液體氟釷反應堆

液體氟釷反應堆
氟化液態鹽 FLiBe

 液體氟釷反應堆（粵拼：jik6 tai2 fat1 tou2 faan2 jing3 deoi1） （英文：liquid fluoride thorium reactor，縮寫：LFTR）係種熔鹽反應堆（MSR）。LFTR 將釷熔咗喺氟化液態鹽，做燃料，通過「釷燃料循環」放出能量。

喺 LFTR 裏頭，釷同鈾233熔喺載體嘅氟化鹽，混合形成液體燃料。一般操作嘅情況，將液體燃料由反應核心泵去熱力交換器，非放射性嘅次級鹽，喺分隔嘅系統，吸收反應放出嘅熱能，次級鹽再將熱能傳畀蒸汽渦輪機或閉合循環氣體渦輪機（closed-cycle gas turbine）[1]，去發電。

呢項技術最早喺20世紀60年代嘅美國橡樹嶺國家實驗室研究。最近世界各地再有興趣[2]。日本，中國，英國，美國私人，捷克，加拿大[3] 同澳洲嘅公司都話有意開發同商業化呢個技術。LFTR 幾乎每方面都同用緊嘅核反應堆唔同：用釷唔用鈾-235，無需閂機直接泵走啲燃料，意味住冇核心熔化嘅風險，操作環境比較高溫低壓[4]，都係潛在嘅優勢。

背景

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到咗1946年，發現核裂變之後八年，三個裂變同位素可以用做核燃料[5][6]：

  • 鈾-235：係核分裂鏈式反應嘅物質，係天然鈾嘅 0.72％
  • 鈈-239：可以由非裂變嘅 鈾-238 整出嚟（天然鈾嘅 99％）
  • 鈾-233：可以由非裂變嘅 釷-232 整出嚟（約天然釷嘅 100％；比地殼嘅鈾多四倍[7]）

釷-232、鈾-235 同鈾-238 已經存在咗超過四十五億年，早喺地球形成嗰時就有；係恆星死後嘅產物，銀河系四圍都有。

由於技術同歷史嘅原因[8]，呢三種燃料各有各嘅反應堆。鈾-235 係而家世界上最主要嘅核燃料，通常用喺輕水式反應堆。鈾-238／鈈-239就用喺液態鈉快中子增殖反應堆（liquid sodium fast breeder reactors）同加拿大 CANDU 重水鈾反應堆。釷-232／鈾-233最適合熔鹽反應堆[9]。

最先係歐枌溫伯格喺橡樹嶺國家實驗室研究熔鹽反應堆。成功設計、起兩個反應堆嘅初型，重用得嘅；就係1954年嘅飛機實驗反應堆（Aircraft Reactor Experiment）同1965年到69年嘅熔鹽反應堆實驗，兩個試驗堆都用咗液體氟化鹽燃料。個實驗計劃喺1970年代頭收擋，溫伯格畀人抄魷[10]。而美國嘅熔鹽反應堆研究一直停滯不前[11][12]。時至今日，呢兩個就係史上唯一嘅熔鹽反應堆。

好處

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LFTR 比傳統嘅鈾輕水反應堆有更多優勢[7][13][14][15][16][17]：

  • 內在嘅安全：
  • 穩定冷卻劑
  • 低壓操作
  • 冇壓力積埋
  • 慢熱
  • 核心安全保障
  • 核廢料年期短
  • 副產品做唔到核武
  • 大把釷：
  • 高效率反應堆
  • 唔使提練：鈾-235少過1%，所而提練先用得。釷-232 唔要提練。

攷

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  1. ↑ LeBlanc, David (2010). "Molten salt reactors: A new beginning for an old idea" (PDF). Nuclear Engineering and Design. Elsevier. 240 (6): 1644. doi:10.1016/j.nucengdes.2009.12.033.
  2. ↑ Stenger, Victor (12 January 2012). "LFTR: A Long-Term Energy Solution?". Huffington Post.
  3. ↑ Williams, Stephen (16 January 2015). "Molten Salt Reactors: The Future of Green Energy?". ZME Science. 原著喺2016年7月29號歸檔. 喺12 August 2015搵到.
  4. ↑ Warmflash, David (16 January 2015). "Thorium Power Is the Safer Future of Nuclear Energy". Discover Magazine. 原著喺2015年1月21號歸檔. 喺22 January 2015搵到.
  5. ↑ UP (29 September 1946). "Atomic Energy 'Secret' Put into Language That Public Can Understand". Pittsburgh Press. 喺18 October 2011搵到.
  6. ↑ UP (21 October 1946). "Third Nuclear Source Bared". The Tuscaloosa News. 喺18 October 2011搵到.
  7. ↑ 7.0 7.1 Hargraves, Robert; Moir, Ralph (July 2010). "Liquid fluoride thorium reactors: an old idea in nuclear power gets reexamined" (PDF). American Scientist. 98 (4): 304–313. doi:10.1511/2010.85.304. 原著 (PDF)喺2013年12月8號歸檔. 喺2016年9月26號搵到.
  8. ↑ "Lab's early submarine reactor program paved the way for modern nuclear power plants". Argonne's Nuclear Science and Technology Legacy. Argonne National Laboratory. 1996.
  9. ↑ Sorensen, Kirk (2 July 2009). "Lessons for the Liquid-Fluoride Thorium Reactor" (PDF). Mountain View, CA: Google. 原著 (PDF)喺12 December 2011歸檔.
  10. ↑ MacPherson, H. G. (1 August 1985). "The Molten Salt Reactor Adventure". Nuclear Science and Engineering. 90: 374–380. 原著喺4 June 2011歸檔.
  11. ↑ Weinberg, Alvin (1997). The First Nuclear Era: The Life and Times of a Technological Fixer. Springer. ISBN 978-1-56396-358-2.
  12. ↑ "ORNL: The First 50 Years - Chapter 6: Responding to Social Needs". 原著喺2013年6月21號歸檔. 喺12 November 2011搵到.
  13. ↑ Section 5.3, WASH 1097 "The Use of Thorium in Nuclear Power Reactors", available as a PDF from Liquid-Halide Reactor Documents Accessed 11/23/09
  14. ↑ "Molten Salt Reactors: A New Beginning for an Old Idea" (PDF). 原著 (PDF)喺2013年10月4號歸檔. 喺24 October 2012搵到.
  15. ↑ "Potential of Thorium Fueled Molten Salt Reactors" (PDF). 原著 (PDF)喺2016年7月14號歸檔. 喺24 October 2012搵到.
  16. ↑ "6th Int'l Summer Student School on Nuclear Physics Methods and Accelerators in Biology and Medicine (July 2011, JINR Dubna, Russia)" (PDF). Uc2.jinr.ru. 原著 (PDF)喺2013年5月15號歸檔. 喺24 October 2012搵到.
  17. ↑ Cooper, N.; Minakata, D.; Begovic, M.; Crittenden, J. (2011). "Should We Consider Using Liquid Fluoride Thorium Reactors for Power Generation?". Environmental Science & Technology. 45 (15): 6237. doi:10.1021/es2021318.