 고속 원자로(MCFR) 연료 사이클(100)을 개략적으로 예시한다. "증식 및 연소" 고속 원자로로 지칭되는 특정 종류의 고속 원자로는 소비되는 것보다 더 많은 핵분열 핵연료를 발생시킬 수 있는 원자로이다. 예를 들면, 중성자 경제는 연소되는 것보다 더 많은 핵분열 핵연료(예, 플루토늄-239)를 원자로 친 핵연료(예, 우라늄-238)로부터 증식시킬 정도로 충분히 높다. "연소"는 "연소도(burnup)" 또는 "연료 이용률"로 지칭되며, 핵연료로부터 얼마나 많은 에너지가 추출되는 지의 척도를 나타낸다. 통상적으로 연소도가 높을수록 핵분열 반응의 종료 후에 남겨지는 핵폐기물의 양이 감소된다.
예시적인 MCFR 연료 사이클(100)은 원자로(들) 내의 핵분열 연료용 캐리어로서 용융염을 사용하도록 설계된다. 일례로, 상기 캐리어 염은 나트륨 염, 염화염, 불화염, 또는 원자로 노심부를 통해 핵분열 연료를 이송하는 임의의 다른 적절한 용융 유체 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례로, 용융 염화염은 3상 염화 연료 염을 포함하지만, 해당 3상 염화염 대신에 또는 이외에 한정되지 않고 2상, 3상 및 4상의 우라늄 및 다양한 핵분열 가능 물질의 염화 연료 염을 포함하여 다른 염화염이 사용될 수 있다. 높은 악티니드(actinide) 농도 및 얻어지는 소형의 원자로 크기에 초점을 맞춘 모델링 및 시험을 통해 다양한 조성들이 탐색되고 있다. 예를 들면, 증식된 플루토늄은 MCFR 연료 사이클(100) 내에서 PuCl3로서 존재할 수 있으며, 환원-산화 제어는 친 핵연료 공급 재료로 사용된 염화염의 산화 상태의 비율을 조정하는 것에 의해 유지될 수 있다.
예시적인 MCFR 연료 사이클(100)은 우라늄-플루토늄 연료 사이클을 채용하여 종래의 개방 연료 사이클보다 폐기물량이 크게 적은 개방 증식-연소 연료 사이클(예, 평형, 준-평형 및/또는 비평형 증식-연소 거동을 보인다)을 가능케 한다. 전술한 기술의 다양한 실시예는 몰분율로 5%가 넘는 4염화 우라늄(UCl4) 함량 레벨을 갖는 용융 연료 염을 제공하는 데, 이는 용융 연료 염 내에 중금속을 고함량화(예, 61 wt% 초과)하는 데 도움이 된다. 4염화 우라늄의 실현은 바람직한 중금속 함량 레벨 및 용융 온도(예, 330℃~800℃)가 얻어지도록 UCl4와 3염화 우라늄(UCl3)의 혼합물 및/또는 추가적인 금속 염화물(예, NaCl)을 통해 달성될 수 있다.
일 실시예에서, MCFR 페어런트 원자로(102)는 원자로 노심부로서 용융 연료 염을 유지하도록 설계된 원자로 용기와, 하나 이상의 열교환기와, 제어 시스템 등을 포함한다. 일 실시예에서, 원자로 용기는 수직축 또는 Z-축을 따라 절단시 원형 단면부를 가질 수 있지만(즉, XY-평면에서 원형 단면을 얻는다), 한정되지 않고 타원형 단면과 다각형 단면을 포함하는 다른 단면 형태가 고려된다. MCFR 페어런트 원자로(102)는 캐리어 염(예, NaCl)과 함께 예컨대, UCl4 및/또는 UCl3 등의 형태의 우라늄-235 시동 연료를 이용하여 원자로 용기 내에 농축 연료의 초기 용융 연료(106)를 장입하는 것으로 시동된다. 일례로, 초기 용융 연료(106) 혼합물은 농축 우라늄을 12.5 wt% 함유하지만, 다른 조성도 채용될 수 있다. 초기 용융 연료(106)는 MCFR 페어런트 원자로(102)의 원자로 용기 내의 원자로 노심부를 통해 순환된다. MCFR 페어런트 원자로(102)의 일 실시예에서, 용융 연료 염은 내부 중심의 원자로 노심부에서의 핵분열에 의해 가열시 상향으로 유동되고 냉각시 원자로 용기의 내주 주변으로 하강 유동된다. 가열된 유체와 중력의 대류 유동 및/또는 밸브, 펌프 등을 통한 보조 유체 유동을 이용하도록 설계된 다른 추가적인 또는 대체되는 용융 연료 유동(예, 도 3의 1차 냉매 루프(313))도 채용될 수 있음을 알아야 한다. 용융 연료의 구성 성분들은 고속 연료 순환 유동(예, 초 당 1회의 전체 순환 루프)에 의해 잘 혼합된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 열교환기는 원자로 용기의 내부에 위치되어 용융 연료 유동으로부터 열을 추출함으로써 하강 유동을 더욱 냉각시키지만, 열교환기는 추가적으로 또는 대안적으로 원자로 용기의 외부에 위치될 수 있다.
초기 시동 후, MCFR 페어런트 원자로(102)는 임계적으로 핵분열 상태에 도달하면, 초기 핵분열 연료(예, 농축 우라늄)는 친핵연료를 핵분열 연료로 변환시킨다(증식). 농축 우라늄을 포함하는 초기 핵분열 연료의 예에서, 상기 핵분열 농축 우라늄은 열화 우라늄 및/또는 천연 우라늄을 플루토늄 등의 다른 핵분열 연료로 증식시킬 수 있다. 이러한 증식-연소 사이클은 충분한 플루토늄-239 핵분열 핵연료(예, PuCl3의 형태)를 증식시켜 수십 년간 가동됨은 물론 MCFR 도터 원자로(104)와 다른 도터 원자로 및 그랜드도터(granddaughter) 원자로용 연료를 공급할 수 있다. 다른 도터 및/또는 그랜드도터 원자로는 예시되지 않지만, 다수의 원자로가 제거된 사용 연료에 의해 페어런트 원자로(102)로부터 하나 이상의 도터 원자로로 공급이 이루어질 수 있고, 상기 하나 이상의 도터 원자로는 이후 시동 재료를 하나 이상의 그랜드도터 원자로로 그리고 다시 이를 반복하는 등의 공급을 행할 수 있다. 일 실시예에서, MCFR 페어런트 원자로(102)는 천연 연료 순환점 설계에 대응하는 1000 MWt로 가동되지만, 더 높은 열 출력 레벨을 달성하는 강제 연료 순환을 포함하는 다른 가동 조건 하에서 다른 가동 출력을 달성할 수 있다. 다른 친핵연료는 한정됨이 없이 사용된 핵연료 또는 토륨을 포함할 수 있다.
이미 제안된 바와 같이, 정상 가동 중에, MCFR 페어런트 원자로(102)는 충분한 효율로 증식되어 반응도의 점진적인 향상을 지원한다. MCFR 페어런트 원자로(102)는 MCFR 페어런트 원자로(102)로부터 용융 연료 염(108)(핵분열 연료, 친핵연료, 캐리어 염 및/또는 핵분열 생성물을 포함할 수 있음)을 제거하고 해당 제거된 용융 연료 염(108)을 친핵연료 염으로 저속으로 대체하는 것에 의해 임계(예, 거의 임계)에 유지될 수 있다. 이 방식으로, 반응도는 제거된 용융 연료(108)로 표현된, 원자로 용기 내에서 순환하는 소정량의 완전 혼합된 용융 연료 염의 주기적 제거 및 친핵연료 용융 연료 공급(110)으로 표현된, 제거된 용융 연료(108)의 열화 우라늄 염화염으로의 주기적 교체에 의해 제어될 수 있다. 다른 친핵연료는 한정됨이 없이 천연 우라늄, 사용된 핵연료 또는 토륨을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제거된 용융 연료(108)는 폐기물로서 처리되도록 처분되거나 새로운 MCFR 발전소(예, MCFR 도터 원자로(104))를 가동시키기에 충분한 양의 재료를 활용 가능하기까지 저장될 수 있다. 일부 경우, 제거된 용융 연료(108)는 이를 재처리하지 않고 MCFR 도터 발전소를 가동 또는 시동시키는 데 사용될 수 있다. 후자의 경우, 거의 모든 악티니드가 추가적인 연소를 위해 다음 차수의 MCFR 발전소로 이동하는 것이 가능하여 핵폐기물과 연관된 핵확산의 위험을 피할 수 있다. 또한, 용융 연료 염은 큰 음의 값의 온도 계수, 매우 낮은 초과 반응도 및 수동적(passive) 붕괴열 제거를 나타내며, 이들은 결합되어 핵분열 반응을 안정화시킨다.
MCFR 페어런트 원자로(102)는 폐기물(112)로 예시된 소정의 폐기 성분을 발생시킨다. 일 실시예에서, 폐기물(112)은 악티니드를 포함하지 않는다. 대신에, 폐기물(112)은 기체상이고 가능하게는 휘발성의 염화물 핵분열 생성물(114)과 귀금속 등의 고상의 핵분열 생성물(116)을 포함한다. 폐기물(112)은 MCFR 페어런트 원자로(102)가 가동 중에 또는 제거된 용융 연료(108)가 분리, 처리 및 원자로로의 재도입 중에 용융 연료 염으로부터 폐기물(112)을 필터링하기 위해 기계적 필터링 및/또는 저중량 가스의 분사(sparging) 또는 임의의 다른 적절한 기법을 통해 포집될 수 있다. 기계적 필터링은 고체 핵분열 생성물(116)과 용융 연료 염에 잘 용해되지 않는 다른 입자를 포집한다. 유사하게, 비활성의 핵분열 생성 가스가 포집되어 홀딩 탱크 내에서 붕괴될 수 있다. 불용성이면서 수명이 긴 고체 핵분열 생성물(116)을 함유하는 필터는 폐기물류의 일부를 형성한다. 일 실시예에서, 폐기물(112)은 연료 염으로부터 분리된 핵분열 동위원소를 포함하지 않기 때문에 임계(criticality)의 문제를 감소시키거나 제거할 수 있다.
폐기물(112) 성분은 핵분열 변환 생성물 중 하나 이상 또는 그 붕괴 생성물 중 임의의 하나, 연료 염과 다른 핵분열 생성물의 화학 반응 생성물, 부식 생성물 등을 포함할 수 있다. 폐기물(112)(여기서는 개괄적으로 핵분열 생성물로도 지칭됨)의 기본 성분은 연료 염, 캐리어 염, 성분 및 코팅 등의 기본 성분을 기초로 한다. 용융 염화염의 경우, 핵분열 생성물은 불활성 가스 및/또는, 요오드, 세슘, 스트론튬, 할로겐, 삼중수소, 에어로졸 형태의 세미-귀금속을 포함하는 다른 가스 등 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 고체 폐기물 핵분열 생성물은 귀금속, 세미-귀금속, 알칼리 원소, 알칼리 토류 원소, 희토류 원소 등 및 이들의 분자 조합을 포함할 수 있다.
도 2는 용융 연료 염의 주기적인 용융 연료 제거 및 용융 연료 염 교체로 지칭되는 친핵연료 용융 연료 공급 재료로의 교체를 통해 MCFR 반응도의 제어를 예시한다. 용융 연료 염 교체 시스템은 일종의 용융 연료 염 제어 시스템을 나타낸다. X-축(200)은 유효 전체 출력년(power years)의 시간을 나타내고, Y-축은 모델링된 k-유효치(202)에 대한 반응도를 나타낸다. k-유효치의 파라미터는 연속적인 사이클의 핵분열 연쇄 반응 중의 핵분열 이벤트의 총 횟수를 나타내는 증배율을 나타낸다. 204, 206 및 208과 같은 각각의 k-유효치의 하강부는 용융 연료 염 교체 이벤트를 나타낸다. 원자로 내의 증식된 또는 핵분열 용융 연료 염을 친핵연료 용융 연료 공급재로 교체하는 것에 의해 MCFR은 공칭 반응도의 임계 레벨 내에 유지될 수 있다. 일부의 경우, 공칭 반응도는 상한치가 용융 연료 교체를 야기하는 해당 연료 사이클의 최대 반응도를 정의하고 하한치가 용융 연료 교체 후의 달성될 최소 반응도를 정의할 때 평균 거의 제로의 초과 반응도 가동 상태에 있다. 공칭 반응도, 상한치 반응도 및/또는 하한치 반응도 레벨은 동일하게 유지되거나 설계. 운전 및/또는 안전 파라미터를 기초로 MCFR의 수명을 변화시킬 수 있다. 반응도를 나타내는 이들 파라미터들은 한정됨이 없이 원자로에 의해 발생될 소망의 열 에너지, 안전 레벨, 부품 설계 및 수명 제한, 유지보수 요건 등을 포함할 수 있다. 한정됨이 없이 부피 변위 어셈블리, 중성자-흡수 제어 어셈블리 등의 사용을 포함하는 다른 반응도 제어 기법을 용융 연료 염 교체와 함께 사용할 수 있음을 알아야 한다. 또한, 다른 용융염 원자로는 유사한 용융 연료 교체 특징부를 채용할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 용융 연료 염에 대한 친핵연료 용융 연료 공급재의 주기적인 교체는 반응도를 제한하고 원자로 내에서 진행중인 증식-연소 거동을 유지하도록 적용될 수 있다. 시간 순으로, 용융 연료 염 및 친 핵연료 용융 연료 염의 초기 농축 연료 장입물은 증식됨으로써 원자로 내에서의 반응도를 증가시킬 수 있다. 원자로의 증식 이후, 핵분열 재료의 주기적인 제거는 원자로의 반응도를 주기적으로(시간에 따라 일정하거나 일정치 않은 기간으로) 감소 또는 제어하도록 작용함으로써 용융 연료 염의 반응도를 각각의 용융 연료 염 교체 동작마다 평균 거의 제로인 초과 반응도 가동 조건을 나타내는 임계 조건(210)(예, 거의 임계 조건)인 허용 가능한 미리 선택된 임계 레벨로 복귀시킨다. 이 교체 동작은 시간에 따라 반복됨으로써 도 2의 MCFR 반응도 제어 그래프에 예시된 것과 같은 "톱니형" 반응도 곡선을 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 주기적인 교체 동작은 원자로가 보충적인 농축 연료 재료를 추가하지 않고 무기한으로 가동될 수 있게 할 수 있다. 용융 연료 염 교체는 주기적인 것으로 설명되고 있지만, 이러한 교체는 일괄 방식, 연속식, 반연속식(예, 드립식) 방식 등으로 수행될 수 있음을 알아야 한다. 빈도수 증가(소량의 제거된 증식 연료와 연계될 수 있음)는 MCFR이 제어되고자 하는 공칭 반응도에 가깝게 제어 또는 임계치를 엄격하게 할 수 있음을 알아야 한다.
도 3은 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)를 구비한 MCFR 시스템(300)을 예시한다. 일 실시예에서, MCFR 시스템(300)은 원자로 노심부(302)를 포함한다. 원자로 노심부(302)("원자로 용기"로도 지칭될 수 있음)는 용융 연료 염 입력부(304)와 용융 연료 염 출력부(306)를 포함한다. 용융 연료 염 입력부(304)와 용융 연료 염 출력부(306)는 가동 중 용융 연료 염(308)의 흐름이 원추형 섹션을 형성하거나 포함할 수 있도록 배열됨으로써 각각 발산 노즐과 수렴 노즐로서 작용한다. 이 점에서, 용융 연료 염308)은 용융 연료 염 입력부(304)로부터 용융 연료 염 출력부(306)까지 원자로 노심부(302)의 용적을 통해 유체 상태로 이송된다.
원자로 노심부(302)는 원자로 노심부(302) 내에 있는 용융 연료 염(308) 내에 임계를 구현하기 적합한 임의의 형태를 가질 수 있다. 도 3에 예시된 바와 같이, 원자로 노심부(302)는 긴 원자로 노심부 형태일 수 있고 수직축 또는 Z-축을 따라 절단시 원형 단면(즉, XY 평면에서 원형 단면)을 가질 수 있지만, 한정됨이 없이 타원형 단면과 다각형 단면을 포함하는 다른 단면 형태를 고려할 수 있다.
원자로 노심부(302)의 크기는 원자로 노심부(302)를 통해 유동시 용융 연료 염(308) 내에 임계가 달성되도록 선택된다. 임계는 핵연료가 핵분열 연쇄 반응을 유지시키는, 즉 연료 내의 중성자 생성률이 중성자의 소비(소모)율과 적어도 동일한 가동 상태를 말한다. 예를 들면, 긴 원자로 노심부의 경우, 긴 원자로 노심부의 길이 및 단면은 원자로 노심부(302) 내에 임계를 구현하기 위해 선택될 수 있다. 임계의 구현에 필요한 특정 크기는 예시적인 MCFR 시스템(300) 내에 포함된 핵분열 재료, 친 핵연료 재료 및/또는 캐리어 염의 종류의 함수임을 알아야 한다.
원자로 시동 가동의 일부로서, 예시적인 MCFR 시스템(300)에 용융 연료 염의 초기 농축 연료 장입물이 장입된다. 원자로 시동 가동은 증식-연소 사이클의 핵분열 반응을 개시한다. 예시적인 MCFR 시스템(300)의 핵분열 반응의 반응도는 시간에 따라 증가한다(도 2 참조). 반응도가 "교체 조건" 또는 "제어 조건"으로도 지칭되는 허용 가능한 반응도 조건(예, k-유효치가 도 2에 나타낸 예에 지시된 바와 같이 예컨대 상한이 1.005인 임계치를 만족하거나 초과하는 조건)을 만족시키지 못하면, 원자로 노심부(302)로부터 선택된 양의 용융 연료 염(308)을 제거하고 그 제거된 용융 연료 염(308) 대신에 선택된 양과 조성의 친 핵연료 용융 연료 공급재(310)(예, 열화 우라늄 및/또는 천연 우라늄, 사용된 핵 연료 또는 토륨과 같은 친 핵연료 재료가 장입된 염)를 원자로 노심부(302) 내로 장입한다. 제거된 용융 연료 염(308)은 한정됨이 없이 란타나이드, 다른 핵분열 생성물, 핵분열 재료, 친 핵연료 재료 및/또는 캐리어 염 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 란타나이드의 특정 제거가 없으면 원자로 노심부(302)의 핵분열 생성물 재고와 이와 연관된 포이즈닝(poisoning)이 감소되지만, 원자로 노심부(302)로부터 핵분열 재료의 일부도 제거됨을 알아야 한다.
도 3에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(201)는 원자로 노심부(302)(또는 예시적인 MCFR 시스템(300)의 다른 부분)에 작동적으로 결합되고, 선택된 양의 용융 연료 염(308)을 선택된 양과 조성의 공급 재료(310)로 주기적으로 교체를 행하도록 구성된다. 이 점에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)는 예시적인 MCFR 시스템(300) 내의 용융 연료 염(308)의 반응도 및/또는 조성을 제어할 수 있다. 용융 염료 염(308)의 조성은 용융 연료 염(308)의 산화 상태에 영향을 미친다. 일 실시예에서, 원자로 노심부(302)로부터 제거된 용융 연료 염(308)(제거된 용융 연료(312)로 예시됨)은 적어도 일부의 핵분열 재료를 포함하지만, 공급 재료(310)는 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함함을 알아야 한다. 다른 실시예에서, 제거된 용융 연료(312)는 하나 이상의 핵분열 생성물을 포함한다. 예를 들면, 제거된 용융 연료(312)는 한정됨이 없이 용융 연료 염(308) 내의 핵분열을 통해 생성된 하나 이상의 란타나이드를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제거된 용융 연료(312)는 한정됨이 없이 핵분열 가능한 재료(예, UCl4), 하나 이상의 핵분열 생성물(예, 하나 이상의 란타나이드) 및/또는 캐리어 염(예, NaCl))의 혼합물을 포함할 수 있다. 용융 연료 염 교체는 주기적인 것으로 설명되지만, 이러한 교체는 일괄 방식, 연속식, 반-연속식(드립 방식) 방식 등으로 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
원자로 노심부(302) 내의 용융 연료 염(308)이 증식되어 친 핵연료 재료를 핵분열 재료로 변환시킴에 따라, 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)는 용융 연료 염(308)의 일부를 소정량의 핵분열 재료를 포함하는 제거된 용융 연료(312)로서 제거하고, 그 제거된 용융 연료(312)를 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함하는 공급재(310)로 교체를 행한다. 다른 실시예에서, 제거된 용융 연료(312)는 하나 이상의 핵분열 생성물을 포함한다. 따라서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)는 예시적인 MCFR 시스템(300) 내의 반응도에 대한 제어 메커니즘으로서 작용할 수 있고, 용융 연료 염(308)의 반응도를 임계 조건(예, 거의 임계 조건)으로 복귀시키도록 기능할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 예시적인 MCFR 시스템(300)의 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)는 농축재를 더 추가하지 않고 예시적인 MCFR 시스템(300)의 가동을 무기한으로 허용할 수 있다.
공급재(310)의 용융 연료 염은 한정됨이 없이 열화 우라늄, 천연 우라늄, 토륨 또는 사용된 핵연료 중 적어도 하나를 포함하는 염 등의 하나 이상의 친 핵연료 염을 포함할 수 있다. 예를 들면, 염화물계 연료의 경우, 하나 이상의 친 핵연료 염은 열화 우라늄, 천연 우라늄, 토륨 또는 사용된 핵연료 중 적어도 하나를 포함하는 염화염을 포함할 수 있다. 일부의 경우, 공급재(310)는 초기 부피보다 작은 비율 또는 분자 부피(예, 12.5%)로 예시적인 MCFR 시스템(300) 내로 공급될 수 있는 농축 우라늄 등의 핵분열 연료를 포함할 수 있다. 공급재 내에 핵분열 연료의 개재는 예시적인 MCFR 시스템(300)의 수명 전체에 걸쳐 사용되거나, 이와 달리 필요시 사용되어, 예시적인 MCFR 시스템(300) 내의 용융 연료 염을 가속 또는 농축시킴으로써 도터 원자로 내의 적재를 위해 미래의 용융 연료 염 교체에서 나중에 제거되는 연료를 품질 향상시킬 수 있다. 또한, 공급재(310)의 용융 연료 염은 한정됨이 없이 다른 캐리어 염을 사용할 수 있지만 NaCl과 같은 캐리어 염과 혼합된 하나 이상의 핵분열 연료 염 및/또는 친 핵연료 염을 포함할 수 있다.
원자로 노심부(302)는 용융염 원자로에 사용되기 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 원자로 노심부(302)의 벌크부는 일종 이상의 몰리브덴 합금, 일종 이상의 지르코늄 합금(예, Zircaloy), 일종 이상의 니오븀 합금, 일종 이상의 니켈 합금(예, Hastelloy N), 세라믹, 고온 강 및/또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 원자로 노심부(302)의 내부 표면은 부식 및/또는 방사선 손상에 저항을 제공하기 위해 일종 이상의 추가 재료로 코팅, 도금 또는 라이닝될 수 있다. 일례로, 원자로 노심부(302)는 부식 및/또는 방사선 저항 재료로 전체 또는 상당 부분이 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 원자로 노심부(302)는 배관(315)으로 형성된 하나 이상의 1차 냉매 루프(313)를 포함할 수 있는 1차 냉매 시스템(311)을 포함한다. 1차 냉매 시스템(311)은 용융 연료 염에 대해 구현되기 적합한 임의의 1차 냉매 시스템을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 1차 냉매 시스템(311)은 원자로 노심부(302)에서 발생된 열을 하나 이상의 열교환기(354)를 통해 하류 측의 열 구동식 발전 장치 및 시스템 또는 다른 열 저장소 및/또는 사용처로 전달하기 위해 하나 이상의 1차 냉매 루프(313)의 하나 이상의 배관(315) 및/또는 유체 전달 어셈블리를 통해 용융 연료 염(308)을 순환시킨다. 예시적인 MCFR 시스템(300)의 실시예는 1차 냉매 시스템(311)을 통해 선택된 양의 용융 연료 염 재고 연료를 각각 보유하는 다수의 평행한 1차 냉매 루프(예, 2~5개의 평행 루프)를 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3에 예시된 실시예에서, 용융 연료 염(308)은 1차 냉매로서 사용된다. 냉각은 원자로 노심부(302)의 온도를 그 동작 범위 내에 유지하는 속도로, 진행 중인 연쇄 반응으로 가열된 용융 연료 염(308)을 원자로 노심부(302)로부터 유동시키고, 더 온도가 낮은 용융 연료 염(308)을 원자로 노심부(302) 내로 유동시키는 것에 의해 달성된다. 이 실시예에서, 1차 냉매 시스템(311)은 원자로 노심부(302) 외부에 있을 때 용융 연료 염(308)을 임계 이하의 상태로 유지하도록 적합화되어 있다.
추가로, 도 3에 예시되지 않았지만, 예시적인 MCFR 시스템(300)은 임의의 개수의 추가적인 또는 중간의 가열/냉각 시스템 및/또는 열전달 회로를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 이러한 추가적인 가열/냉각 시스템은 원자로 노심부(302)를 그 작동 온도 범위 내에 유지하는 것 이외에 다양한 목적으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 고화된 연료 염을 포함하는 차가운 원자로가 상기 염이 용융되어 유동 가능한 작동 온도로 가열될 수 있도록 원자로 노심부(302)와 1차 냉매 시스템(311)에 3차 가열 시스템이 제공될 수 있다.
1차 냉매 루프(313)에는 다른 보조 구성 요소도 사용될 수 있다. 이러한 보조 구성 요소는 가동 중 1차 냉매로부터 석출되는 입자들을 제거하기 위해 하나 이상의 필터 또는 드롭-아웃(drop out) 박스를 포함할 수 있다. 1차 냉매로부터 원치 않는 액체를 제거하기 위해, 보조 구성 요소는 하나 이상의 정류(co-current) 또는 역류(counter-current) 혼합기/침강기(settler) 스테이지, 이온 교환 장치 또는 가스 흡수 시스템 등의 임의의 적절한 액체-액체 추출 시스템을 포함할 수 있다. 가스 제거를 위해, 보조 구성 요소는 플래시(flash) 증발 챔버, 증류 시스템 또는 가스 분리기와 같은 임의의 적절한 가스-액체 추출 장치를 포함할 수 있다. 보조 구성 요소의 일부 추가적인 실시예는 아래에 더 상세히 논의된다.
예시적인 MCFR 시스템(300)에 금속 염화물 염과 같은 다양한 금속 염의 사용으로 인해 시간에 따라 부식 및/또는 방사선 열화가 야기될 수 있음을 알아야 한다. 연료 염 또는 그 방사선에 직접적으로 또는 간접적으로 접촉되는 예시적인 MCFR 시스템(300)의 다양한 염-대면 구성 요소(예, 원자로 노심부(302), 1차 냉매 배관(315), 열교환기(354) 등)의 무결성에 미치는 부식 및/또는 방사선 열화의 영향을 완화하기 위해 다양한 조치를 취할 수 있다.
일 실시예에서, 예시적인 MCFR 시스템(300)의 하나 이상의 구성 요소를 통한 연료의 유동 속도는 선택된 연료 염 속도로 한정된다. 예를 들면, 용융 연료 염(308)은 하나 이상의 펌프(350)에 의해 예시적인 MCFR 시스템(300)의 1차 냉매 루프(313)를 통해 선택된 연료 염 속도로 펌핑 구동될 수 있다. 일부의 경우, 소정 레벨 미만의 유동 속도는 증식 처리 및 원자로 제어를 포함하는 원자로 성능에 악영향을 미칠 수 있음을 알아야 한다. 비한정적인 예로서, 1차 루프(313)(및 1차 냉매 시스템(313)의 다른 부분) 내의 총 연료 염 재고는 하한 속도의 경우 원하는 레벨을 초과할 수 있는 데, 이는 1차 루프(313)의 대응하는 배관의 단면적이 유동 속도가 감소됨에 따라 증가하여 1차 루프(313)를 통해 적절한 용적 유동을 유지할 수 있기 때문이다. 이로써, 매우 낮은 속도 한계(예, 1 m/s)는 연료 염의 원자로 노심부 배출량을 크게 하여 예시적인 MCFR 시스템(300)의 증식 처리 및 원자로 제어에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 추가로, 소정 레벨을 초과한 유동 속도는 1차 루프(313) 및/또는 원자로 노심부(302)의 내부면의 침식 및/또는 부식에 기인하여 원자로 성능 및 수명에 악영향을 미칠 수 있다. 이로써, 적절한 작동 연료 염 속도는 침식 및/또는 부식을 최소화하는 데 필요한 속도 한계와 원자로 노심부 배출 연료 염 재고를 관리하는 데 필요한 속도 한계 간에 평형을 제공할 수 있다. 예를 들면, 용융 염화물 연료 염의 경우, 연료 염 속도는 한정되는 것은 아니지만 예컨대 7 m/s 등의 2~20 m/s로 제어될 수 있다.
도 3에 예시된 실시예에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)("용융 연료 염 교체 시스템")는 사용된 연료 전달부(316)와 공급 연료 공급부(314)를 포함한다. 일 실시예에서, 사용된 연료 전달부(316)는 MCFR 시스템(300)의 하나 이상의 부분으로부터 사용된 연료(312)(예, 연소된 연료)를 수용 및 저장하는 저장소(318)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 저장소(318)에 전달되어 저장된 사용된 연료(312)는 MCFR 시스템(300) 내의 핵분열 반응에 기 사용된 용융 연료 염 혼합물(308)의 일부를 나타내며, 초기 핵분열 재료, 증식된 핵분열 재료, 친 핵연료 재료 및/또는 란타나이드와 같은 핵분열 생성물을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 사용된 연료 전달부(316)는 MCFR 시스템(300)의 하나 이상의 부분으로부터 저장소(318)로 용융 연료 염(308)을 전달하기 위한 하나 이상의 유체 전달 요소를 포함한다. 사용된 연료 전달부(316)는 용융 염 전달에 적절한 임의의 유체 전달 요소 또는 기구를 포함할 수 있다. 비한정적인 예로서, 사용된 연료 전달부(316)는 하나 이상의 파이프(320), 하나 이상의 밸브(322), 하나 이상의 펌프(미도시) 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 사용된 연료 전달부(316)는 원자로 노심부(302)에 유체 연통되게 결합된 MCFR 시스템(300)의 임의의 부분으로부터 용융 연료 염(308)을 전달할 수 있다. 비한정적인 예로서, 사용된 연료 전달부(316)는 한정되는 것은 아니지만 원자로 노심부(302), 1차 냉매 시스템(311)(예, 1차 냉매 루프(313)) 등과 같은 1차 회로의 임의의 부분으로부터 저장소(318)로 용융 연료 염(308)을 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 공급 연료 공급부(314)는 공급재(310)(예, 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물)를 저장하는 공급재 소스(317)를 포함한다. 일 실시예에서, 공급재(310)는 용융 연료 염(308)의 농도가 MCFR 시스템(300)의 1차 회로에 잔류하는 용융 연료 염(308)과 양립 가능한 친 핵연료 재료의 농도를 가지도록 혼합된 선택된 친 핵연료 재료(예, 열화 우라늄, 천연 우라늄, 사용된 핵연료, 토륨 등) 및 캐리어 염(예, NaCl)의 혼합물을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 친 핵연료 재료는 염화 우라늄, 염화 토륨 등의 친 핵연료 염을 포함할 수 있다. 이 점에서, MCFR 시스템(300) 내에 포함된 용융 연료 염(308)에 존재하는 화학양론 및/또는 화학적 성질(예, 화학적 조성 및/또는 반응도)을 적어도 근사하게 유지 또는 조절하도록 공급재의 특정 성분을 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)는 MCFR 시스템(300)의 하나 이상의 부분으로 공급재(예, 선택된 침 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 포함할 수 있음)를 동시에 또는 순차적으로 전달하면서 MCFR 시스템(300)의 하나 이상의 부분으로부터 사용된 연료(312)를 전달할 수 있다. 다른 실시예에서, 전달은 동기적으로 또는 비동기적으로 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 공급 연료 공급부(314)는 공급재 소스(317)로부터 MCFR 시스템(300)의 하나 이상의 부분으로 공급재(310)를 전달하는 하나 이상의 유체 전달 요소를 포함한다. 공급 연료 공급부(314)는 임의의 유체 전달 요소 또는 기구를 포함할 수 있다. 비한정적인 예로서, 공급 연료 공급부(314)는 하나 이상의 파이프(324), 하나 이상의 밸브(326), 하나 이상의 펌프(미도시) 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 공급 연료 공급부(314)는 공급재(310)를 공급재 소스(317)로부터 원자로 노심부(302)에 유체 연통되게 결합된 MCFR 시스템(300)의 임의의 부분으로 전달할 수 있다. 비한정적인 예로서, 공급 연료 공급부(314)는 공급재(310)를 공급재 소스(317)로부터 한정되는 것은 아니지만 원자로 노심부(302), 1차 냉매 시스템(311)(예, 1차 냉매 루프(315)) 등과 같은 1차 회로의 임의의 부분으로 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 공급재(310)는 공급 연료 공급부(314)에 의해 원자로 노심부(302)로 연속적으로 전달된다. 비한정적인 예로서, 공급재(310)는 공급 연료 공급부(314)에 의해 원자로 노심부(302)로 선택된 유동 속도로 연속적으로 전달된다. 용융 연료 염 제거 방법은 연속적, 반연속적 또는 일괄적일 수 있고, 연료 교체 방법 또는 타이밍과 동일하거나 서로 상이할 수 있음을 알아야 한다.
다른 실시예에서, 공급재(310)는 공급연료 공급부(314)에 의해 원자로 노심부(302)로 일괄 방식으로(즉, 개별 부피 단위로) 전달된다. 예로서, 공급재(310)는 매 일괄 전달의 경우에 선택된 빈도(또는 규칙적이지 않은 시간 간격), 선택된 부피 전달 크기 및 선택된 조성으로 원자로 노심부(302)로 전달된다. 선택된 빈도, 부피 전달 크기 및 조성은 시간에 따라 다를 수 있다.
다른 실시예에서, 공급재(310)는 공급 연료 공급부(314)에 의해 원자로 노심부(302)로 반연속적 방식으로 전달된다. 비한정적인 예로서, 공급재(310)는 드립 전달을 통해 원자로 노심부(302)로 전달된다. 이러한 반연속적 재료 공급(및 원자로 노심부(302)로부터의 사용된 연료의 동시 제거)은 반응도 변동을 100 pcm 미만(또는 0.001 keff 미만)으로 제한할 수 있게 한다.
다른 실시예에서, 공급 연료 공급부(314)는 원자로 노심부(302)의 산화 상태를 유지하도록 공급재의 다수의 변동의 교환을 허용하는 다중 공급재 소스 및 관련 유체 전달 요소(예, 밸브 및 배관)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 각각 UCl3, UCl4 또는 NaCl 중 하나를 포함하는 개별 공급재 소스를 사용하여 용융 연료 염(308)의 화학적 조성을 선택적으로 조절할 수 있다. UCl3-UCl4-NaCl(몰%로 나타냄)의 3상 상태도의 설명을 위해 도 8을 참조하면, 선택된 양의 UCl3, UCl4 또는 NaCl을 추가하는 것으로 용융 연료 염(308)의 산화 상태 및 화학양론을 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 저장소(318)는 원자로 노심부(302)로부터 용융 연료 염을 수용 및 저장하기에 적절한 하나 이상의 저장소를 포함한다. 저장소(318)는 사용된 연료 염의 반응도를 제한하여 반응도를 임계 미만으로 감소 또는 제한하도록 하는 크기 및/또는 설계를 가질 수 있다. 저장소(318)는 사용된 연료 염(312) 내에서 진행중인 임의의 핵분열 반응이 설계 및/또는 안전에 대한 일부 특정 임계를 초과하지 않는 것을 보장하기 위해 중성자 흡수체, 감속재, 열전달 기구 등 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 저장소(318)는 제2 세대("도터") 고속 스펙트럼 용융염 원자로를 포함할 수 있다.
사용된 연료 제거 및 공급재 공급은 원자로 노심부(302) 내의 용융 연료 염(308)의 반응도 및/또는 조성을 유지하도록 조정됨을 이해하여야 한다. 따라서, 일 실시예에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)는 교체 제어기(328)를 포함한다. 일 실시예에서, 교체 제어기(328)는 공급재 소스(317)로부터의 공급재(310)의 흐름과 원자로 노심부(302)로부터 저장소(318)로의 사용된 연료 염(312)의 흐름을 제어하기 위해 하나 이상의 능동 유체 제어 요소를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 밸브(322, 326)는 교체 제어기(328)로부터의 전기 신호를 통해 제어 가능한 능동 밸브이다. 비한정적인 예로서, 밸브(322, 326)는 한정되는 것은 아니지만 전기 제어식 양방향 밸브를 포함할 수 있다. 이 점에서, 교체 제어기(328)는 공급재 소스(317)로부터의 공급재(310)의 흐름과 원자로 노심부(302)로부터 저장소(318)로의 사용된 연료 염(312)의 흐름을 제어하기 위해 밸브(322, 326)(또는 다른 능동 유동 제어 메커니즘) 중 하나 또는 양자에 대해 제어 신호를 전송할 수 있다. 여기서 알아야 하는 것은 본 실시예가 단지 예시적인 목적으로 제공된 도 3에 도시된 전자 제어 밸브에 한정되지 않는다는 것이다. 공급재 소스(317)로부터의 공급재(310)의 흐름과 원자로 노심부(302)로부터 저장소(318)로의 사용된 연료 염(312)의 흐름을 제어하도록 구현될 수 있는 용융염 전달에 적용 가능한 다수의 유동 제어 기구 및 구성이 존재함을 알아야 한다.
일 실시예에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)는 전술한 바와 같이 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(330)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(330)는 원자로 노심부(302)의 반응도 또는 반응도 변화를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 측정 또는 모니터링하는 임의의 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 반응도 파라미터 센서(330)는 한정되는 것은 아니지만 시적분 중성자 속(neutron fluence), 중성자 속, 중성자 핵분열, 핵분열 생성물, 방사선 붕괴 이벤트, 온도, 압력, 전력, 동위체 농도(isotopic concentration), 연소 및/또는 중성자 스펙트럼 중 하나 이상을 감지 및/또는 모니터링할 수 있는 임의의 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 비한정적인 예로서, 전술한 바와 같이, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(330)는 한정되는 것은 아니지만 핵분열 검출기(예, 마이크로-포켓 핵분열 검출기), 중성자 속 모니터(예, 핵분열 챔버 또는 이온 챔버), 시적분 중성자 속 센서(예, 적산 다이아몬드 센서), 핵분열 생성물 센서(예, 가스 검출기, 베타 검출기, 또는 감마 검출기), 또는 핵분열 생성 가스 내의 동위 원소 종별 비율을 측정하도록 구성된 핵분열 생성물 검출기를 포함할 수 있다. 다른 비한정적인 예로서, 전술한 바와 같이, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(330)는 한정되는 것은 아니지만 온도 센서, 압력 센서 또는 전력 센서(예, 전력 범위 핵 계기)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 반응도는 측정된 반응도 파라미터(전술됨) 중 하나 이상으로 결정된다. 일 실시예에서, 원자로 노심부(302)의 반응도는 룩업 테이블을 이용하여 제어기(328)에 의해 결정된다. 다른 실시예에서, 원자로 노심부(302)의 반응도는 하나 이상의 모델을 이용하여 제어기(328)에 의해 결정된다. 다른 실시예에서, 반응도 파라미터는 오퍼레이터에 의해 결정되어 오퍼레이터 인터페이스를 통해 제어기(328)에 바로 입력될 수 있다. 여기서 알아야 하는 것은 반응도 파라미터 센서(330)는 MCFR 시스템(300)의 원자로 노심부(302)의 연료 염(308) 내에 위치되는 것으로 표현되고 있지만, 이 구성은 본 명세서에서 전술한 바와 같이 본 실시예에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 결정된 반응도 파라미터(측정되거나 모델링을 통해 결정된), 또는 반응도를 나타내는 파라미터는 미리 결정된 반응도 임계와 비교된다. 결정된 반응도 파라미터 또는 반응도를 나타내는 파라미터가 제어 조건을 만족시키면(예, 상한을 초과하거나 하한 미만으로 떨어지면), 제어 시스템(예, 용융 연료 염 교체 시스템, 부피 변위 시스템 및/또는 다른 제어 시스템)은 원자로 노심부(302)의 반응도를 다시 공칭 반응도 범위로 조절하도록 작동된다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(330)는 교체 제어기(328)에 통신 가능하게 결합된다. 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(330)는 교체 제어기(328)에 통신 가능하게 결합된다. 예를 들면, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(330)는 유선 접속(예, 전기 케이블 또는 광섬유) 또는 무선 접속(예, RF 전송 또는 광 전송)을 통해 교체 제어기(328)에 통신 가능하게 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 교체 제어기(328)는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함한다. 일 실시예에서, 메모리는 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)의 하나 이상의 동작 단계를 수행하도록 구성된 1세트 이상의 프로그램 명령을 유지한다.
일 실시예에서, 교체 제어기(328)의 하나 이상의 프로그램 명령은 반응도 상한을 초과하는 결정된 반응도 파라미터에 응답하여 교체 제어기(328)로 하여금 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)에 지시하여 MCFR 시스템(300)의 선택되고 결정된 양의 용융 연료 염(308)을 선택되고 결정된 양과 조성의 공급재(310)로 교체하도록 함으로써 원자로 노심부(302) 내의 용융 연료 염(308)의 반응도 및/또는 조성을 제어할 수 있다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 프로그램 명령은 다른 용융 연료 염의 조성에 대한 고려는 물론, 원자로 노심부(302)의 측정된 초과 반응도를 보상하기 위해 원자로 노심부(302)의 용융 연료 염(308)의 결정된 반응도와 선택된 교체량 및 조성을 상호 연관시키도록 구성된다. 비한정적인 예로서, 반응도 파라미터 센서(330)는 원자로 노심부(302)(또는 MCFR 시스템(200)의 다른 부분) 내의 용융 연료 염(308)과 관련된 반응도 파라미터를 획득할 수 있다. 반응도 파라미터가 선택된 상한보다 큰 반응도를 나타내는 세팅에서, 교체 제어기(328)는 상승된 반응도를 보상하도록 교체량과 조성을 결정하고, 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)에 지시하여 원자로 노심부(302)로부터 결정된 양의 용융 연료 염(308)을 제거하고 그 제거된 연료 염을 실질적으로 동일한 양의 공급재(310)로 교체하도록(예, 공급 연료 공급부(314)에 의해 교체됨) 할 수 있다.
원자로 노심부(302)로부터 제거될 사용된 연료(312)의 양은 원자로 노심부(302)의 결정된 반응도(측정값 또는 모델링 값), 핵분열 연료 및/또는 친 핵연료의 결정된 양(측정값 또는 모델링 값), 용융 연료 염(308)의 폐기물(핵분열 생성물 및 다른 가능한 중성자 흡수체를 포함함) 등을 기초로 결정될 수 있다. 상한을 초과하는 결정된 원자로 노심부 반응도는 하한과 비교하여 원자로 노심부 반응도를 선택된 공칭 반응도의 한계 내에 유지하는 데 필요한 반응도 변화량을 결정할 수 있다. 이 반응도 변화 요구량은 이후 기존의 연료에 적용하여 원자로 노심부 반응도를 반응도의 상한 및 하한의 한계 내에 유지하기 위해 제거될 사용된 연료(312)의 제거량을 결정할 수 있다. 예를 들면, 사용된 연료(312)의 결정된 제거량의 가치는 기존의 연료 조성의 (핵분열 연료의 연소, 가용 핵분열 연료, 잔류 친 핵연료 및 다른 성분, 예컨대 핵분열 생성물 및 캐리어 염을 기초로) 결정되고, 원자로 노심부의 반응도를 낮추기에 충분하면 하한과 비교할 수 있다. 연료 제거 후의 결정된 원자로 노심부 반응도를 기초로, 연료의 연속 증식을 위한 반응도, 시스템을 위한 연료량 요건을 유지하고 연료의 화학양론을 전체적으로 유지 또는 조절하기 위해 공급 연료의 가치, 부피 및 성분을 결정할 수 있다. 이들 결정 사항은 실증적 및/또는 모델링된 데이터 등을 기초로 한 룩업 테이블, 반응 및 반응도의 산출 모델을 기초로 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 공칭 반응도 레벨, 상하 반응도 레벨 및/또는 하한 반응도 임계 중 하나 이상(또는 이들의 조합)은 다양한 동작 및/또는 안전상의 이유로 원자로의 수명을 가변적으로 변화시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 용융 연료 염(308)의 공급재(310)로의 교체의 빈도, 부피 및 조성이 미리 결정된 세팅에서, 교체 제어기(328)는 여기서 논의되는 바와 같이 최종 교체 사이클 이후의 시간 및/또는 원자로 노심부(302)의 결정된 반응도에 따라 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)의 능동 요소(예, 밸브(322, 326), 펌프 등)의 제어를 통해 미리 결정된 계획된 교체 처리를 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 교체는 반도도 파라미터 센서(330) 및 다른 센서, 모니터링 기법 및 계산에 따른 결과를 기초로 가변적으로 결정된 빈도 및/또는 부피로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 원자로 노심부(302)에 추가된 공급재의 선택된 양과 조성은 원자로 노심부(302)에서 제거된 선택된 양의 사용된 연료로부터 제거된 목표 반응도에 매칭되도록 부피 및/또는 조성을 증감되게 조정될 수 있는 미리 결정된 "가치"를 가진다.
다른 실시예에서, 교체 제어기(328)는 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)에 지시하여 용융 연료 염(308)에 대한 공급재(310)의 연속 교체를 수행하도록 할 수 있는 데, 선택된 속도(예, 0.1~10 리터/일)로 공급재(310)가 원자로 노심부(302)로 연속적으로 공급되고 사용된 연료(312)는 원자로 노심부(302)로부터 연속적으로 제거된다. 다른 실시예에서, 교체 제어기(328)는 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)에 지시하여 용융 연료 염(308)에 대한 공급재(310)의 반연속 교체(예, 드립식)를 수행하도록 할 수 있다. 예로서, 교체 제어기(328)는 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)에 지시하여 용융 연료 염(308)에 대한 공급재(310)의 드립식 교체를 수행하도록 할 수 있는 데, 공급재(310)는 원자로 노심부(302)로 드립식으로 공급되고 분리된 양의 사용된 연료(312)가 원자로 노심부(302)로부터 동시에 제거된다. 다른 실시예에서, 교체 제어기(328)는 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)에 지시하여 용융 연료 염(308)에 대한 공급재(310)의 일괄 방식 교체를 수행하도록 할 수 있다. 예로서, 교체 제어기(328)는 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)에 지시하여 용융 연료 염(308)에 대한 공급재(310)의 일련의 개별적 또는 일괄적 교체를 수행하도록 할 수 있는 데, 분리된 양의 공급재(310)가 원자로 노심부(302)로 공급되고 분리된 양(공급재와 동일량)의 사용된 연료(312)가 선택된 시간 간격으로 원자로 노심부(302)로부터 동시에 또는 순차적으로 제거된다. 다른 비한정적인 예로서, 교체 제어기(328)는 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)에 지시하여 용융 연료 염(308)에 대한 공급재(310)의 1회의 개별적이거나 일괄적인 교체를 수행하도록 할 수 있는 데, 분리된 양의 공급재(310)가 원자로 노심부(302)로 공급되고 동일량의 사용된 연료(312)가 선택된 시간에 원자로 노심부(302)로부터 동시에 또는 순차적으로 제거된다.
다른 실시예에서, MCFR 시스템(300)은 하나 이상의 가스 분사부를 포함한다. 하나 이상의 가스 분사부는 원자로 노심부(302)에 작동적으로 결합되어 원자로 노심부(302)의 용융 연료 염(308)으로부터 일종 이상의 폐기 가스(예, 불활성 가스 등의 기체상의 핵분열 생성물)를 연속으로 제거하도록 구성되어 있다. 비한정적인 예로서, 하나 이상의 가스 분사부는 헬륨 및/또는 수소 가스 분사부를 포함한다. 불활성 가스는 He, Ne, Ar, Kr 및 Xe를 포함한다는 것을 알아야 한다. 또한, 용융 연료 염(308)에 흡수된 기체상 폐기물은 원자로 노심부(302)의 용융 연료 염(308)으로부터 배출되어 관련 가스 펌프를 통해 원자로에서 펌핑 배출될 수 있음을 알아야 한다.
다른 실시예에서, 원자로는 하나 이상의 필터링부를 포함한다. 하나 이상의 필터링부는 원자로 노심부(302)에 작동적으로 결합되어 귀금속 및/또는 반-귀금속 또는 다른 입자 폐기물 등의 고체 핵분열 생성물과 같은 일종 이상의 고체 폐기물 성분을 연속적으로 제거하도록 구성된다. 비한정적인 예로서, 하나 이상의 필터링부는 용융 연료 염(308)으로부터 (설계 지오메트리에 따라) 석출 및/또는 피막화되는 일종 이상의 고체 폐기물의 성분을 수집하도록 배열된 원자로 노심부(302)의 바이패스 플로우에 위치된 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 귀금속 또는 반-귀금속은 Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Sb 및 Te를 포함한다는 것을 알아야 한다.
다른 실시예에서, 1차 냉매 시스템(311)은 하나 이상의 펌프(350)를 포함한다. 예를 들면, 하나 이상의 펌프(350)는 해당 하나 이상의 펌프(350)가 1차 냉매/원자로 노심부 회로를 통해 용융 연료 염(308)을 펌핑 구동시키도록 1차 냉매 시스템(311)에 유체 연통되게 결합될 수 있다. 하나 이상의 펌프(350)는 용융 연료 염(308)에 적용 가능한 임의의 냉매/연료 펌프를 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 유체 펌프(350)는 한정되는 것은 아니지만 1차 냉매 루프(313)에 유체 연통되게 결합된 하나 이상의 기계적 펌프를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 유체 펌프(350)는 한정되는 것은 아니지만 1차 냉매 루프(313)에 유체 연통되게 결합된 하나 이상의 전자기(EM) 및/또는 기계적 펌프를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, MCFR 시스템(300)은 하나 이상의 열교환기(352)를 통해 1차 냉매 시스템(311)에 열적으로 결합된 2차 냉매 시스템(352)을 포함한다. 2차 냉매 시스템(352)은 파이프(358)로 형성된 하나 이상의 2차 냉매 루프(356)를 포함할 수 있다. 2차 냉매 시스템(352)은 용융 연료 염과 관련하여 구현되기 적절한 임의의 2차 냉매 시스템 구성을 포함할 수 있다. 2차 냉매 시스템(352)은 원자로 노심부(302)에서 발생되어 1차 열교환기(354)를 통해 수용된 열을 하류 측의 열 구동 방식의 발전 장치 및 시스템으로 전달하기 위해 하나 이상의 2차 냉매 루프(356)의 하나 이상의 파이프(358) 및/또는 유체 전달 어셈블리를 통해 2차 냉매를 순환시킬 수 있다. 단순화의 목적으로, 도 3에는 하나의 2차 냉매 루프(360)가 도시되어 있다. 그러나, 여기서 2차 냉매 시스템(352)은 2차 냉매 회로를 통해 선택된 부분의 2차 냉매를 각각 이송하는 다수의 평행한 2차 냉매 루프(예, 2~5개의 평행 루프)를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예로서, 2차 냉매는 한정되는 것은 아니지만 액체 나트륨을 포함할 수 있다. 또한, 도 3에는 도시되어 있지 않지만, MCFR 시스템(300)은 임의의 개수의 추가적인 또는 중간의 냉매 시스템 및/또는 열전달 회로를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
여기에서 MCFR 시스템(300)에 금속 염화물 염 등의 다양한 금속 염의 사용은 시간에 따라 부식 및/또는 방사선 열화를 야기할 수 있음을 알아야 한다. MCFR 시스템(300)의 다양한 염-대면 구성 요소(예, 원자로 노심부(302), 1차 냉매 배관(315), 열교환기(354) 등)의 무결성에 미치는 부식 및/또는 방사선 열화의 영향을 완화하기 위해 다양한 조치를 취할 수 있다. 일 실시예에서, 다양한 염-대면 구성 요소용 피복으로서 귀금속을 사용함으로써 이러한 구성 요소의 부식의 영향을 완화시킬 수 있다. 일 실시예에서, 나트륨-노출된 표면에 몰리브덴 피복을 사용하며, 해당 표면에 대한 부식의 영향을 완화시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 용융 연료 염은 덜 부식적인 산화 환원 반응 상태에 유지될 수 있다(예, 용융 연료 염 교체를 통해). 상기와 같은 구성 요소에 대한 용융 연료 염의 부식적 영향을 완화하기 위해 소정의 첨가제가 적용될 수 있다.
도 4는 원자로의 용융 연료 염에 대한 친 핵연료 염의 주기적인 교체로 제어되는 용융염 원자로에 대한 시간에 따른 중금속(HM) 연료의 총 연소 함량(404 곡선)과 모델링된 원자로 노심부의 keff 값(402 곡선)의 그래프(400)를 예시한다. 도 2와 관련하여서도 언급된 바와 같이, 원자로의 용융 연료 염에 대한 친 핵연료 염의 주기적 교체는 용융염 원자로 내의 반응도를 제한하고 진행 중인 증식-연소 거동을 유지하기 위해 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리는 도 5와 관련하여 언급된 바와 같이 용융염 원자로에 친 핵연료 재료(예, 열화 우라늄)가 장입된 염을 용융염 원자로에 의해 핵분열 재료가 연소되는 속도와 매칭되는 속도로 공급할 수 있다. 대안적으로, 친 핵연료 재료는 핵분열 연료가 제거되는 것과 다른 속도 및/또는 시간에 추가될 수 있다.
도 5는 열화 우라늄 공급재가 원자로 연소율에 매칭되는 속도로 제공되는 모델링된 용융염 원자로의 시간에 대한 keff(502 곡선)의 그래프(500)를 예시한다. 이 실시예에서, 교체 어셈블리는 용융염 원자로로부터의 제거를 위해 란타나이드를 구체적으로 목표로 하지 않거나 이를 필요로 하지 않지만 용융염 원자로 내의 용융 연료 염의 벌크 부피 제거를 통해 이들을 제거함을 알아야 한다. 제거된 재료는 한정됨이 없이 란타나이드, 다른 핵분열 생성물, 핵분열 재료, 친 핵연료 재료 및/또는 캐리어 염 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 용융염 원자로는 증식되어 약 10~15년에 대략 1.03의 keff의 피크에 도달한다. 이후 용융염 원자로는 핵분열 생성물 재고가 증가하는 동안 핵분열 재료를 포함하는 악티니드 재고가 감소함에 따라 반응도의 손실을 경험한다. 이러한 구성은 20년 이상 동안 가동되어 초기에 원자로 내에 장입되어 용융염 원자로의 수명 중에 후에 용융염 원자로에 공급되는 중금속 연료의 36% 이상을 연소시킨다는 것을 알아야 한다. 적용될 수 있는 예시적인 keff의 범위는 한정됨이 없이 하한으로 1.0이고 상한으로 1.035를 포함하여 예시적인 공칭 반응도 범위를 형성할 수 있다. 다른 예의 keff는 한정됨이 없이 하한으로 1.001이고 상한으로 1.005를 포함하여 다른 예의 공칭 반응도 범위를 형성할 수 있다. 또 다른 예의 공칭 반응도 범위는 1.0을 초과하여 약 1.01까지 확장될 수 있다. 다른 공칭 범위 및 한계가 채용될 수 있다. 또한, 한정됨이 없이 제어봉 또는 제어 드럼, 감속재 등을 포함하는 다른 제어 시스템을 채용할 수 있다.
도 6은 공급재를 추가하지 않고 란타나이드를 제거하지 않은 상태의 용융염 원자로에 대한 시간의 함수로서 keff를 나타낸 그래프(600)를 예시한다. 602 곡선은 불활성 가스 및 귀금속/반-귀금속과 같은 폐기 핵분열 생성물이 원자로 노심부(302)에서 제거되는 경우의 keff를 나타낸다. 이러한 경우, 계산에 따르면, 30% 연소가 달성될 수 있고, 수명은 약 9년이 된다. 604 곡선은 원자로 노심부(302)에서 무엇도 제거되지 않는 경우의 시간의 함수로서의 keff를 나타낸다. 이러한 경우, 계산에 따르면, 10% 연소가 달성될 수 있고, 수명은 약 3년이 된다.
도 7은 용융 연료 염 교체 어셈블리를 구비한 대안적인 예의 MCFR 시스템(700)을 예시한다. 1차 냉매 시스템은 1차 냉매(740)가 원자로 노심부(702)(예, 주요 용기 원자로 노심부)의 원자로 용기(742) 내에서 순환되는 용융 연료 염을 포함하도록 구성된다. 이 점에서, 용융 연료 염은 1차 냉매 회로의 일부로서 원자로 노심부(702)로부터 유동되는 것이 아니라, 용융 연료 염은 원자로 노심부(702)를 통해 1차 냉매로서 유동된다. 이 실시예에서, MCFR 시스템(700)은 원자로 노심부(702)를 통하고 하나 이상의 열교환기(746)를 통한 1차 냉매(740)가 원자로 노심부(702)로부터 유동되지 않고 1차 냉매 회로의 일부로서 다시 하나 이상의 열교환기(746)를 통해 유동되면서 용융 연료 염이 유동되도록 원자로 노심부(702)용 2차 냉매 회로에 하나 이상의 열교환기(746)를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 이로써, 원자로 노심부(702)로부터의 열은 하나 이상의 열교환기(746)를 통해 2차 냉매 시스템(미도시)으로 전달된다.
도 7에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(701)는 원자로 노심부(702)(또는 예시적인 MCFR 시스템(700)의 다른 부분)에 작동적으로 결합되어 선택된 양의 용융 연료 염(708)를 선택된 양과 조성의 공급재(710)로 주기적으로 교체하도록 구성된다. 이 점에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(701)는 예시적인 MCFR 시스템(700) 내의 용융 연료 염(708)의 반응도 및/또는 조성을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 원자로 노심부(702)에서 제거된 용융 연료 염(708)(저장소(718) 내의 제거된 용융 연료(712)로 예시됨)은 적어도 일부의 핵분열 재료를 포함하지만, 공급재(710)는 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함한다는 것을 알아야 한다. 다른 실시예에서, 제거된 연료(712)는 일종 이상의 핵분열 생성물을 포함할 수 있는 폐기물을 포함한다. 예를 들면, 제거된 용융 연료(712)는 한정됨이 없이 용융 연료 염(708) 내의 핵분열을 통해 생성된 하나 이상의 란타나이드를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제거된 용융 연료(712)는 한정됨이 없이 핵분열 가능한 재료(예, UCl4), 하나 이상의 핵분열 생성물(예, 하나 이상의 란타나이드) 및/또는 캐리어 염(예, NaCl))의 혼합물을 포함할 수 있다. 용융 연료 염 교체는 주기적인 것으로 설명되지만, 이러한 교체는 일괄 방식, 연속식, 반-연속식(드립 방식) 방식 등으로 수행될 수 있고 한 번의 연료 교체에서 다음 번의 교체까지 주기적으로, 산발적으로 또는 타이밍을 다르게 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
도 7에 예시된 실시예에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리(701)("용융 연료 염 교체 시스템")는 사용된 연료 전달부(716)와 공급 연료 공급부(714)를 포함한다. 용융 연료 염 교체 어셈블리(701)는 도 3의 용융 연료 염 교체 어셈블리(301)와 동일하거나 유사한 요소를 포함할 수 있고 동일하거나 유사한 방식으로 동작할 수 있지만, 다른 구조 및 동작도 채용할 수 있다. 도 7에 예시된 바와 같이, 교체 제어기(728)는 공급재 소스(717)로부터의 공급재(310)의 흐름과 원자로 노심부(702)로부터 저장소(718)로의 사용된 연료 염(712)의 흐름을 제어하기 위해 하나 이상의 능동 유체 제어 요소를 제어할 수 있다.
원자로 노심부(702) 내의 용융 연료 염(708)이 증식되어 친 핵연료 재료를 핵분열 재료로 변환시킴에 따라, 용융 연료 염 교체 어셈블리(701)는 용융 연료 염(708)의 일부를 공급재 소스(717) 내의 제거된 용융 연료(712)로서 제거하고, 그 제거된 용융 연료(712)를 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함하는 공급재(710)로 교체를 행한다. 다른 실시예에서, 제거된 용융 연료(712)는 하나 이상의 핵분열 생성물을 포함한다. 따라서, 핵분열 연료는 물론 란타나이드 및 다른 중성자 흡수체를 제거하는 용융 연료 염 교체 어셈블리(701)는 예시적인 MCFR 시스템(700) 내의 용융 연료 염(708)의 반응도 및 수명 익스텐더(extender)에 대한 제어 메커니즘으로서 작용할 수 있다. 연료 교체의 제어 장점은 용융 연료 염(308)의 반응도를 임계 조건(예, 거의 임계 조건)으로 복귀시키도록 기능할 수 있고, 중성자 흡수체 및/또는 개질제(modifier)를 제거하는 것에 의해 원자로의 효율을 증가시킬 수 있다는 것이다. 따라서, 일 실시예에서, 예시적인 MCFR 시스템(700)의 용융 연료 염 교체 어셈블리(701)는 농축재를 더 추가하지 않고 예시적인 MCFR 시스템(700)의 가동을 무기한으로 허용할 수 있다. 용융 연료 염 교체는 원자로의 가동 중에 및/또는 유지 보수 정지 기간 중에 행할 수 있음을 알아야 한다.
공급재(710)의 용융 연료 염은 한정됨이 없이 열화 우라늄, 천연 우라늄, 토륨 또는 사용된 핵연료 중 적어도 하나를 포함하는 염 등의 하나 이상의 친 핵연료 염을 포함할 수 있다. 예를 들면, 염화물계 연료의 경우, 하나 이상의 친 핵연료 염은 열화 우라늄, 천연 우라늄, 토륨 또는 사용된 핵연료 중 적어도 하나를 포함하는 염화염을 포함할 수 있다. 또한, 공급재(710)의 용융 연료 염은 한정됨이 없이 다른 캐리어 염을 사용할 수 있지만 NaCl과 같은 캐리어 염과 혼합된 하나 이상의 친 핵연료 염을 포함할 수 있다.
도 8은 UCl3-UCl4-NaCl에 대한 3상 상태도(몰%)를 예시한다. 일 실시예에서, 모델링된 MCFR 시스템은 다양한 염화 나트륨 및 염화 우라늄 성분으로 이루어진 염 혼합물을 사용한다. 이러한 조성의 일례는 도 8의 3원 상태도에 예시된 바와 같은 NaCl, UCl3 및/또는 UCl4중 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 음영 영역(802)은 500℃ 용융점 엔벨로프의 범위를 나타낸다. 다수의 연료 염 조성이 고려되었고 순수 증식 및 연소 거동을 행할 수 있는 것으로 예시되었다. 최종 조성의 선택은 산화 상태/부식, 용해도, 점도 및 원자로 크기를 포함하는 다양한 인자에 의존한다.
모델링은 한정됨이 없이 82UCl4-18UCl3, 17UCl3-71UCl4-12NaCl, 50UCl4-50NaCl을 포함하는 MCFR 실시예에 사용되기 적절한 용융점을 가지는 3원 상태도(800)에서의 상이한 특정 염에 대해 조사가 행해졌다. 모델링 결과는 상기와 같은 연료 염의 실시예가 증식 및 연소 거동을 유지시켜서 여기 설명되는 원자로 실시예에 사용될 수 있음을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 3원 상태도(800)는 UCl3-UCl4-NaCl의 임의의 혼합물에 대한 예상 용융 온도를 보여준다. 특히 관심 대상의 혼합물은 약 500℃ 미만의 용융점을 가지는 혼합물로, 해당 혼합물은 3원 상태도(800)의 음영 영역(8023)에 예시된다. 공융점(804)은 338℃의 용융 온도와 17UCl3-40.5UCl4-42.5NaCl의 조성(즉, 17몰%의 UCl3, 40.5 몰%의 UCl4 및 42.5몰%의 NaCl)을 가진다. 음영 영역(802)은 500℃의 용융점 엔벨로프를 나타낸다. 이 음영 영역(802)의 최우측으로 이동하면, 17UCl3-71UCl4-12NaCl의 예시적인 실시예(806)가 제공되지만, 500℃ 미만의 용융점을 가지는 다양한 연료 염으로서 음영 영역(802)의 용융점 엔벨로프 내에 다수의 가능한 조성이 존재함을 이해하여야 한다. 또한, 용융 온도 한계가 508℃까지 다소 확장되면, 34UCl3-66NaCl의 조성은 UCl4가 없는 옵션을 제공한다. 유사하게, 3원 상태도(800)는 특정 UCl3-UCl4-NaCl 연료 염의 실시예의 범위가 약 800℃~338℃의 임의의 주어진 용융점에 대해 식별될 수 있게 한다. 예를 들면, 300℃~550℃, 338℃~500℃ 및 338℃~450℃의 용융점의 3상 염이 용이하게 식별될 수 있다. 조성 변화를 검출하는 예시적인 방법은 한정됨이 없이 다음의 것을 포함할 수 있다:
1) 산화 환원 반응(redox)의 측정
2) 샘플의 온라인 글로우 방전 질량 분석
3) 원자로 노심부의 반응도 변화
4) 유리 방전 질량 분석(GDMS)를 포함하는 오프라인 샘플 분석
5) 감마 분광.
혼합물의 특정 조성은 최종적인 우라늄 함량 레벨과 용융 온도가 원하는 레벨을 달성하도록 UCl4, UCl3 또는 NaCl 중 2개 이상을 포함하는 임의의 제형(fomulation)을 포함할 수 있다. 비한정적인 예로서, 상기 특정 조성은 대응하는 용융 온도가 330℃~800℃에 속하도록 선택될 수 있다. 다른 비한정적인 예로서, 상기 특정 조성은 전체 우라늄 함량 레벨이 61 wt% 이상이 되도록 선택될 수 있다. 전체 우라늄 함량 레벨을 선택하는 것 이외에, 연료 조성도 선택된 양의 핵분열 우라늄(친 핵연료와 반대됨)을 만족시키기 위해 결정될 수 있다. 예를 들면, 용융 연료 염의 특정 조성은 용융 연료 염의 U-235 함량이 20% 미만이 되도록 선택될 수 있다.
다음의 설명은 관심 대상의 특정 실시예를 언급할 것이지만, 다음의 설명은 청구되는 본 발명의 범위를 후술되는 실시예에만 한정하지 않으며, 오히려 도 8로부터 확인되는 해당 임의의 실시예들은 물론 NaCl이 아닌 다른 금속 염화물을 가지는 임의의 실시예들을 고려할 수 있다. 예시적인 추가의 비핵분열성 금속 염화물은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3, AmCl3, LaCl3, CeCl3, PrCl3 및/또는 NdCl3를 포함한다.
액체 연료는 연료 냉매 내에 열이 "생성"된다는 점에서 고체 연료에 대하여 고유한 장점을 가진다. 고체 연료는 (1) 연료 요소의 외부면으로 열을 전도하고, (2) 피복을 통해(물리적 갭을 통과하거나 접합 재료를 통하는 것을 포함) 열을 전도하고, (3) 피복 표면으로부터 1차 냉매로 열을 대류 순환시키고, (4) 열을 원자로 노심부로부터 이류 이동(advection)시킬 수 있다. 이에 비해, 액체 연료는 (4) 항목의 단계에 허용 가능한 열전달을 제공하여 연료 염/1차 냉매를 원자로 노심부로부터 1차 열교환기로 수송한다. 추가로, 고려 대상의 액체 염은 유사한 온도에서 액체 나트륨의 거의 2배인 부피 열 용량을 가진다.
용융 연료 염이 제공하는 다른 핵심적인 장점은 큰 음수값의 온도 계수에 있는 데, 이로부터 고온 염이 저온 염보다 덜 반응적이 된다. 결국, 과열(예, 히트 싱크의 소실)이 야기되는 과도 현상(transient)이 연료 염의 팽창에 의해 크게 제한된다. 예를 들면, 용융 염화물 고속 원자로(MCFR)에서, 선택된 염화물염 조성물이 600℃에서 800℃로 가열됨에 따라 해당 조성물의 밀도가 12%가 넘게 떨어짐으로써 도플러 효과에 의해 제공되는 것보다 약 50배 강한 음의 반응도 피드백을 제공한다.
1-염화물, 3-염화물 및 4-염화물의 개수의 비율이 유사한 연료 염은 거동이 유사하다. 용융 염화물 고속 원자로의 원자로 노심부 내의 산화 상태는 예컨대, 부착된 염소 분자의 수에 의해 구분된 분자의 비율로서 정의될 수 있다. 원자로 노심부의 산화 상태는 원자로 노심부 내의 선택된 양의 연료 염을 유사한 양의 보급염 또는 공급재로 교체하는 것에 의해 제어될 수 있는 데, 여기서 공급재의 조성은 원자로 노심부의 산화 상태를 목표 산화 상태로 가져갈 수 있게 설계된다. 일 실시예에서, 공급재는 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 포함한다.
일 실시예에서, 원자로 노심부 내의 연료 염은 초기엔 대부분 1-염화물, 3-염화물 및 4-염화물로 이루어진 산화 상태에 있다. 이러한 초기의 연료 염 조성(선택된 양의 연료 염의 제거 및 공급재의 추가 이전의 조성)은 초기 연료 염 벡터(f)로 표현되는 데, 여기서 첨자 x는 연료 염의 각 분자 내에 존재하는 염화물 이온의 개수를 나타낸다. 2, 5, 6개의 염화물 원자를 가지는 분자는 원자로 노심부 내에 미량으로 존재할 수 있으므로, 이들 분자는 무시할 수 있다-용융 염화물 연료의 주요(bulk) 특성은 1-염화물, 3-염화물 및 4-염화물에 의해 지배된다(용융 염화물 연료가 1-염화물(f1), 3-염화물(f3), 4-염화물(f4)에 의해 지배되는 단순화된 연료 염 벡터를 나타내는 수학식 1을 참조). 이로써, 목표 염 혼합물이 PbCl2-UCl3-UCl4(또는 PuCl2-UCl3-UCl4)이면, 2-염화물, 3-염화물 및 4-염화물에 대한 제어가 행해질 수 있다. 주의: 연료 염 벡터는 다른 염화물 염 및 불화물 염에 일반화될 수 있다. 따라서, 불화물 염에 유사한 제어 접근이 적용될 수 있는 데, 여기서 첨자 x는 연료 염의 각 분자 내의 불화물 이온의 개수를 나타낸다.
Figure pct00001
이로써, 초기 연료 염 벡터(f)는 수학식 1에 주어진 단순화된 연료 염 벡터로 표현될 수 있다.
시간의 시작시 원자로 내에 존재하는 초기 연료 염의 양으로 정규화되는 상기 시간에 따른 선택된 양(r)의 초기 연료 염의 제거(예, 특정 MCFR 시스템의 경우 1년 당 약 1%)는 선택된 양의 초기 연료 염의 제거 후에 원자로 내에 잔류하는 연료 염을 나타내는 수학식 2로 표현된 조정된 연료 염 벡터(f)를 생성한다.
Figure pct00002
목표 연료 염 벡터(f)로 표현된 원자로 내의 목표 연료 염 조성은 공급연료 염 벡터(m)로 표현된 선택된 양과 조성의 공급재를 추가하는 것으로 조정된 연료 염 조성(f')으로부터 특정 산화 상태 및/또는 화학양론을 달성하도록 설정될 수 있다. 이 관계는 수학식 3 및 4로 표현되는 데, 여기서 (r)~C*(f)이다.
Figure pct00003
Figure pct00004
다른 표기법으로, 이 관계는 수학식 5 및 6으로 표현된다.
Figure pct00005
Figure pct00006
주어진 수학식 3~6에서, 목표 산화 상태 및/또는 화학양론을 달성하도록 원자로에 추가될 공급재의 양 및 조성이 결정된다(예, (m)). 각각의 분자 타입에 대해, 보급 연료 염 벡터(mx)는 수학식 7로 표현되는 데, 여기서 첨자 x는 연료 염의 각 분자 내의 불화물 이온의 개수를 나타내며, C는 주어진 시간 내 제거되는 정규화된 양을 나타낸다.
Figure pct00007
핵분열 원자로는 제로 또는 거의 제로인 초과 반응도로 가동되어 일정한 출력으로 가동된다. 원자로 내의 용융 연료 염의 산화 상태를 제어하는 것 이외에, 연료 염을 공급재로 교체하는 것에 의해 설명된 용융염 원자로 실시예의 반응도를 현장에서 조정할 수 있다.
연소 용융 염 원자로에서, 핵분열 재료는 연소됨으로써 반응도는 시간에 따라 감소되는 경향이 있다. 이로써, 공급재는 농축 우라늄 또는 재처리된 초우라늄과 같이 핵분열 재료 내에 상당량의 고반응도 연료 염을 고함량 함유하도록 설계된다. 증식 용융 염 원자로에서, 핵분열 재료는 핵분열 반응에 의해 소모되는 것보다 빨리 생성되므로, 반응도는 시간에 따라 증가되는 경향이 있다. 이로써, 공급재는 천연 우라늄, 열화 우라늄, 사용된 핵연료 또는 토륨과 같이 친 핵연료 재료 내에 저 반응도 연료 염을 고함량 함유하도록 설계된다. 공급재가 원자로 노심부 내로 도입되는 속도는 반응도를 공칭 반응도(예, 1 또는 1보다 다소 큰 kerf, 반응도 상한 및/또는 반응도 하한)와 같은 소정의 설계 한계 내에 유지하도록 선택된다.
도 9는 용융 연료 염 교체 처리의 동작(900)을 예시한다. 시스템 공급 동작(902)은 용융 염화물 고속 원자로(예시적인 용융염 원자로)에 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다. 모니터링 동작(904)은 용융 연료 염에 대한 교체 조건을 모니터링한다. 예를 들면, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서는 용융 염화물 고속 원자로 내의 반응도를 모니터링할 수 있고, 및/또는 예컨대 라만 분광학을 이용한 화학 조성 센서는 용융 염화물 고속 원자로 내의 용융 연료 염의 조성을 모니터링할 수 있다. 일 실시예에서, 모니터링은 라만 분광학을 이용하여 실시간으로 수행될 수 있다. 라만 분광학은 샘플의 식별 및 정량화에 이용될 수 있는 분자 진동에 대한 정보를 제공한다. 상기 기법은 샘플에 단색광 소스(즉, 레이저)를 조사하고 산란광을 검출하는 것을 포함한다. 연료는 소정량이 예컨대 측면 스트림으로 원자로 노심부로부터 제거되어 모니터링 셀을 통과하게 되는 데, 모니터링 셀은 분광이 관통 수행될 수 있는 "윈도우"를 포함한다. 예시적인 라만 윈도우 재료는 용융 석영, 용융 실리카, 사파이어, 다이아몬드 및 일부 유리가 있다. 원자로 및 모니터링 시스템의 동작 파라미터를 만족시킨다면 임의의 재료도 사용될 수 있다. 교체 조건은 용융 연료 염 교체 이벤트를 촉발시키는 모니터링된 반응도, 조성 또는 일부 다른 동작 파라미터에 대해 설정될 수 있다.
교체 조건이 만족되지 않았다면, 판단 동작(906)은 처리를 모니터링 동작(904)으로 복귀시킨다. 교체 조건이 만족되었다면, 판단 동작(906)은 처리를 제거 동작(908)으로 진행시켜, 용융 염화물 고속 원자로에서 선택된 양의 용융 연료 염을 제거한다. 교체 동작(910)은 제거된 양의 용융 연료 염을 선택된 양 및/또는 조성의 공급재를 용융 염화물 고속 원자로 내로 공급하여 교체를 행한다. 처리는 모니터링 동작(904)으로 복귀한다.
도 10은 부피 변위 어셈블리(1002)를 구비한 용융염 원자로(1000)를 예시한다. 부피 변위 시스템은 일종의 용융 연료 염 제어 시스템을 나타낸다. 일 실시예에서, 부피 변위 어셈블리(1002)는 용융 연료 염(1006)을 포함하는 원자로 노심부(1004)에 작동적으로 결합된다. 부피 변위 어셈블리(1002)는 소정 부피의 용융 연료 염(1006)을 선택적으로 변위시키도록 구성된다. 이 점에서, 부피 변위 어셈블리(1002)는 용융 연료 염(1006) 내의 반응도를 제어하기 위해 소정 부피의 연료 염(108)을 변위시킬 수 있다. 부피 변위 어셈블리(1002)는 원자로 노심부(1004)(예, 원자로 노심부 중심)에 배치된 용융 연료 염(1006)과 그에 따른 핵분열 재료의 부피를 제어하는 것에 의해 용융염 원자로의 반응도를 제어할 수 있다. 비한정적인 예로서, 원자로 노심부(1004)가 초과 반응도를 가지는 세팅에서, 충분한 부피(예, 0.1~10.0 m3)의 용융 연료 염이 부피 변위 어셈블리(1002)에 의해 변위됨으로써 반응도가 임계 레벨 또는 임계 미만 레벨 등의 낮은 반응도 한계로 감소된다. 용융염 원자로(1000) 내의 다양한 구성에 다수의 부피 변위 어셈블리를 사용할 수 있음을 알아야 한다.
일 실시예에서, 부피 변위 어셈블리(1002)는 부피 변위 요소(1010), 액추에이터(1012) 및 액추에이터 제어기(206)를 포함한다. 일 실시예에서, 부피 변위 요소(1010)는 비-중성자 흡수재로 형성된다. 이 점에서, 부피 변위 어셈블리(1010)는 중성자 흡수 처리를 거치지 않고 용융 연료 염(1006)(및 핵분열 재료)의 유체 부피 변위를 통해 용융염 원자로(1000) 내의 반응도를 제어한다. 비-중성자 흡수 재료의 사용은 원자로 노심부(1004) 내로 중성자 흡수재의 도입시 생길 수 있는 반응도에 대한 상당한 영향을 회피하게 되므로 용융염 원자로(1000)에 특히 유리하다는 것을 알아야 한다. 용융 염의 유체 부피 변위를 기초로 동작되는 비-중성자 흡수 재료의 부피 변위 요소는 중성자 흡수 제어 요소보다 더 예민한 반응도 제어를 제공할 수 있다.
그러나, 부피 변위 요소(1010)(예, 변위봉)는 임의의 비-중성자 흡수 재료로 형성될 수 있지만, 이 요소에 추가로 또는 대안적으로 중성자 흡수 및/또는 중화 재료를 적용할 수 있음을 알아야 한다. 이로써, 부피 변위 요소(1010)는 대안적으로 중성자 투과 재료 또는 중성자 반사 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 부피 변위 요소(1010)는 필요로 하는 것은 아니지만 지르코늄, 강, 철, 그라파이트, 베릴륨, 몰리브덴, 납, 텅스텐, 보론, 카드뮴, 일종 이상의 몰리브덴 합금(예, TZM 합금), 일종 이상의 텅스텐 합금(예, 텅스텐 카바이드), 일종 이상의 탄탈 합금, 일종 이상의 니오븀 합금, 일종 이상의 레늄 합금, 일종 이상의 니켈 합금, 실리콘 카바이드 등으로 형성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 부피 변위 요소(1010)는 연료의 유체 부피 변위를 통해 그리고 중성자 흡수를 통해 반응도를 제한할 수 있다.
일 시리시예에서, 부피 변위 요소(1010)는 도 10에 예시된 바와 같이 봉(1016)을 포함한다. 예를 들면, 부피 변위 요소(1010)는 중실형 또는 중공형의 봉을 포함한다. 여기서 변위 봉(1016)은 임의의 봉형을 취할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들면, 부피 변위 요소(1010)의 변위 봉은 원통형, 정사각 또는 직사각 기둥형, 삼각 기둥형, 다각 기둥형 등을 취할 수 있다. 다른 실시예에서, 부피 변위 요소(1010)는 변위 봉 세트(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 변위 봉 세트는 어레이 또는 스포크 패턴으로 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 액추에이터(1012)는 해당 액추에이터(1012)가 부피 변위 요소(1010)를 선택적으로 수평 이동시킬 수 있도록 부피 변위 요소(1010)에 작동적으로 결합된다. 액추에이터(1012)는 임의의 작동 기구를 포함할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(1012)는 한정되는 것은 아니지만 변위 봉 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 액추에이터(1012)는 부피 변위 요소(1010)를 양방향으로 구동하도록 구성된다. 이 점에서, 액추에이터(1012)는 원하는 바에 따라 부피 변위 요소(1010)를 원자로 노심부(1004) 내외로 구동할 수 있다. 다른 실시예에서, 액추에이터(1012)는 부피 변위 요소(1010)를 제1 정지 위치와 제2 정지 위치 사이의 하나 이상의 중간 위치에서 구동을 정지시키도록 구성된다. 이 점에서, 액추에이터(1012)는 부피 변위 요소(1010)를 원자로 노심부(1004)의 용융 연료 염(1006) 내로 선택된 양으로 삽입하도록 선택된 방향(예, 축방향)을 따라 평행 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 봉형의 부피 변위 요소(1010)의 경우, 액추에이터(1012)는 용융 연료 염(1006) 내에 삽입되는 봉형의 부피 변위 요소(1010)의 길이(L)를 조절하는 것에 의해 부피 변위 요소(1010)를 선택된 부피로 삽입할 수 있다.
부피 변위 어셈블리(1002)는 원하는 바에 따라 원자로 노심부(1004) 내의 용융 연료 염(1006)으 반응도를 감소시키는 데 필요한 원자로 노심부(1004) 내의 용융 연료 염(1006)의 부피를 임의의 양으로 변위시킬 수 있음을 알아야 한다. 비한정적인 예로서, 원자로 노심부(1004) 내의 용융 연료 염(1006)의 부피는 원자로 노심부(1004)의 특정 연료 제형 및 동작의 측면에 따라 10~100 m3의 범위를 가질 수 있다. 이러한 세팅에서, 입방미터의 일부의 부피 변위만으로도 원자로 노심부(1004) 내의 반응도를 크게 감소시켜, 일부의 경우, 원자로를 정지시킬 정도로 염의 부피 변위를 제공할 수 있다. 예를 들면, 중요치 않은 제어 또는 비-정지 가동에서, 부피 변위 요소(1010)에 의해 부여된 부피 변위는 한정되는 것은 아니지만 0.1~10 m3의 부피 변위를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도 10에 예시된 바와 같이, 부피 변위 어셈블리(1010)는 부피 변위 요소(1010)를 원자로 노심부(1004)의 중심 영역 내로 삽입할 수 있다. 이 점에서, 액추에이터(1012)는 도 10에 예시된 바와 같이 부피 변위 요소(1010)를 원자로 노심부(1004)의 축방향으로 따라 평행 이동시킬 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이 원자로 노심부가 회전 대칭으로 주어지면, 부피 변위 요소(1010)를 원자로 노심부(1004)의 단면 중심에 위치시키는 것에 의해 부피 변위 요소(1010)와 관련된 최대의 반응도 가치가 실현될 수 있음을 알아야 한다. 중심 정렬된 부피 변위 요소(1010)는 본 개시 내용의 용융염 원자로(1000)에 대한 제한이 아니고 단지 예시적인 목적으로 제공된 것임을 알아야 한다. 더욱이, 변위 요소(1010)는 도 10에 단일 요소로 예시되고 있지만, 변위 요소는 복수의 삽입형 요소를 포함할 수 있으며, 이들은 반응도, 연료 흐름, 국부 온도를 관리하기 위해 원자로 노심부 내외로 동시에 출입 가능하거나 개별적으로 이동 및 제어될 수 있다.
다른 시리시예에서, 액추에이터 제어기(1010)는 선택된 부피의 부피 변위 요소(1010)를 선택된 거리로 원자로 노심부(1004) 내에 포함된 소정 부피의 용융 연료 염(1006) 내로 삽입하도록 액추에이터(1012)에 선택적으로 지시하도록 구성된다. 예를 들면, 액추에이터 제어기(1014)는 액추에이터(1012)에 지시하여 부피 변위 요소(1010)가 부분적으로 또는 전체적으로 용융 연료 염(1006)에 잠겨지도록 부피 변위 요소(1010)를 평행 이동시킬 수 있다. 액추에이터 제어기(1014)는 액추에이터(1012)에 통신 가능하게 결합된다. 예를 들면, 액추에이터 제어기(1014)는 유선 접속(예, 전기 케이블 또는 광섬유) 또는 무선 접속(예, RF 전송 또는 광 전송)을 통해 액추에이터(1012)에 통신 가능하게 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 액추에이터 제어기(1012)는 오퍼레이터로부터 부피 변위 작동 명령을 접수하도록 구성된 오퍼레이터 인터페이스를 포함한다. 이 점에서, 오퍼레이터는 부피 변위 요소(1010)의 작동 상태의 제어를 선택적으로 지시할 수 있다. 다른 실시예에서, 액추에이터 제어기(1014)는 아래 논의되는 바와 같이 용융 연료염 원자로(1000)의 하나 이상의 파라미터가 감지 또는 모니터링되는 것에 응답하여 부피 변위 요소(1010)의 작동을 자동으로 지시할 수 있다.
다른 실시예에서, 용융염 원자로(1000)는 반응도 파라미터 센서(1030)를 포함한다. 반응도 파라미터 센서(1030)는 용융염 원자로(1000)의 용융 연료 염(1006)의 반응도 또는 반응도 변화를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 측정 또는 모니터링할 수 있는 임의의 하나 이상의 센서를 포함한다. 예를 들면, 반응도 파라미터 센서(1030)는 한정되는 것은 아니지만 시적분 중성자 속, 중성자 속, 중성자 핵분열, 핵분열 생성물, 방사선 붕괴 이벤트, 온도, 압력, 전력, 동위체 농도, 연소 및/또는 중성자 스펙트럼 중 하나 이상의 감지 및/또는 모니터링할 수 있는 임의의 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 반응도 파라미터 센서(1030)는 핵분열 검출기를 포함한다. 예를 들면, 반응도 파라미터 센서(1030)는 한정되는 것은 아니지만 마이크로-포켓 핵분열 검출기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반응도 파라미터 센서(1030)는 중성자 속 모니터를 포함한다. 예를 들면, 반응도 파라미터 센서(1030)는 한정되는 것은 아니지만 핵분열 챔버 또는 이온 챔버를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반응도 파라미터 센서(1030)는 시적분 중성자 속 센서를 포함한다. 예를 들면, 반응도 파라미터 센서(1030)는 한정되는 것은 아니지만 전산 다이아몬드 센서를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반응도 파라미터 센서(1030)는 핵분열 생성물 센서를 포함한다. 예를 들면, 반응도 파라미터 센서(1030)는 한정되는 것은 아니지만 가스 검출기, 베타 검출기 또는 감마 검출기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반응도 파라미터 센서(1030)는 핵분열 생성물 가스 내의 동위 원소의 종별 비율을 측정하도록 구성된 핵분열 생성물 검출기를 포함한다.
다른 실시예에서, 반응도 파라미터 센서(1030)는 온도 센서를 포함한다. 다른 실시예에서, 반응도 파라미터 센서(1030)는 압력 센서를 포함한다. 다른 예에서, 반응도 파라미터 센서(1030)는 전력 센서를 포함한다. 예를 들면, 반응도 파라미터 센서(1030)는 한정되는 것은 아니지만 전력 범위 핵 계기를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 반응도는 측정된 반응도 파라미터(전술됨) 중 하나 이상으로 결정된다. 일 실시예에서, 원자로 노심부(1004)의 반응도는 룩업 테이블을 사용하여 액추에이터 제어기(1012)에 의해 결정된다. 예를 들면, 온도, 압력, 전력 레벨 등에 대한 측정값을 하나 이상의 룩업 테이블과 함께 사용하여 원자로 노심부(1004)의 반응도를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 원자로 노심부(1004)의 반응도는 하나 이상의 모델을 이용하여 액추에이터 제어기(1014)에 의해 결정된다. 예를 들면, 하나 이상의 모델은 한정되는 것은 아니지만 액추에이터 제어기(1014)의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 중성자학 모델링 소프트웨어 패키지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 적절한 중성자학 소프트웨어 패키지는 한정되는 것은 아니지만 MCNP, CINDER, REBUS 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반응도 파라미터는 오퍼레이터에 의해 결정되어 오퍼레이터 인터페이스를 통해 직접 액추에이터 제어기(1014)에 입력될 수 있다.
여기서 알아야 하는 것은 반응도 파라미터 센서(1030)가 용융염 원자로(1000)의 원자로 노심부(1004) 내의 용융 연료 염(1006) 내에 위치되는 것으로 예시되고 있지만, 이 구성은 본 실시예에 대한 제한이 아니며 단지 예시적인 목적으로 제공된다는 것이다. 오히려, 하나 이상의 반응도 센서(1030)는 한정되는 것은 아니지만 원자로 노심부 내의 위치에, 원자로 노심부(1004) 외부의 위치(예, 원자로 노심부(1004)의 외부면)에, 1차 냉매 시스템의 하나 이상의 파이프에 또는 파이프를 따라, 1차 열교환기 내에 또는 근처에, 2차 냉매 시스템의 하나 이상의 파이프에 또는 파이프를 따르는 것 등을 포함하는 용융염 원자로(1000)의 다양한 위치에 위치될 수 있음을 알아야 한다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(1030)는 액추에이터 제어기(1014)에 통신 가능하게 결합된다. 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(1030)는 액추에이터 제어기(1014)에 통신 가능하게 결합된다. 예를 들면, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서(1030)는 유선 접속(예, 전기 케이블 또는 광섬유) 또는 무선 접속(예, RF 전송 또는 광 전송)을 통해 액추에이터 제어기(1014)에 통신 가능하게 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 액추에이터 제어기(1014)는 측정된 반응도 파라미터를 기초로 부피 변위 요소(1010)의 위치(및 그에 따라 용융 연료 염(1006)의 반응도)를 조정하도록 액추에이터(1012)에 지시할 수 있다.
일 실시예에서, 액추에이터 제어기(1014)는 하나 이상의 처리부 및 메모리를 포함한다. 일 실시예에서, 메모리를 부피 변위 어셈블리(1010)의 하나 이상의 작동 단계를 수행하도록 구성된 한 세트 이상의 프로그램 명령을 유지한다. 일 실시예에서, 액추에이터 제어기(1014)의 하나 이상의 프로그램 명령은 액추에이터(1012) 제어기(1014)로 하여금 액추에이터(1012)에 지시하여 부피 변위 어셈블리(1010)를 원자로 노심부(1004) 내로 구동시켜 원자로 노심부(1004) 내에서 용융 연료 염(1006)이 선택된 부피만큼 변위되도록 할 수 있다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 프로그램 명령은 원자로 노심부(1004)의 결정된 반응도와 원자로 노심부(1004)의 측정된 반응도를 보상하는 데 필요한 부피 변위를 상호 연관시키도록 구성된다. 예를 들면, 전술된 바와 같이, 반응도 파라미터 센서(1030)는 원자로 노심부(1004) 내의 용융 연료 염(1006)과 관련된 반응도 파라미터를 획득할 수 있다. 반응도 파라미터가 선택된 공차 레벨보다 큰 반응도를 나타내는 세팅에서, 액추에이터 제어기(1014)는 상승된 반응도를 보상하는 부피 변위를 결정하고 액추에이터(1012)에 지시하여 적어도 해당 레벨의 염의 부피 변위를 달성할 정도로 부피 변위 요소(1010)를 삽입하도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 완전한 원자로 정지가 필요한 세팅에서, 액추에이터 제어기(1014)는 액추에이터(1012)에 지시하여 부피 변위 요소(1010)를 원자로 노심부(1004) 내로 전체가 삽입되도록 하여 염의 최대의 부피 변위를 달성하도록 할 수 있다.
도 11은 부피 변위 요소(1110)가 용융 연료 염에 잠기지 않은 상태의 용융 연료 염 스필-오버(spill-over) 시스템(1130) 및 부피 변위 요소 어셈블리(1102)를 구비한 용융염 원자로(1100)를 예시한다. 일 실시예에서, 용융 연료 염 스필-오버 시스템(1130)은 하나 이상의 연료 염 흡수부(1132)와 하나 이상의 스필-오버 저장부(1134)를 포함한다. 일부의 경우, 부피 변위 요소(1110)에 의한 용융 연료 염(1106)의 부피 변위는 연료 염 레벨을 원하는 레벨 이상으로 상승을 야기할 수 있음을 알아야 한다. 일 실시예에서, 용융 연료 염 스필-오버 시스템(1130)은 도 12에 예시된 바와 같이 원자로 노심부(1104)의 최대 허용 충전 레벨 위에 배치된 용융 연료 염(1106)을 운반시키도록 구성된다. 비한정적인 예로서, 연료 염 흡수부(1132)는 공칭 연료 염 레벨 위로 약 10 cm에 위치될 수 있다. 이 점에서, 부피 변위 요소(1110)가 결합되면, 일부의 경우, 용융 연료 염 레벨이 정상 염 레벨 위로 상승하도록 할 수 있다. 연료 염 흡수부(1132)에 도달한 용융 염은 스필-오버 저장부(1134)로 운반된다. 용융염 원자로(1100) 내의 다양한 구성에 다수의 부피 변위 어셈블리를 사용할 수 있음을 알아야 한다.
도 12는 부피 변위 요소(1210)가 용융 연료 염에 잠긴 상태의 용융 연료 염 스필-오버 시스템(1230) 및 부피 변위 요소 어셈블리(1202)를 구비한 용융염 원자로(1200)를 예시한다. 도 12에 예시된 용융 연료 염 스필-오버 시스템(1230)은 부피 변위 어셈블리(1202)와 부피 변위 요소(1210)의 측면에서 예시되고 있지만, 이는 용융 연료 염 스필-오버 시스템(1230)에 대한 요건은 아니다. 이 점에서, 본 개시 내용의 용융 연료 염 스필-오버 시스템(1230)은 부피 변위 어셈블리(1202)와 부피 변위 요소(1210)를 포함하지 않는 측면으로 실현될 수 있다. 일 실시예에서, 용융 연료 염 스필-오버 시스템(1230)은 용융 연료 염(1206)의 열팽창을 설명하기 위해 구현될 수 있다. 비한정적인 예로서, 연료 염 흡수부(1232)가 정상 염 레벨 위로 10 cm에 위치된 경우, 연료 염(108)의 온도가 단지 50℃ 증가하더라도 용융 연료 염(1206)이 연료 염 흡수부(1232)에 도달되게 할 수 있다. 다른 비한정적인 예로서, 용융 연료 염(1206)의 온도가 대략 200℃의 증가가 있으면, 용융 연료 염(1206)은 연료 염 흡수부(1232)를 통해 흘러 넘쳐서 1~5 m3의 연료 염이 하나 이상의 스필-오버 저장부(1234) 내로 유출될 수 있다. 흘러 넘친 연료 염(1236)은 하나 이상의 스필-오버 저장부(1234) 내에 보여진다.
여기서 알아야 하는 것은 용융 연료 염(1206)의 매우 낮은 초과 반응도와 강력한 열 피드백의 조합으로부터 거의 수동적인 가동이 가능하다는 것이다. 이런 의미에서, 변위 요소(1210)의 사용이 제한될 수 있다. 원자력 발전소의 터빈(미도시)에 대한 요구가 다르듯이, 1차 냉각 루프와 관련된 온도(들)가 다소 다르다. 이것은 다시 용융 연료 염(1206)의 온도를 변화시킬 것이다. 결국, 용융 연료 염(1206)은 새로운 평균 온도와 그에 따른 밀도를 얻을 것이므로 용융 연료 염(1206)의 유체 레벨은 증감하게 된다.
비한정적인 예로서, 전기 수요가 증가하는 경우, 터빈의 증기는 감소된 온도로 배출된다. 결국, 원자로 시스템 전체에 걸쳐 온도가 감소됨으로써 용융 연료 염(1206)은 온도가 감소되고 밀도가 증가하게 된다. 이러한 밀도 증가는 반응도 증가를 가져온다. 추가로, 용융 연료 염(1206)의 유체 레벨이 감소되는 한편, 증가된 반응도는 용융염 원자로(1200)의 출력을 증가시킴으로써 터빈에 대한 증가된 수요를 만족시킨다. 계속해서, 출력의 증가는 용융 연료 염(1206)의 온도 증가를 야기하고 용융 연료 염(1206)의 유체 레벨을 원래 레벨(또는 그 근처)로 복귀시킨다.
추가로 알아야 하는 것은 히트 싱크의 소실 또는 터빈 정지시, 용융염 원자로(1200) 전체에 걸쳐 온도가 증가될 수 있다는 것이다. 용융 연료 염(1206)의 온도 증가의 결과, 용융 연료 염(1206)은 밀도가 감소되어 용융 연료 염(1206)이 덜 반응적이 된다. 밀도 감소는 유체 레벨의 상승을 야기하여, 일부의 경우(예, +50℃ 온도 상승), 용융 연료 염(1206)의 유체 레벨은 연료 염 흡수부(208)의 레벨에 도달한다. 이러한 유체 레벨의 상승은 원자로 노심부(1204) 내의 반응도를 더 감소시키도록 기능할 수 있는 하나 이상의 스필-오버 저장부(1234) 내로의 일부 연료 염(1206)의 유출을 야기할 수 있다. 결국, 용융염 원자로(1200)는 냉각시에도 임계 미만의 상태로 되어 그 상태에 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 용융 연료 염 스필-오버 시스템(1230)은 하나 이상의 스필-오버 저장부(1234)에 저장된 연료 염이 하나 이상의 스필-오버 저장부(12345)로부터 능동적으로 펌핑 배출된 후 다시 원자로 노심부(1204)로 유도되어 임계 상태를 다시 구현할 수 있는 복귀 통로(예, 하나 이상의 파이프, 하나 이상의 펌프 및 하나 이상의 밸브)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 변위 요소(1210)는 정상 가동 중 반응도/밀도/온도의 변화를 제어 또는 형성함은 물론 상기 처리를 가속시키기 위해 사용될 수 있다. 변위 요소(1210)에 대한 다양한 구조적 변형을 적용하여 제어 성능을 향상시키고 용융 연료 염의 교란에 의할 수 있는 원자로 노심부(1204) 내의 변위 요소(1210)의 배치 및 안정성에 대한 영향을 관리할 수 있다는 것도 알아야 한다. 이러한 구조적 변형은 한정됨이 없이 변위 요소(1210)의 상이한 형태, 크기 및 개수, 변위 요소(1210)의 동적 형상 변경 특징부, 변위 요소(1210)의 배플 및/또는 노즐 및 변위 요소(1210)에 대한 다른 유동 친화적인 특징부를 포함할 수 있다. 원자로 노심부(1204) 내의 다앙한 구성에 다수의 부피 변위 어셈블리를 사용할 수 있음을 알아야 한다.
도 13은 연료 변위 사이클(1300)의 다양한 단계를 예시한다. 1302 단계에서, 변위 요소(1301)는 유입구(1305) 및 변위체(1307)을 통해 삽입되는 중공형 또는 중실형의 변위 봉(1303)을 포함하며, 변위체는 변위 봉(1303)과 유입구(1305)보다 넓은 폭(w)과 원자로 노심부(1311)의 높이(y)보다 낮은 높이(h)를 가진다. 결국, 변위체(1307)를 원자로 노심부(1311) 내의 용융 연료 염(1309) 내에 원하는 높이로 상승 또는 하강시키는 것에 의해 최대 부피의 변위가 원자로 노심부(1311) 내에 수직으로 선택/위치될 수 있다. 점선(1320)은 변위 요소가 아직 용융 연료 염(1309) 내로 하강되지 않았을 때의 용융 연료 염의 높이를 나타낸다.
변위 봉(1303) 및/또는 변위체(1307)는 비-중성자 흡수 재료와 중성자 흡수 재료를 포함하는 다양한 재료로 형성되거나 이들 재료로 충전될 수 있음을 알아야 한다.
1302 단계에서, 변위 요소가 용융 연료 염 내로 부분적으로 하강되어 용융 연료 염 레벨이 상승된다. 1304, 1306, 1308, 1310, 1312의 후속 단계는 용융 연료 염(1309) 내로 변위체(1307)가 더 낮게 점진적으로 삽입되어 용융 연료 염(1309)의 높이가 점진적으로 상승되는 것을 보여주고 있지만, 이러한 용융 연료 염(1309)의 높이 증가는 스필-오버 시스템에 의해 완화될 수 있다. 1312 단계는 완전히 잠겨진 변위체(1307)를 예시한다.
용융 연료 염(1309)의 부피를 원자로 노심부 내의 특정 위치로 변위시키는 것에 의해, 원자로 노심부(1311) 내의 반응도가 제어될 수 있다. 변위체(1307)가 용융 연료 염(1309) 내에 완전히 잠긴 이후에도, 원자로 노심부(1311) 내의 수직 위치는 예시된 실시예에서 반응도에 계속 영향을 미칠 수 있다(예, 변위체(1307)가 낮아질수록 반응도에 대한 영향이 더 불리해진다). 도 14 및 관련 설명을 참조하라.
원자로 노심부(1311) 내의 다양한 구성에 다수의 부피 변위 어셈블리를 사용할 수 있음을 알아야 한다.
도 14는 연료 변위 사이클(1400)의 2개의 단계(1402, 1404)를 예시한다. 1402 단계에서, 변위 요소(1401)에 포함된 중공형 또는 중실형 변위 봉(1403)과 및 변위체(1407)는 원자로 노심부(1411) 내의 용융 연료 염(1409) 내로 깊이 삽입된다. 1404 단계에서, 변위체(1407)는 원자로 노심부(1411) 내의 용융 연료 염(1409) 내에 덜 깊이 삽입된다. 결국, 결국, 변위체(1407)를 원자로 노심부(1411) 내의 용융 연료 염(1409) 내에 원하는 높이로 상승 또는 하강시키는 것에 의해 최대 부피의 변위가 원자로 노심부(1411) 내에 수직으로 선택/위치될 수 있다. 변위 봉(1403) 및/또는 변위체(1407)는 비-중성자 흡수 재료와 중성자 흡수 재료를 포함하는 다양한 재료로 형성되거나 이들 재료로 충전될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 일 실시예에서, 반응도 제어는 1404 단계에서보다 1402 단계에서 더 불리한 것으로 특징지어질 수 있는 데, 이는 변위체(1407)가 원자로 노심부(1411) 내로 더 깊이 삽입됨으로써 원자로 노심부(1411)의 유입 영역의 더 많은 연료를 변위시키고, 이 경우 각 순환 사이클에서 용융 연료 염(1409)은 우선 활성적인 핵분열 반응 영역으로 들어가기 때문이다.
원자로 노심부(1411) 내의 다양한 구성에 다수의 부피 변위 어셈블리를 사용할 수 있음을 알아야 한다.
도 15는 용융 연료 염 변위 처리의 동작(1500)을 예시한다. 시스템 공급 동작(1502)은 용융 염화물 고속 원자로(예시적인 용융염 원자로)에 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다. 모니터링 동작(1504)은 용융 연료 염에 대한 제어 조건을 모니터링한다(예, k-유효치가 1.005와 같은 임계를 만족하거나 초과하는 경우). 예를 들면, 하나 이상의 반응도 파라미터 센서는 용융 염화물 고속 원자로 내의 반응도를 모니터링할 수 있다. 제어 조건은 용융 연료 염 변위 이벤트를 촉발시키는 모니터링된 반응도 또는 일부 다른 동작 파라미터에 대해 설정될 수 있다.
제어 조건이 만족되지 않았다면, 판단 동작(1506)은 처리를 모니터링 동작(1504)으로 복귀시킨다. 제어 조건이 만족되었다면, 판단 동작(1506)은 처리를 삽입 동작(1508)으로 진행시켜, 변위체를 원자로 노심부 내의 용융 연료 염 내로 삽입한다. 위치 설정 동작(1510)은 변위체를 용융 염화물 고속 원자로의 용융 연료 염 내로 위치시켜 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 제거함으로써 용융 염화물 고속 원자로 내에 원하는 반응도 파라미터를 획득한다. 처리는 모니터링 동작(1504)으로 복귀한다.
일 실시예에서, 예시적인 용융염 원자로는 용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 억제하도록 구성된 원자로 노심부를 포함한다. 용융 연료 염 제어 시스템은 원자로 노심부에 결합되고, 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 제거하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 용융 연료 염 교체 시스템을 포함하는 용융 연료 염 제어 시스템을 제공하며, 용융 연료 염 교체 시스템은 원자로 노심부에 유체 연통되게 결합되며, 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 공급재로 교체하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 공급재를 원자로 노심부 내로 전달하도록 구성된 공급 연료 공급부를 포함하는 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 선택된 부피의 공급재를 원자로 노심부 내로 전달하도록 구성된 공급 연료 공급부를 포함하는 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 선택된 조성의 공급재를 원자로 노심부 내로 전달하도록 구성된 공급 연료 공급부를 포함하는 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 사용된 연료로서 전달하도록 구성된 사용된 연료 전달부를 포함하는 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염과 공급재를 원자로 노심부 내로 동시에 전달하도록 구성된 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 공급재를 원자로 노심부 내의 선택된 부피의 용융 연료 염으로 교체하는 것에 의해 핵분열 반응의 반응도를 제어하는 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 공급재를 원자로 노심부 내의 선택된 부피의 용융 연료 염으로 교체하는 것에 의해 원자로 노심부 내의 용융 연료 염의 조성을 제어하는 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 고속 스펙트럼 핵분열 원자로를 제공하며, 용융 연료 염은 염화물 염을 포함한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 공급재를 원자로 노심부 내의 선택된 부피의 용융 연료 염으로 교체하는 것에 의해 스펙트럼 핵분열 원자로 내의 UCl3-UCl4-NaCl의 조성을 제어하는 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 시간에 걸쳐 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 부피의 공급재로 반복적으로 교체하도록 구성된 용융 연료 염 교체 시스템을 제공한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 원자로 노심부 근처에 배치된 반응도 파라미터 센서를 더 포함한다. 반응도 파라미터 센서는 원자로 노심부의 반응도를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 모니터링 하도록 구성된다. 반응도 파라미터 센서에는 원자로 노심부의 반응도를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 접수하도록 제어기가 통신 가능하게 결합된다. 제어기는 하나 이상의 파라미터를 기초로 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 포함하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 제어하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위 어셈블리를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 더 포함하는 용융 연료 염 제어 시스템을 제공한다. 각각의 부피 변위 어셈블리는 원자로 노심부 내로 삽입시 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성된다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위체를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 더 포함하는 용융 연료 염 제어 시스템을 제공하며, 각각의 부피 변위체는 원자로 노심부 내로 삽입시 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성된다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위체를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 더 포함하는 용융 연료 염 제어 시스템을 제공하며, 각각의 부피 변위체는 원자로 노심부 내로 삽입시 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성되며, 부피 변위 제어 시스템은 부피 변위체에 의해 원자로 노심부의 허용 충전 레벨 위로 유출되는 용융 연료 염을 운반하도록 구성된 용융 연료 염 스필-오버 시스템을 더 포함한다.
임의의 선행 원자로 중 다른 예의 용융염 원자로는 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위체를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 더 포함하는 용융 연료 염 제어 시스템을 제공하며, 각각의 부피 변위체는 원자로 노심부 내로 삽입시 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성되며, 부피 변위 제어 시스템은 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 시간에 걸쳐 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 원자로 노심부 내로 다수의 삽입 깊이로 삽입 가능하다.
다른 용융염 원자로는 용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 유지하도록 구성된 원자로 노심부와 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 포함하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 수단을 포함한다.
다른 용융염 원자로는 용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 유지하도록 구성된 원자로 노심부와 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 제거하는 수단을 포함한다.
예시적인 방법은 용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 원자로 노심부 내에 유지하는 단계와 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 제거하는 단계를 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법은 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 포함하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법에서, 교체 단계는 공급재를 원자로 노심부 내로 전달하는 것을 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법에서, 교체 단계는 선택된 부피의 공급재를 원자로 노심부 내로 전달하는 것을 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법에서, 교체 단계는 선택된 조성의 공급재를 원자로 노심부 내로 전달하는 것을 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법에서, 교체 단계는 선택된 부피의 공급재를 기초로 원자로 노심부의 반응도를 제어하는 것을 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법에서, 교체 단계는 선택된 조성의 공급재를 기초로 원자로 노심부 내의 핵분열 반응에 연료를 제공하는 용융 연료 염의 조성을 제어하는 것을 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법에서, 교체 단계는 선택된 조성의 공급재를 기초로 원자로 노심부 내의 핵분열 반응에 연료를 제공하는 UCl3-UCl4-NaCl의 조성을 제어하는 것을 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법은 용융 연료 염에 의한 교체 조건의 만족을 모니터링 하는 단계와 교체 조건의 만족에 응답하여 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 포함하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 제어하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법은 원자로 노심부의 반응도를 나타내는 하나 이상의 반응도 파라미터를 모니터링 하는 단계와 하나 이상의 반응도 파라미터를 기초로 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 포함하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 제어하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법은 원자로 노심부의 용융 연료 염의 조성을 나타내는 하나 이상의 조성 파라미터를 모니터링 하는 단계와 하나 이상의 조성 파라미터를 기초로 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 포함하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 제어하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법에서, 제거 단계는 하나 이상의 부피 변위체를 원자로 노심부 내의 용융 연료 염 내로 삽입하는 것에 의해 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법에서, 제거 단계는 부피 변위되는 부피의 용융 연료 염이 부피 변위체에 의해 원자로 노심부의 허용 충전 레벨 위로 변위될 때 원자로 노심부로부터 부피 변위되는 부피의 용융 연료 염을 용융 연료 염 스필-오버 시스템을 통해 운반하는 것을 포함한다.
임의의 선행하는 방법 중 다른 예의 방법은 각각의 부피 변위체가 원자로 노심부 내로 삽입시 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성되며, 부피 변위 제어 시스템은 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 시간에 걸쳐 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 원자로 노심부 내로 다수의 삽입 깊이로 삽입 가능한 방법을 제공한다.
예시적인 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 연료 입구 및 연료 출구를 포함하는 원자로 노심부를 포함하며, 연료 입구 및 출구는 원자로 노심부를 통해 용융 염화물 염 핵연료를 유동시키도록 배열된다. 용융 염화물 염 핵연료는 UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화 금속 염 중 적어도 하나의 혼합물을 포함하며, 상기 UCl4 및 적어도 하나의 추가적인 염화 금속 염의 혼합물은 몰분율로 5%보다 큰 UCl4 함량을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 적어도 하나의 추가적인 염화 금속 염의 혼합물에서 우라늄 농도는 61 wt%보다 크다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 추가적인 염화우라늄 염은 UCl3를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 82UCl4-18UCl3의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 17UCl3-71UCl4-12NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 50UCl4-50NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 추가적인 염화금속은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3, AmCl3, LaCl3, CeCl3, PrCl3 또는 NdCl3를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 추가적인 염화금속 염에 대한 석출 농도 또는 그 미만의 추가적인 염화금속 염의 농도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 800℃미만의 용융 온도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 330℃의 온도를 초과하는 선택된 용융 온도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 우라늄-플루토늄 사이클에 의해 용융 염화물 염 핵연료 내에 형성된 증식-연소 거동을 제공한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 원자로 노심부의 제1 측면에 위치된 연료 입구와 연료 입구의 반대 측으로 원자로 노심부의 제2 측면에 위치된 연료 출구를 제공한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염화물 염 핵연료에 대향하는 적어도 하나의 표면상에 배치된 보호층을 제공한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염화물 염 핵연료에 노출되는 적어도 하나의 표면은 원자로 노심부의 내부면을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 보호층은 부식 또는 방사선 중 적어도 하나에 대해 실질적으로 저항성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 보호층은 내화 합금, 니켈 합금, 내화 금속 또는 실리콘 카바이드 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 원자로 노심부로부터 방출되는 중성자의 적어도 일부를 다시 원자로 노심부 내의 용융 염화물 염 핵연료로 반사하도록 구성된 반사 어셈블리를 포함하며, 해당 반사 어셈블리는 적어도 일부가 액체 반사 재료를 함유하는 복수의 반사 모듈을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 반사 모듈 중 적어도 하나는 몰리브덴 합금, 니켈 합금 또는 카바이드 중 적어도 하나로 형성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 액체 반사 재료는 액체 납 또는 액체 납-비스무스 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염 핵연료 내의 반응도를 제어하도록 원자로 노심부에 작동적으로 결합되어 용융 염 핵연료의 부피를 선택적으로 변위시키도록 구성된 변위 어셈블리를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염 핵연료 내의 반응도를 감소시키도록 용융 염 핵연료의 부피를 변위시키도록 구성된 변위 어셈블리를 제공한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 변위 요소, 변위 요소에 작동적으로 결합된 액추에이터 및 제어기를 포함하는 변위 어셈블리를 제공한다. 제어기는 원자로 노심부 내에 포함된 용융 염 핵연료 내의 반응도를 제어하도록 액추에이터에 선택적으로 지시하여 변위 요소의 위치를 제어하도록 한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 요소는 실질적으로 비-중성자 흡수 재료로 형성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염 전달 어셈블리를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 전달 어셈블리는 원자로 노심부에 유체 연통되게 결합되어 용융 염화물 염 연료 중 선택된 부분을 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 일부로부터 저장소로 전달하도록 구성된 용융 염 전달부를 포함한다. 또한, 용융 염 전달부는 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함하는 공급재를 공급재 공급부로부터 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 일부로 전달하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 공급재의 적어도 일부의 친 핵연료 재료는 적어도 일종의 친 핵연료 염을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 일종의 친 핵연료 염은 열화 우라늄, 천연 우라늄 또는 토륨 중 적어도 하나를 함유하는 염을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 일종의 친 핵연료 염은 사용된 핵연료로부터의 적어도 하나의 금속을 함유하는 염을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 적어도 일종의 핵분열 생성물을 용융 염화물 염 연료로부터 제거하도록 구성된 핵분열 생성물 제거부를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 원자로 노심부의 입구와 원자로 노심부의 출구에 유체 연통되게 결합된 1차 냉매 루프를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 1차 열교환기와 2차 냉매 루프를 포함하며, 1차 냉매 루프와 2차 냉매 루프는 1차 열교환기를 통해 열적으로 결합된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 1차 냉매 루프를 통해 용융 염화물 염 핵연료를 순환시키도록 1차 냉매 루프를 따라 배치된 적어도 하나의 펌프를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 하나의 펌프는 용융 염화물 염 핵연료를 1차 냉매 루프를 통해 선택된 한계 이하의 유동 속도로 순환시킨다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염화물 염 핵연료로부터 일종 이상의 불활성 가스를 제거하도록 구성된 가스 분사부를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염 핵연료로부터 귀금속 또는 반-귀금속 중 적어도 하나를 제거하도록 구성된 필터부를 포함한다.
고속 스펙트럼 용융염 원자로에 연료를 공급하는 예시적인 방법은 소정 부피의 UCl4를 제공하는 단계, 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 소정의 부피로 제공하는 단계, 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 단계, 및 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 상기 용융 염화물 염 핵연료를 고속 스펙트럼 용용염 원자로의 적어도 원자로 노심부에 공급하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 소정 부피의 UCl3를 제공하는 것에 의해 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 소정 부피로 제공하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3, AmCl3, LaCl3, CeCl3, PrCl3 또는 NdCl3 중 적어도 하나를 소정 부피로 제공하는 것에 의해 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 소정 부피로 제공하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 크고 용융 온도가 330℃~800℃인 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 82UCl4-18UCl3의 조성을 가지는 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 17UCl3-71UCl4-12NaCl의 조성을 가지는 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 50UCl4-50NaCl의 조성을 가지는 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 소정 부피의 UCl4와 고속 스펙트럼 용융염 원자로 내의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 소정 부피로 혼합하는 것에 의해 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 소정 부피의 UCl4와 고속 스펙트럼 용융염 원자로 외부의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 소정 부피로 혼합하는 것에 의해 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 포함한다.
고속 스펙트럼 용융염 원자로에 사용되는 예시적인 용용 염화물 염 연료는 소정 부피의 UCl4를 제공하는 단계, 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 소정의 부피로 제공하는 단계, 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
,예시적인 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 연료 입구와 연료 출구를 가지는 원자로 노심부를 포함한다. 연료 입구와 연료 출구는 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 시동시 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물을 원자로 노심부를 통해 유동시키도록 배열된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 하나의 란타나이드는 La, Ce, Pr 또는 Nd 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물은 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하는 것에 의해 형성된, 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 하나의 란타나이드 염화물은 LaCl3, CeCl3, PrCl3 또는 NdCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물은 란타나이드의 농도가 0.1~10 wt%인, 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 란타나이드의 농도가 0.1~10 wt%인, 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물은 란타나이드의 농도가 4~8 wt%인, 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물은 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 외부에 형성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물은 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 내부에 형성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 연료 입구와 연료 출구는 고속 스펙트럼 용융염 원자로 내에 선택된 반응도 한계를 달성하기 전에 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물을 원자로 노심부를 통해 유동시키도록 배열된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 연료 입구와 연료 출구는 고속 스펙트럼 용융염 원자로 내에 임계를 달성하기 전에 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물을 원자로 노심부를 통해 유동시키도록 배열된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 연료 입구와 연료 출구는 고속 스펙트럼 용융염 원자로 내에 선택된 양의 플루토늄이 생성되기 전에 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드의 혼합물을 원자로 노심부를 통해 유동시키도록 배열된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 추가적인 염화금속은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3 또는 AmCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 제1 염화우라늄 또는 제2 염화우라늄 중 적어도 하나는 UCl4 또는 UCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 82UCl4-18UCl3의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 17UCl3-71UCl4-12NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 50UCl4-50NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 34UCl3-66NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 몰분율로 적어도 5%의 UCl4를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 61 wt%보다 큰 우라늄 농도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 330℃~800℃의 용융 온도를 가진다.
고속 스펙트럼 용융염 원자로에 연료를 공급하는 예시적인 방법은 용융 염 핵연료를 제공하는 단계와 적어도 하나의 란타나이드를 제공하는 단계를 포함한다. 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 시동 전에, 용융 염 핵연료는 적어도 하나의 란타나이드와 혼합되어 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성한다. 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료는 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 적어도 원자로 노심부에 공급된다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 제1 염화우라늄, 추가적인 염화우라늄 및 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물을 제공하는 것에 의해 용융 염 핵연료를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 UCl4, UCl3 및 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물을 제공하는 것에 의해 용융 염 핵연료를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 추가적인 염화금속은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3 또는 AmCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 몰분율로 적어도 5%의 UCl4를 가지는 용융 염 핵연료를 제공하는 것에 의해 용융 염 핵연료를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 우라늄 농도가 61 wt%보다 큰 용융 염 핵연료를 제공하는 것에 의해 용융 염 핵연료를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 용융 온도가 330℃~800℃인 용융 염 핵연료를 제공하는 것에 의해 용융 염 핵연료를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 La, Ce, Pr 또는 Nd 중 적어도 하나를 제공하는 것에 의해 적어도 하나의 란타나이드를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 란타나이드 염화물의 형태의 적어도 하나의 란타나이드를 제공하는 것에 의해 적어도 하나의 란타나이드를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 LaCl3, CeCl3, PrCl3 또는 NdCl3 중 적어도 하나를 제공하는 것에 의해 란타나이드 염화물 형태의 적어도 하나의 란타나이드를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드의 농도가 0.1~10 wt%인 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드의 농도가 4~8 wt%인 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드의 농도가 0.1~10 wt%인 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 용융 염 핵연료 및 고속 스펙트럼 용융염 원자로 외부의 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하는 것에 의해 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 용융 염 핵연료 및 고속 스펙트럼 용융염 원자로 내부의 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하는 것에 의해 용융 염 핵연료 및 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은, 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 기동 전에, 고속 스펙트럼 용융염 원자로 내에 선택된 반응도 한계를 달성하기 이전에 용융 염 핵연료와 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 용융 염 핵연료와 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은, 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 기동 전에, 고속 스펙트럼 용융염 원자로 내에 임계를 달성하기 이전에 용융 염 핵연료와 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 용융 염 핵연료와 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은, 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 기동 전에, 고속 스펙트럼 용융염 원자로 내에 선택된 양의 플루토늄이 생성되기 이전에 용융 염 핵연료와 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 것에 의해 용융 염 핵연료와 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 단계를 제공한다.
고속 스펙트럼 용융염 원자로에 사용되는 예시적인 용융 염 연료는 용융 염 핵연료를 제공하는 단계, 적어도 하나의 란타나이드를 제공하는 단계, 고속 스펙트럼 용융염 원자로의 기동 이전에, 용융 염 핵연료와 적어도 하나의 란타나이드를 혼합하여 란타나이드 장입된 용융 염 핵연료를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
예시적인 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 연료 입구와 연료 출구를 가지는 원자로 노심부를 포함한다. 연료 입구와 연료 출구는 원자로 노심부를 통해 용융 염 핵연료를 유동시키도록 배열된다. 변위 어셈블리는 원자로 노심부에 작동적으로 결합되어 용융 염 핵연료 내의 반응도를 제어하도록 선택적으로 용융 염 핵연료의 부피를 선택적으로 변위시키도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 어셈블리는 원자로 노심부의 중심부에 있는 용융 염 핵연료의 부피를 선택적으로 변위시키도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 어셈블리는 용융 염 핵연료 내의 반응도를 감소시키도록 용융 염 핵연료의 부피를 변위시키도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 어셈블리는 변위 요소, 변위 요소에 작동적으로 결합된 액추에이터 및 제어기를 포함한다. 제어기는 액추에이터에 선택적으로 지시하여 원자로 노심부 내에 포함된 용융 염 핵연료 내의 반응도를 제어하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 요소와 원자로 노심부는 공통 축을 따라 중심 정렬된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 액추에이터는 용융 염 핵연료 내의 반응도를 감소시키도록 변위 어셈블리를 원자로 노심부 내로 구동시키도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 액추에이터는 용융 염 핵연료 내의 반응도를 증가시키도록 변위 어셈블리를 원자로 노심부로부터 회수하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염 핵연료의 반응도 파라미터를 감지하도록 구성된 반응도 파라미터 센서를 포함하며, 반응도 파라미터 센서는 제어부에 통신 가능하게 결합된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 반응도 파라미터 센서는 핵분열 검출기, 중성자 속 모니터, 시적분 중성자 속 센서, 핵분열 생성물 센서, 온도 센서, 압력 센서 또는 전력 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 제어부는 반응도 파라미터 센서로부터 감지된 용융 염 핵연료의 적어도 하나의 반응도 파라미터에 응답하여 액추에이터를 선택적으로 구동시켜 원자로 노심부 내의 변위 요소의 위치를 제어하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 요소는 변위 봉을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 요소는 복수의 변위 봉을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 요소는 실질적으로 비-중성자 흡수 재료로 형성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 변위 요소는 실질적으로 중성자 투과 재료 또는 실질적으로 중성자 반사 재료 중 적어도 하나로 형성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 원자로 노심부로부터 초과되는 용융 염 핵연료를 운반하도록 구성된 스필-오버 시스템을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 스필-오버 시스템은 연료 염 흡수부를 포함한다. 연료 염 흡수부는 원자로 노심부의 선택된 최대의 용융 염 핵연료 충전 레벨 위에 위치되며, 원자로 노심부로부터 초과된 용융 염 핵연료를 운반하도록 구성된다. 적어도 하나의 유체 운반 요소 및 스필-오버 저장소도 포함된다. 적어도 하나의 유체 운반 요소는 연료 염 흡수부와 스필-오버 저장소를 유체 연통되게 결합시킨다. 스필-오버 저장소는 적어도 하나의 유체 운반 요소로부터 접수되는 초과된 용융 염 핵연료를 저장하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 추가적인 염화금속은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3, AmCl3, LaCl3, CeCl3, PrCl3 또는 NdCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 제1 염화우라늄 또는 제2 염화우라늄 중 적어도 하나는 UCl4 또는 UCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 82UCl4-18UCl3의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 17UCl3-71UCl4-12NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 50UCl4-50NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 34UCl3-66NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 몰분율로 적어도 5%의 UCl4를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 61 wt%보다 큰 우라늄 농도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 330℃~800℃의 용융 온도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 적어도 하나의 불화우라늄 및 추가적인 불화금속의 혼합물을 포함한다.
예시적인 방법은 용융염 원자로의 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 단계, 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터에 응답하여 적어도 하나의 변위 요소에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시켜 용융 염 핵연료의 반응도를 제어하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 용융염 원자로의 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 단계는 용융 염 핵연료에 있어서 중성자 생성률, 중성자 흡수율, 중성자 속, 시적분 중성자 속, 온도, 압력, 출력 또는 핵분열 생성물 생성률 중 적어도 하나를 획득하고, 해당 중성자 생성률, 중성자 흡수율, 중성자 속, 시적분 중성자 속, 온도, 압력, 출력 또는 핵분열 생성물 생성률 중 적어도 하나를 기초로 용융염 원자로의 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 용융 염 핵연료의 반응도 파라미터에 따라 적어도 하나의 변위 요소에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시켜 융용 염 핵연료의 반응도를 제어하는 단계는 용융염 원자로 내의 초과 반응도를 나타내는 반응도 파라미터에 따라 적어도 하나의 변위 요소에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시켜 용융염 원자로의 반응도를 감소시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 요소에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 적어도 하나의 변위 요소의 적어도 일부를 용융 염 핵연료 내로 구동시켜 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시킴으로써 용융염 원자로의 반응도를 감소시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 요소에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 용융 염 핵연료로부터 적어도 하나의 변위 요소의 적어도 일부를 회수하여 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시킴으로써 용융염 원자로의 반응도를 증가시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 요소의 적어도 일부를 용융 염 핵연료 내로 구동시키는 것으로 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 적어도 하나의 변위 요소를 용융 염 핵연료 내로 선택된 양만큼 구동시키는 것에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함하며, 선택된 양은 결정된 반응도 파라미터를 기초로 한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 요소의 적어도 일부를 용융 염 핵연료 내로 구동시키는 것으로 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 적어도 하나의 변위 요소의 적어도 일부를 용융염 원자로의 원자로 노심부 내의 소정 부피의 용융 염 핵연료 내로 구동시키는 것에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 요소의 적어도 일부를 용융염 원자로의 원자로 노심부 내의 소정 부피의 용융 염 핵연료 내로 구동시키는 것으로 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 적어도 하나의 변위 요소의 적어도 일부를 용융염 원자로의 원자로 노심부의 중심 영역에 있는 소정 부피의 용융 염 핵연료 내로 구동시키는 것에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 요소에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 적어도 하나의 변위 봉에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 봉에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 적어도 하나의 중공의 변위 봉에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 봉에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 적어도 하나의 중실의 변위 봉에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 봉에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 복수의 변위 봉에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 봉은 납 또는 텅스텐 중 적어도 하나로 형성된다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 요소에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 실질적으로 비-중성자 흡수 재료로 형성된 적어도 하나의 변위 봉에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 변위 요소에 의해 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 변위시키는 단계는 적어도 하나의 변위 요소에 의해 0.1~10 입방 미터의 용융 염 핵연료를 변위시키는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 제1 염화우라늄, 추가적인 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물을 포함하는 용융 염 핵연료의 반응도 파라미터를 결정하는 것에 의해 용융염 원자로의 용융 염 핵연료의 반응도 파라미터를 결정하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 제1 염화우라늄, 추가적인 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물과, UCl4, UCl3 및 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물을 포함하는 용융 염 핵연료의 반응도 파라미터를 결정하는 것에 의해 제1 염화우라늄, 추가적인 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물을 포함하는 용융 염 핵연료의 반응도 파라미터를 결정하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 추가적인 염화금속은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3, AmCl3, LaCl3, CeCl3, PrCl3 또는 NdCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 몰분율로 적어도 5%의 UCl4를 포함하는 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 것에 의해 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 우라늄 농도가 61 wt%보다 큰 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 것에 의해 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 단계를 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 330℃~800℃의 용융 온도를 가지는 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 것에 의해 용융 염 핵연료 내의 반응도 파라미터를 결정하는 단계를 제공한다.
예시적인 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 연료 입구와 연료 출구를 가지는 원자로 노심부와 원자로 노심부에 작동적으로 결합된 용융 연료 염 교체 어셈블리를 포함하고, 연료입구 및 연료 출구는 원자로 노심부를 통해 용융 염 핵연료를 유동시키도록 배열되며, 용융 연료 염 교체 어셈블리는 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하도록 구성된다. 용융 염 핵연료는 적어도 일부의 핵분열 재료를 포함한다. 공급재는 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 선택된 부피의 공급재는 선택된 부피의 용융 염 핵연료의 부피와 실질적으로 동일하다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 교체된 선택된 부피의 용융 염 핵연료는 적어도 일부의 핵분열 생성물을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 일부의 핵분열 생성물은 하나 이상의 란타나이드를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 교체된 선택된 부피의 용융 염 핵연료는 캐리어 염을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 연료 염 교체 어셈블리는 원자로 노심부에 유체 연통되게 결합되어 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 염 연료를 저장소로 전달하도록 구성된 사용된 연료 전달부와, 원자로 노심부에 유체 연통되게 결합되어 공급재 소스로부터 친 핵연료 재료가 적어도 일부 포함된 선택된 부피의 공급재를 원자로 노심부에 전달하도록 구성된 공급 연료 공급부를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 선택된 부피의 용융 염 연료를 원자로 노심부로부터 저장소에 전달하도록 선택적으로 사용된 연료 전달부에 지시하고, 친 핵연료 재료가 적어도 일부 포함된 공급재를 공급재 소스로부터 원자로 노심부의 일부에 전달하도록 선택적으로 공급 연료 공급부에 지시하도록 구성된 제어부를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염 핵연료의 적어도 하나의 반응도 파라미터를 감지하도록 구성된 반응도 파라미터 센서를 포함하고, 반응도 파라미터 센서는 제어부에 통신 가능하게 결합된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 제어부는 선택된 부피의 용융 염 연료를 원자로 노심부로부터 저장소에 전달하도록 선택적으로 사용된 연료 전달부에 지시하도록 구성되고, 동시에 제어부는 반응도 파라미터 센서로부터 감지된 용융 염 핵연료의 적어도 하나의 반응도 파라미터에 응답하여 친 핵연료 재료가 적어도 일부 포함된 공급재를 공급재 소스로부터 원자로 노심부의 일부에 전달하도록 선택적으로 공급 연료 공급부에 지시하도록 구성된다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 반응도 파라미터 센서는 핵분열 검출기, 중성자 속 모니터, 시적분 중성자 속 센서, 핵분열 생성물 센서, 온도 센서, 압력 센서 또는 전력 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 저장소는 저장용 저장소 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 저장소는 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 공급재의 적어도 일부의 친 핵연료 재료는 적어도 하나의 친 핵연료 염을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 하나의 친 핵연료 염은 열화 우라늄, 천연 우라늄 또는 토륨 중 적어도 하나를 함유하는 염을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 하나의 친 핵연료 염은 사용된 핵연료로부터의 적어도 하나의 금속을 함유하는 염을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 추가적인 염화금속은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3, AmCl3, LaCl3, CeCl3, PrCl3 또는 NdCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 제1 염화우라늄 또는 제2 염화우라늄 중 적어도 하나는 UCl4 또는 UCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 82UCl4-18UCl3의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 17UCl3-71UCl4-12NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 50UCl4-50NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 34UCl3-66NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 몰분율로 적어도 5%의 UCl4를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 61 wt%보다 큰 우라늄 농도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 적어도 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 및 추가적인 염화금속의 혼합물은 330℃~800℃의 용융 온도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 염 핵연료는 적어도 하나의 불화우라늄 및 추가적인 불화금속의 혼합물을 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염 핵연료로부터 불활성 가스를 제거하도록 구성된 가스 분사부를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 용융 염 핵연료로부터 귀금속 또는 반-귀금속 중 적어도 하나를 제거하도록 구성된 필터부를 포함한다.
예시적인 방법은 용융 염 핵연료를 포함하는 용융염 고속 스펙트럼 원자로를 가동시키는 단계와 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계를 포함한다. 용융 염 핵연료는 적어도 일부의 핵분열 재료를 포함한다. 공급재는 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 선택된 부피의 용융염 핵연료를 용융염 핵연료의 선택된 부피와 동일한 부피의 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 핵분열 생성물이 적어도 일부 포함된 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 핵분열 생성물이 적어도 일부 포함된 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 하나 이상의 란타나이드가 포함된 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 캐리어 염을 포함하는 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 용융염 원자로의 용융 염 핵연료의 반응도를 유지하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 용융염 고속 스펙트럼 원자로의 용융 염 핵연료의 반응도 파라미터를 측정하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 용융 염 핵연료의 측정된 반응도 파라미터에 따라 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 용융염 고속 스펙트럼 원자로의 용융 염 핵연료의 반응도 파라미터를 측정하는 단계는 용융 염 핵연료에 있어서 중성자 생성률, 중성자 흡수율, 중성자 속, 시적분 중성자 속, 온도, 압력, 출력 또는 핵분열 생성물 생성률 중 적어도 하나를 측정하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 연속적으로 교체하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 선택된 1회분의 부피의 용융 염 핵연료를 선택된 부피의 공급재로 반복적으로 교체하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 핵분열 재료가 적어도 일부 포함된 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 친 핵연료 재료가 적어도 일부 포함된 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계는 고속 스펙트럼 용융염 원자로로부터 핵분열 재료가 적어도 일부 포함된 선택된 부피의 용융 염 핵연료를 제거하고, 고속 스펙트럼 용융염 원자로에 친 핵연료 재료가 적어도 일부 포함된 선택된 부피의 공급재를 공급하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 선택된 부피의 공급재의 공급 속도는 용융염 원자로 내로 친 핵연료 재료가 추가되는 속도와 용융염 원자로 내에서 핵분열 재료가 연소되는 속도가 동일하도록 선택된다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 제거된 선택된 부피의 용융 염 핵연료는 핵분열 생성물, 친 핵연료 재료 또는 캐리어 염 중 적어도 하나를 더 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 공급재의 적어도 일부의 친 핵연료 재료는 적어도 하나의 친 핵연료 염을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 친 핵연료 염은 열화 우라늄, 천연 우라늄 또는 토륨 중 적어도 하나를 함유하는 염을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 친 핵연료 염은 사용된 핵연료부터의 적어도 하나의 금속을 함유하는 염을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 친 핵연료 염은 용융 염 원자로 연료의 화학적 조성을 유지한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 가스 분사 처리를 통해 용융 염 핵연료로부터 불활성 가스를 제거하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 도금 처리를 통해 용융 염 핵연료로부터 귀금속 또는 반-귀금속 중 적어도 하나를 제거하는 단계를 포함한다.
예시적인 시스템은 용융 염 핵연료를 포함하는 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로와, 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로와, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로로 소정 부피의 용융 염 핵연료를 전달하도록 구성된 용융염 전달부를 포함한다. 소정 부피의 용융 염 핵연료는 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로에 농축된 적어도 일부의 핵분열 재료를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 소정 부피의 용융 염 핵연료는 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로 내에 임계를 달성하도록 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내에 농축된 적어도 일부의 핵분열 재료를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 소정 부피의 용융 염 핵연료는 해당 소정 부피의 용융 염 핵연료가 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로 내에 농축되지 않고 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로 내에 임계를 달성하도록 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내에 농축된 적어도 일부의 핵분열 재료를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로는 적어도 일부의 우라늄을 농축하여 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내에 Pu-239를 생성하도록 동작한다,.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로로 전달된 소정 부피의 용융 염 핵연료는 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내에 생성된 Pu-239를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 용융 염 전달부는 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 전달된 소정 부피의 용융 염 핵연료로부터 하나 이상의 핵분열 생성물을 제거하도록 구성된 핵분열 생성물 제거 시스템을 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로는 복수의 제1 세대 용융염 원자로를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로는 복수의 제2 세대 용융염 원자로를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로의 용융 염 핵연료는 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물을 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 추가적인 염화금속은 NaCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2, KCl, SrCl2, VCl3, CrCl3, TiCl4, ZrCl4, ThCl4, AcCl3, NpCl4, PuCl3, AmCl3, LaCl3, CeCl3, PrCl3 또는 NdCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 제1 염화우라늄 또는 제2 염화우라늄 중 적어도 하나는 UCl4 또는 UCl3 중 적어도 하나를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 용융 염 핵연료는 82UCl4-18UCl3의 조성을 가진다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 용융 염 핵연료는 17UCl3-71UCl4-12NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 용융 염 핵연료는 50UCl4-50NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 용융 염 핵연료는 34UCl3-66NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물은 몰분율로 적어도 5%의 UCl4를 포함한다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물은 61 wt%보다 큰 우라늄 농도를 가진다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 제1 염화우라늄, 제2 염화우라늄 또는 추가적인 염화금속 중 적어도 2개의 혼합물은 330℃~800℃의 용융 온도를 가진다.
임의의 선행 시스템의 다른 예의 시스템에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로의 용융 염 핵연료는 적어도 하나의 불화우라늄 및 추가적인 불화금속의 혼합물을 포함한다.
예시적인 방법은 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내의 용융염 핵연료의 적어도 일부를 농축하는 단계, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 소정 부피의 농축된 용융 염 핵연료를 제거하는 단계, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 제거된 부피의 용융 염 핵연료의 적어도 일부를 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로에 공급하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내의 용융 염 핵연료의 적어도 일부를 농축하는 단계는 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로 내에 임계가 달성되도록 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내의 용융 염 핵연료의 적어도 일부를 농축하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로 내에 임계가 달성되도록 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내의 용융 염 핵연료의 적어도 일부를 농축하는 단계는 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로 내의 소정 부피의 용융 염 핵연료의 농축 없이 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로 내에 임계가 달성되도록 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내의 용융 염 핵연료의 적어도 일부를 농축하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로 내의 용융 염 핵연료의 적어도 일부를 농축하는 단계는 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로의 소정 부피의 용융 염 핵연료 내의 적어도 일부의 우라늄을 농축하여 Pu-239를 생성하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로부터 제거된 소정 부피의 용융 염 핵연료의 적어도 일부로부터 하나 이상의 핵분열 생성물을 제거하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 제거된 부피의 용융 염 핵연료의 적어도 일부를 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로에 공급하는 단계는 적어도 하나의 제1 세대 고속 스펙트럼 용융염 원자로로부터 제거된 부피의 용융 염 핵연료의 일부를 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로에 공급하고, 적어도 하나의 제1 세대 고속 스펙트럼 용융염 원자로로부터 제거된 부피의 용융 염 핵연료의 적어도 하나의 추가적인 일부를 적어도 하나의 추가적인 제2 세대 용융염 원자로에 공급하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 소정 부피의 농축된 용융 염 핵연료를 제거하는 단계는 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로의 반응도를 제어하도록 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 소정 부피의 용융 염 핵연료를 제거하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 소정 부피의 농축된 용융 염 핵연료를 제거하는 단계는 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 소정 부피의 농축된 용융 염 핵연료를 연속으로 제거하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 소정 부피의 농축된 용융 염 핵연료를 제거하는 단계는 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로로부터 선택된 1회분의 부피의 농축된 용융 염 핵연료를 반복적으로 제거하는 것을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 선택된 부피의 공급재를 적어도 하나의 제1 세대 용융염 원자로에 공급하는 단계를 포함하고, 공급재는 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 공급재의 적어도 일부의 친 핵연료 재료는 적어도 하나의 친 핵연료 염을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 친 핵연료 염은 열화 우라늄, 천연 우라늄 또는 토륨 중 적어도 하나를 함유하는 염을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 친 핵연료 염은 사용된 핵연료부터의 적어도 하나의 금속을 함유하는 염을 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 적어도 하나의 친 핵연료 염은 용융 염 원자로 연료의 화학적 조성을 유지한다. 임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 선택된 부피의 공급재를 적어도 하나의 제2 세대 용융염 원자로에 공급하는 단계를 포함하고, 공급재는 적어도 일부의 친 핵연료 재료를 포함한다.
예시적인 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 연료 입구 및 연료 출구를 포함하는 원자로 노심부를 포함한다. 연료 입구 및 출구는 원자로 노심부를 통해 용융 염화물 염 핵연료를 유동시키도록 배열된다. 용융 염화물 염 핵연료는 UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화 금속 염 중 적어도 하나의 혼합물을 포함하며, 상기 UCl4 및 적어도 하나의 추가적인 염화 금속 염의 혼합물은 몰분율로 5%보다 큰 UCl4 함량을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 적어도 하나의 추가적인 염화금속 염의 혼합물에서 우라늄 농도는 61 wt%보다 크다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 추가적인 염화우라늄 염은 UCl3를 포함한다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 82UCl4-18UCl3의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 17UCl3-71UCl4-12NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 50UCl4-50NaCl의 조성을 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 추가적인 염화금속 염에 대한 석출 농도 또는 그 미만의 추가적인 염화금속 염의 농도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, UCl4 및 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나의 혼합물은 800℃ 미만의 용융 온도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로에서, 용융 온도는 330℃의 온도를 초과하는 선택된 용융 온도를 가진다.
임의의 선행 원자로의 다른 예의 고속 스펙트럼 용융염 원자로는 우라늄-플루토늄 사이클에 의해 용융 염화물 염 핵연료 내에 형성된 증식-연소 거동을 제공한다.
고속 스펙트럼 용융염 원자로에 연료를 공급하는 예시적인 방법은 소정 부피의 UCl4를 제공하는 단계, 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 소정의 부피로 제공하는 단계, 상기 소정 부피의 UCl4와 상기 소정 부피의 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 혼합하여 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 용융 염화물 염 핵연료를 형성하는 단계, 및 UCl4의 함량이 몰분율로 5%보다 큰 상기 용융 염화물 염 핵연료를 고속 스펙트럼 용용염 원자로의 적어도 원자로 노심부에 공급하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법은 소정 부피의 UCl3를 제공하는 것에 의해 추가적인 염화우라늄 염 또는 추가적인 염화금속 염 중 적어도 하나를 소정의 부피로 제공한다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, UCl4의 염소는 37Cl로 농축된다.
임의의 선행 방법의 다른 예의 방법에서, 염 내의 염소는 75% 37Cl로 농축된다.
이상의 사양, 예 및 데이터는 본 발명의 예시적인 실시예의 구조 및 사용에 대한 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 구성될 수 있으므로, 본 발명은 이후 첨부된 특허 청구범위에 존재한다. 또한, 다른 실시예들의 구조적인 특징들은 언급되는 청구범위를 벗어나지 않고 또 다른 실시예에서 결합될 수 있다.

Claims (33)

  1. 용융염 원자로로서:
    용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 내부에 담도록 구성된 원자로 노심부;
    상기 원자로 노심부에 결합된 용융 연료 염 제어 시스템으로서, 상기 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 상기 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 제거하도록 구성된 용융 연료 염 제어 시스템
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융 연료 염 제어 시스템은, 상기 원자로 노심부에 유체 연통되게 결합되어 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료(fertile material) 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 선택된 부피의 공급재로 교체하도록 구성된 용융 연료 염 교체 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 상기 공급재를 상기 원자로 노심부 내로 전달하도록 구성된 공급 연료 공급부(feed-fuel supply unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 선택된 부피의 상기 공급재를 상기 원자로 노심부 내로 전달하도록 구성된 공급 연료 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  5. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 선택된 조성의 상기 공급재를 상기 원자로 노심부 내로 전달하도록 구성된 공급 연료 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  6. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 상기 원자로 노심부로부터 사용된 연료로서 상기 선택된 부피의 용융 연료 염을 전달하도록 구성된 사용된 연료 전달부(used-fuel supply unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  7. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 상기 원자로 노심부로부터 상기 선택된 부피의 용융 연료 염을 그리고 상기 공급재를 상기 원자로 노심부 내로 동시에 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  8. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 상기 공급재를 상기 원자로 노심부 내의 상기 선택된 부피의 용융 연료 염으로 교체하는 것에 의해 핵분열 반응의 반응도를 제어하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  9. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 상기 공급재를 상기 원자로 노심부 내의 상기 선택된 부피의 용융 연료 염으로 교체하는 것에 의해 핵분열 반응에 있어서의 용융 연료 염의 조성을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  10. 제2항에 있어서, 상기 용융염 원자로는 고속 스펙트럼 핵분열 원자로이며, 상기 용융 연료 염은 염화물 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 상기 공급재를 상기 원자로 노심부 내의 상기 선택된 부피의 용융 연료 염으로 교체하는 것에 의해 고속 스펙트럼 핵분열 반응에 있어서의 UCl3-UCl4-NaCl의 조성을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  12. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 교체 시스템은 상기 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 시간에 걸쳐 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 선택된 부피의 상기 용용 연료 염을 선택된 부피의 상기 공급재로 반복적으로 교체하도록 구성된 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 원자로 노심부에 인접하게 위치되고, 상기 원자로 노심부의 반응도를 나타내는 하나 이상의 파라미터를 모니터링 하도록 구성된 반응도 파라미터 센서;
    상기 원자로 노심부의 반응도를 나타내는 상기 하나 이상의 파라미터를 수신하도록 상기 반응도 파라미터 센서에 통신 가능하게 결합되고, 상기 선택된 부피의 용융 연료 염을, 상기 하나 이상의 파라미터를 기초로 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 제어하도록 구성된 제어기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  14. 제2항에 있어서, 상기 용융 연료 염 제어 시스템은 상기 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위 어셈블리를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 더 포함하며, 상기 부피 변위 어셈블리 각각은 상기 원자로 노심부 내로 삽입시 상기 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  15. 제1항에 있어서, 상기 용융 연료 염 제어 시스템은 상기 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위체를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 포함하며, 상기 부피 변위체 각각은 상기 원자로 노심부 내로 삽입시 상기 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  16. 제1항에 있어서, 상기 용융 연료 염 제어 시스템은 상기 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위체를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 더 포함하며, 상기 부피 변위체 각각은 상기 원자로 노심부 내로 삽입시 상기 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성되며, 상기 부피 변위 제어 시스템은 상기 부피 변위체에 의해 상기 원자로 노심부의 허용 충전 레벨 위로 변위되는 용융 연료 염을 운반하도록 구성된 용융 연료 염 스필-오버 시스템(spill-over system)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  17. 제1항에 있어서, 상기 용융 연료 염 제어 시스템은 상기 원자로 노심부 내로 삽입 가능한 하나 이상의 부피 변위체를 가지는 부피 변위 제어 시스템을 더 포함하며, 상기 부피 변위체 각각은 상기 원자로 노심부 내로 삽입시 상기 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성되며, 상기 부피 변위 제어 시스템은 상기 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 시간에 걸쳐 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 상기 원자로 노심부 내로 복수의 삽입 깊이로 삽입 가능한 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  18. 원자로 노심부 내의 용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 유지시키는 단계;
    용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 상기 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 교체 단계는 상기 공급재를 상기 원자로 노심부 내로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 교체 단계는 선택된 부피의 공급재를 상기 원자로 노심부 내로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 교체 단계는 선택된 조성의 공급재를 상기 원자로 노심부 내로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 교체 단계는 상기 선택된 부피의 공급재를 기초로 상기 원자로 노심부의 상기 반응도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 교체 단계는 상기 선택된 조성의 공급재를 기초로 상기 원자로 노심부 내의 핵분열 반응에 연료를 공급하는 용융 연료 염의 조성을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제19항에 있어서, 상기 교체 단계는 상기 선택된 조성의 공급재를 기초로 상기 원자로 노심부 내의 핵분열 반응에 연료를 공급하는 UCl3-UCl4-NaCl의 조성을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제19항에 있어서,
    상기 용융 연료 염에 의한 교체 조건의 만족을 모니터링 하는 단계:
    상기 교체 조건의 만족에 응답하여, 상기 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 원자로 노심부의 반응도를 나타내는 하나 이상의 반응도 파라미터를 모니터링 하는 단계;
    상기 하나 이상의 반응도 파라미터를 기초로 상기 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제19항에 있어서,
    상기 원자로 노심부의 용융 연료 염의 조성을 나타내는 하나 이상의 조성 파라미터를 모니터링 하는 단계;
    상기 하나 이상의 조성 파라미터를 기초로 상기 선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 것을 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제18항에 있어서, 상기 제거 단계는:
    상기 하나 이상의 부피 변위체를 상기 원자로 노심부 내의 용융 연료 염 내로 삽입하는 것에 의해 상기 원자로 노심부로부터 상기 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제거 단계는:
    상기 부피 변위된 부피의 용융 연료 염이 상기 부피 변위체에 의해 상기 원자로 노심부의 허용 충전 레벨 위로 변위될 때 용융 연료 염 스필-오버 시스템을 통해 상기 원자로 노심부로부터 상기 부피 변위된 부피의 용융 연료 염을 운반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 상기 부피 변위체는 각각 상기 원자로 노심부 내로 삽입시 상기 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 부피 변위시키도록 구성되며, 상기 부피 변위 제어 시스템은 상기 용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 시간에 걸쳐 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 상기 원자로 노심부 내로 복수의 삽입 깊이로 삽입 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 용융염 원자로로서:
    용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 유지하도록 구성된 원자로 노심부;
    선택된 부피의 용융 연료 염을 선택된 친 핵연료 재료 및 캐리어 염의 혼합물을 함유하는 선택된 부피의 공급재로 교체하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
  33. 용융염 원자로로서:
    용융 연료 염을 연료로 하는 핵분열 반응을 유지하도록 구성된 원자로 노심부;
    용융염 원자로의 반응도를 나타내는 파라미터를 선택된 범위의 공칭 반응도 내로 유지하도록 상기 원자로 노심부로부터 선택된 부피의 용융 연료 염을 제거하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융염 원자로.
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