Қорытылған тұзды реакторлар: Жаңа буын ядролық технология

Ерітілген тұз реакторлары: Ядролық отынды еритілген тұз қоспасымен салқындататын реакторлар. Зерттеулер, қазіргі әзірлемелер, Қытайдың TMSR жобасы туралы ақпарат.

17 мин оқу

100%

Дереккөз: Molten-salt reactor — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Балқытылған материалмен салқындатылатын ядролық реактордың түрі.

Балқытылған тұз реакторы (MSR) – ядролық бөліну реакторының бір класы, онда негізгі ядролық реактор салқындатқышы және/немесе отын – балқытылған тұз бен бөлінуге қабілетті материалдың қоспасы. 20-шы ғасырдың ортасында АҚШ-та екі зерттеу MSR жұмыс істеді. 1950 жылдардағы Ұшқыш реактор эксперименті (ARE) негізінен технологияның ықшамдылығымен бағаланды, ал 1960 жылдардағы Балқытылған тұз реакторы эксперименті (MSRE) торий отын циклын қолданатын ядролық электр стансасын көрсетуді мақсат етті. IV буын реакторларын зерттеуге қызығушылық жаңадан артып, 21-шы ғасырда көптеген елдер жобаларын бастады. 2023 жылдың мамыр айына дейін Қытай 2023 жылдың ақпан айында белгіленген мерзімнен кейін TMSR LF1 торий блогының іске қосылғанын жарияламады. MSR сумен салқындатылатын реакторлардағы ядролық балқыма сценарийін болдырмайды, себебі отын қоспасы балқыған күйде ұсталады. Отын қоспасы авариялық жағдайларда, сорғысыз түрде өзектен оқшаулау ыдысына ағып, реакцияны тоқтату үшін қатады. Сонымен қатар, сутек бөлінуі болмайды. Бұл Фукусимадағы ядролық апат сияқты сутек жарылысының қаупін жояды. Олар атмосфералық қысымда немесе оған жақын жұмыс істейді, ал әдеттегі жеңіл су реакторының (ЖЖР) қысымы атмосфералық қысымнан 75-150 есе артық. Бұл реакторлық қысымды ыдыстарға деген қажеттілікті және шығындарды азайтады. Газ тәрізді бөліну өнімдері (Xe және Kr) отын тұзында аз еруге қабілетті, сондықтан олар отын құбырларындағы қысымды арттырудың орнына, отыннан шығатын кезде қауіпсіз түрде ұсталады, бұл дәстүрлі реакторларда болады. MSR жұмыс істеп тұрған кезде отынды толықтыруға болады (іс жүзінде онлайн ядролық қайта өңдеу), ал дәстүрлі реакторлар отын толықтыру үшін тоқтатылады (ерекше жағдайларға CANDU немесе Atucha класындағы PHWR сияқты қысымды құбырлы ауыр су реакторлары, сондай-ақ британдық Magnox, AGR сияқты газбен салқындатылатын реакторлар жатады). MSR жұмыс температурасы шамамен , дәстүрлі ЖЖР-ге қарағанда едәуір жоғары. Бұл электр энергиясын өндіру тиімділігін арттырады және жылуды өңдеу мүмкіндіктерін ұсынады. Тиісті жобалаудағы қиындықтарға ыстық тұздардың коррозиялық әсері және тұздың химиялық құрамының нейтрондық сәулеленудің әсерінен өзгеруі жатады.

A molten salt reactor (MSR) is a class of nuclear fission reactor in which the primary nuclear reactor coolant and/or the fuel is a mixture of molten salt with a fissionable material. Two research MSRs operated in the United States in the mid 20th century. The 1950s Aircraft Reactor Experiment (ARE) was primarily motivated by the technology's compact size, while the 1960s Molten Salt Reactor Experiment (MSRE) aimed to demonstrate a nuclear power plant using a thorium fuel cycle in a breeder reactor. Increased research into Generation IV reactor designs renewed interest in the 21st century with multiple nations starting projects. As of May 2023, China had not announced the ignition of its TMSR LF1 thorium unit following its scheduled date of February 2023. MSRs eliminate the nuclear meltdown scenario present in water cooled reactors because the fuel mixture is kept in a molten state. The fuel mixture is designed to drain without pumping from the core to a containment vessel in emergency scenarios, where the fuel solidifies, quenching the reaction. In addition, hydrogen evolution does not occur. This eliminates the risk of hydrogen explosions (as in the Fukushima nuclear disaster). They operate at or close to atmospheric pressure, rather than the 75–150 times atmospheric pressure of a typical light water reactor (LWR). This reduces the need and cost for reactor pressure vessels. The gaseous fission products (Xe and Kr) have little solubility in the fuel salt, and can be safely captured as they bubble out of the fuel, rather than increasing the pressure inside the fuel tubes, as happens in conventional reactors. MSRs can be refueled while operating (essentially online nuclear reprocessing) while conventional reactors shut down for refueling (notable exceptions include pressure tube heavy water reactors like the CANDU or the Atucha class PHWRs, and British built gas cooled reactors such as Magnox, AGR). MSR operating temperatures are around , significantly higher than traditional LWRs at around This increases electricity generation efficiency and process heat opportunities. Relevant design challenges include the corrosivity of hot salts and the changing chemical composition of the salt as it is transmuted by the neutron flux.

Қасиеттері

MSR, әсіресе балқыған тұзда отыны барлар, төмен жұмыс қысымын және жоғары температураны қамтамасыз етеді. Осы тұрғыдан алғанда, MSR сумен салқындатылатын дәстүрлі реакторға қарағанда сұйық металлмен салқындатылатын реакторға көбірек ұқсайды. MSR жобалары көбінесе жабық отын циклымен жұмыс істейтін, отынды өндіретін реакторлар болып табылады – бұл дәстүрлі ядролық электр станцияларында қолданылатын бір реттік отын пайдаланудан өзгеше. MSR реактивтіліктің теріс температуралық коэффициентін және авариялық жағдайды болдырмау үшін рұқсат етілген үлкен температуралық өсімді пайдаланады. Отын тұзда болған конструкциялар үшін тұз қуаттың кенет өсуімен бірден кеңейеді. Дәстүрлі реакторларда теріс реактивтілік кешіктіріледі, себебі отыннан жылу модераторға берілуі керек. Тағы бір әдіс – реактордың астына жеке, пассивті салқындатылатын ыдыс орналастыру. Ақаулықтар немесе техникалық қызмет көрсету кезінде отын ыдысқа төгіледі, бұл реакцияны тоқтатады. Кейбір конструкциялардың температурасы процестік жылу өндіруге жеткілікті жоғары, сондықтан олар GEN IV жол картасына енгізілді.

Қойылған тұзды таңдау

Тұз қоспалары реакторды қауіпсіз және пайдалы ету мақсатымен таңдалады.

Фтор

Фтордың бір ғана тұрақты изотопы бар және нейтрондық сәулелену кезінде оңай радиоактивті бола қоймайды. Хлор және басқа галогендермен салыстырғанда, фтор азырақ нейтрон сіңіреді және нейтрондарды тиімдірек баяулатады ("модерациялайды"). Төмен валентті фторидтер жоғары температурада қайнайды, алайда көптеген пентафторидтер мен гексафторидтер төмен температурада қайнайды. Олар құрамдас элементтеріне ыдырау үшін қатты қыздырылуы керек. Мұндай балқыған тұздар қайнау температурасынан әлдеқайда төмен температурада сақталғанда "химиялық тұрақты" болады. Фторид тұздары суда нашар ериді және жанғыш сутегі газын бөліп шығармайды.

Хлор

Хлордың екі тұрақты изотопы ( және ) бар, сондай-ақ олардың арасындағы баяу ыдырайтын изотоп нейтрондарды сіңіруге мүмкіндік береді. Хлоридтер жылдам көбейткіш реакторлар құруға мүмкіндік береді. Хлорид тұздарын пайдаланатын реакторлық конструкцияларға бұрын аз зерттеулер жүргізілген. Хлор, фтордан өзгеше, ауыр тұрақты изотопты бөліп алу үшін тазартылуы керек, осылайша нейтронды сіңірген кезде пайда болатын күкірт тетрахлоридінің өндірісі төмендейді, ол кейін бета-ыдырау арқылы ыдырайды.

Литий

Литий тазаланған күйде болуы керек, себебі ол нейтрондарды тиімді ұстап, тритийді жасайды. Тіпті таза литий қолданылса да, литийі бар тұздар ауыр су реакторларымен салыстырылатын тритийдің көп мөлшерін өндіруге себеп болады.

Қоспалар

Реактор тұздары еру нүктесін төмендету үшін эвтектикалық қоспаларға жақын болады. Төмен балқу температурасы тұзды іске қосу кезінде балқытуды жеңілдетеді және жылу алмастырғышта салқындатылған кезде тұздың қатып қалу қаупін азайтады. Ерітілген фтор тұздарының жоғары "тотығу-тотықсыздану терезесі" болғандықтан, ерітілген тұз жүйесінің тотығу-тотықсыздану потенциалын өзгертуге болады. Фторлы литий-бериллий ("FLiBe") тотығу-тотықсыздану потенциалын төмендету және коррозияны дерлік жою үшін бериллий қоспаларымен қолданылуы мүмкін. Дегенмен, бериллийдің өте улы екенін ескере отырып, оны қоршаған ортаға шығармас үшін арнайы сақтық шараларын жобалау қажет. Көптеген басқа тұздар да құбырлардың коррозиясына себеп болуы мүмкін, әсіресе реактор өте реактивті сутегін түзуге жеткілікті ыстық болса. Бүгінгі күнге дейін көптеген зерттеулер FLiBe-ге бағытталған, себебі литий мен бериллий тиімді баяулағыштар болып табылады және олар құрамындағы тұздардан гөрі төмен балқу температурасы бар эвтектикалық тұз қоспасын құрайды. Бериллий сондай-ақ нейтрондарды екі еселендіреді, бұл нейтрондық тиімділікті арттырады. Бұл процесс бериллий ядросы бір нейтронды сіңіргеннен кейін екі нейтрон шығару арқылы жүзеге асады. Отынды таситын тұздар үшін әдетте 1% немесе 2% (молекулалық үлесі бойынша) UF4 қосылады. Торий және плутоний фторидтері де қолданылған.

Қорытылған тұзды тазарту

ОРНЛ-де балқытылған тұзды дайындау және өңдеу техникалары алғаш рет әзірленді. Тұзды тазартудың мақсаты – оксидтерді, күкіртті және металл қоспаларын жою. Оксидтер реактор жұмыс істеу кезінде қатты бөлшектердің шөгуіне алып келуі мүмкін. Күкіртті жұмыс температурасында никель негізіндегі қорытпаларға коррозиялық әсер ететіндіктен жою қажет. Коррозияны бақылау үшін хром, никель және темір сияқты құрылымдық металдарды жою керек. Судың мөлшерін азайту үшін HF және гелий тазарту газы қолданылатын тазарту кезеңі 400 °C температурада жүргізілуі тиіс. Тұз қоспаларындағы оксидтер мен күкірт ластануы HF/H2 қоспасымен газбен үрлеу арқылы алынып тасталды, ал тұз 600 °C-қа дейін қыздырылды.

Қорытылған тұзды өңдеу

Онлайн өңдеу мүмкіндігі МДЖ-ның артықшылығы болуы мүмкін. Ұдайы өңдеу бөліну өнімдерінің қорын азайтуға, коррозияны бақылауға және жоғары нейтронды сіңіру қимасы бар бөліну өнімдерін, әсіресе ксенонды алып тастау арқылы нейтрондық тиімділікті арттыруға мүмкіндік береді. Бұл МДЖ-ны нейтрон тапшылығына бейімделген торий отын циклы үшін ерекше қолайлы етеді. Онлайн отын өңдеу отын өңдеудегі апаттар қаупін тудыруы мүмкін, бұл радиоизотоптардың шығарылуына әкелуі мүмкін. Торийді көбейтудің кейбір сценарийлерінде протактиний реактордан алынып, жоғары таза, бомба жасауға қолданылатын материалға айналуы мүмкін. Заманауи жобалар төменгі арнайы қуатты немесе жеке торий көбейту қаптамасын пайдалануды ұсынады. Бұл протактинийді соншалық деңгейде сұйылтады, оның аз ғана бөлігі екінші нейтронды сіңіреді немесе (n, 2n) реакциясы арқылы (түскен нейтрон сіңірілмей, керісінше ядродан нейтронды шығарады) жасайды. Қысқа жартылай өмір сүру мерзіміне ие және ыдырау тізбегінде күшті гамма-сәуле шығаратын элементтер бар болғандықтан, бұл уранның изотоптық құрамын бомба жасау үшін азырақ тартымды етеді. Бұл пайдаға үлкен бөлінуге қабілетті материалдардың қорының немесе үлкен мөлшердегі тұзға ие 2 сұйықтық жүйесінің қосымша шығындары кіреді. Отын тұзын қайта өңдеуге қажетті технология зертханалық деңгейде көрсетілген, бірақ толық масштабты коммерциялық реакторды жобалаудың алғышарты экономикалық бәсекеге қабілетті отын тұзын тазалау жүйесін жасау үшін ғылыми-зерттеу жұмыстары болып табылады.

Отынды қайта өңдеу

Қайта өңдеу – пайдаланылған ядролық отыннан бөлінуге қабілетті уран мен плутонийді химиялық жолмен ажырату процесі. Мұндай іздестірулер ядролық қару тарату қаупін күшейтеді. АҚШ-та нормативтік-құқықтық база әртүрлі әкімшіліктерде айтарлықтай өзгеріп келген. Ерекше жағдайда, тұрақты тұзды реакторда (SSR) радиоактивті отын отын ұяшықтарында балқыған тұз түрінде ұсталады және бірінші контур радиоактивті болмағандықтан, пайдалану шығындары төмен болуы мүмкін.

Үлгілер

MSR-лер жағылғыш немесе өндіруші болуы мүмкін. Олар жылдам, термиялық немесе эпитермиялық болуы мүмкін. Термиялық реакторлар әдетте нейтрондарды баяулату және температураны теңдестіру үшін модераторды (көбінесе графит) пайдаланады. Олар түрлі отындарды (төмен байытылған уран, торий, таусылған уран, радиоактивті қалдықтар) және салқындатқыштарды (фтор, хлорид, литий, бериллий, қоспа) қабылдай алады. Отын айналымы жабық немесе бір реттік болуы мүмкін. Олар монолиттік немесе модульдік, ірі немесе шағын болуы мүмкін. Реактор контурлық, модульдік немесе интегралдық құрылымды қабылдай алады. Мысалдары:

Ерітілген тұз жылдам реакторы

Балқытылған тұз жылдам реакторы (MSFR) – фторлы тұз салқындатқышында ерітілген отынмен жұмыс істейтін ұсынылған жоба. MSFR – IV буын халықаралық форумы (GIF) одан әрі дамыту үшін таңдаған MSR-дің екі түрінің бірі, екіншісі FHR немесе AHTR. MSFR жылдам нейтрондық спектрге негізделген және қатты отынмен жұмыс істейтін жылдам реакторлардың ұзақ мерзімді ізбасары болуы мүмкін. Олар Еуропалық Одақ пен Ресей Федерациясында негізінен негізгі физикалық және химиялық қасиеттерді есептеу және анықтау арқылы он жылға жуық уақыт бойы зерттеліп келеді. MSFR тұрақты деп есептеледі, себебі отын тапшылығы жоқ. MSFR-ді пайдалану теориялық тұрғыдан трансуран элементтерін (TRU) көп мөлшерде өндірмейді немесе қажет етпейді. MSFR тұрақты күйге жеткенде, уранды байыту қажеттілігі тумайды. MSFR көбейтуші реакторлар болуы мүмкін. Олар өзекте графит сияқты модераторсыз жұмыс істейді, сондықтан графиттің қызмет ету мерзімі енді проблема емес. Нәтижесінде, торий отын циклында жұмыс істейтін жылдам нейтрондық спектрлі көбейтуші реактор пайда болады. MSFR-дегі өзекте қатты заттар жоқ, сұйық отынмен жұмыс істейді, бастапқы отын қоры салыстырмалы түрде аз. Бұл қатты отынды пайдаланатын реакторларға қарағанда әлдеқайда жоғары қуаттылыққа жету мүмкіндігін береді. Шығарылатын жылу тікелей жылу тасымалдау сұйықтығына беріледі. MSFR-де балқытылған тұздың шағын бөлігі бөлініп шығарылған өнімдерді алу үшін өңделеді, содан кейін реакторға қайтарылады. Бұл реакторды тоқтатпай отынды қайта өңдеуге мүмкіндік береді. Бұл қатты отынмен жұмыс істейтін реакторлардан мүлдем өзгеше, себебі оларда қатты отын өндіру және пайдаланылған ядролық отынды өңдеу үшін жеке қондырғылар бар. MSFR желілік отынды бақылау және отынды өңдеудің икемділігі арқасында отынның әртүрлі құрамын пайдалана алады. Стандартты MSFR 3000 МВт жылу қуаты бар реактор болып табылады, оның жалпы тұз көлемі 18 м3, ал орташа отын температурасы 750 °C. Өзек пішіні – төменгі жағынан жоғарғы жағына ағып жатқан сұйық фторидті отын тұзы бар, 1 биіктік/диаметр қатынасы бар тығыз цилиндр. Тұздың жоғарыдан төменге айналымы 16 сорғы мен жылу алмастырғыштар тобына бөлінеді, олар өзекке орналасқан. Отын тұзы толық циклді аяқтауға шамамен 3-4 секунд жұмсайды. Жұмыс істеу кезінде кез келген уақытта тұздың жалпы көлемінің жартысы өзекте, ал қалғаны сыртқы отын контурында (тұз жинағыштары, тұз көпіршік бөлігіштері, отын жылу алмастырғыштары, сорғылар, тұз инжекторлары және құбырлар) болады. Бұл – ұзақ мерзімді перспективада үміт беруші деп саналатын IV буынды балқытылған тұз реакторының бір түрі. Оның жақтастары АҚШ-тың бір жылдық энергия қажеттілігін қамтамасыз ету үшін бес жүз тонна торий жеткілікті дейді. АҚШ Геологиялық қызметінің бағалауынша, АҚШ-тың ең ірі торий кен орны – Монтана мен Айдахо шекарасындағы Лемхи пасс аймағында 64 000 тонна торий қоры бар. Бұрын бұл реакторлар балқытылған тұз көбейтуші реакторлары (MSBR) немесе торий балқытылған тұз реакторлары (TMSR) деп белгілі болған, бірақ 2000 жылдардың басында Кирк Соренсен LFTR атауын қайта жаңартуды ұсынды.

The molten salt fast reactor (MSFR) is a proposed design with the fuel dissolved in a fluoride salt coolant. The MSFR is one of the two variants of MSRs selected by the Generation IV International Forum (GIF) for further development, the other being the FHR or AHTR. The MSFR is based on a fast neutron spectrum and is believed to be a long term substitute to solid fueled fast reactors. They have been studied for almost a decade, mainly by calculations and determination of basic physical and chemical properties in the European Union and Russian Federation. A MSFR is regarded sustainable because there are no fuel shortages. Operation of a MSFR does in theory not generate or require large amounts of transuranic (TRU) elements. When steady state is achieved in a MSFR, there is no longer a need for uranium enrichment facilities. MSFRs may be breeder reactors. They operate without a moderator in the core such as graphite, so graphite life span is no longer a problem. This results in a breeder reactor with a fast neutron spectrum that operates in the Thorium fuel cycle. MSFRs contain relatively small initial inventories of MSFRs run on liquid fuel with no solid matter inside the core. This leads to the possibility of reaching specific power that is much higher than reactors using solid fuel. The heat produced goes directly into the heat transfer fluid. In the MSFR, a small amount of molten salt is set aside to be processed for fission product removal and then returned to the reactor. This gives MSFRs the capability of reprocessing the fuel without stopping the reactor. This is very different compared to solid fueled reactors because they have separate facilities to produce the solid fuel and process spent nuclear fuel. The MSFR can operate using a large variety of fuel compositions due to its on line fuel control and flexible fuel processing. The standard MSFR would be a 3000 MWth reactor that has a total fuel salt volume of 18 m3 with a mean fuel temperature of 750 °C. The core's shape is a compact cylinder with a height to diameter ratio of 1 where liquid fluoride fuel salt flows from the bottom to the top. The return circulation of the salt, from top to bottom, is broken up into 16 groups of pumps and heat exchangers located around the core. The fuel salt takes approximately 3 to 4 seconds to complete a full cycle. At any given time during operation, half of the total fuel salt volume is in the core and the rest is in the external fuel circuit (salt collectors, salt bubble separators, fuel heat exchangers, pumps, salt injectors and pipes). is also a proposed Generation IV molten salt reactor variant regarded promising for the long term future. Advocates estimate that five hundred metric tons of thorium could supply U. S. energy needs for one year. The U. S. Geological Survey estimates that the largest known U. S. thorium deposit, the Lemhi Pass district on the Montana Idaho border, contains thorium reserves of 64,000 metric tons. Traditionally, these reactors were known as molten salt breeder reactors (MSBRs) or thorium molten salt reactors (TMSRs), but the name LFTR was promoted as a rebrand in the early 2000s by Kirk Sorensen.

Тұрақты тұз реакторы

Тұрақты тұзды реактор - салыстырмалы түрде жаңа ұғым, ол балқытылған тұз отынын дәстүрлі LWR отын шұңқырларында статикалық түрде ұстайды. Отын тұзын қажетсіз сорғылау және жоғары радиоактивті, ыстық және химиялық жағынан күрделі сұйықтықты айналдырудан туындайтын коррозия, шөгінді, техникалық қызмет көрсету және қауіпсіздік мәселелері енді қажет емес. Отын шұңқырлары негізгі салқындатқыш ретінде қызмет ететін бөлек, ядролық реакцияға қабілетсіз фторид тұзына батырылады.

Екі сұйықтықты балқытылған тұз реакторлары

Қос сұйықтық реакторының классикалық мысалы – қорғасынмен салқындатылатын, тұз отыны бар реактор.

Әуе кемелері реакторының эксперименті, АҚШ

MSR зерттеулері АҚШ-тың Ұшақ реакторы экспериментімен (ARE) басталды, бұл АҚШ-тың Ұшақ ядролық қозғалтқыштары бағдарламасын қолдау мақсатында жасалған. ARE – 2,5 МВт жылу қуаты бар ядролық реактор эксперименті, ол ядролық бомбалаушы ұшақтың қозғалтқышы ретінде пайдалану үшін жоғары энергия тығыздығына қол жеткізуге арналған. Жобаға эксперименттер кірді, оның ішінде жоғары температуралық және қозғалтқыш сынақтары, олар бірлесіп Жылу беру реакторы эксперименттері деп аталды: HTRE 1, HTRE 2 және HTRE 3 Ұлттық реакторды сынау станциясында (қазіргі Айдахо Ұлттық зертханасы), сондай-ақ Оук Ридж Ұлттық зертханасындағы жоғары температуралы балқытылған тұз реакторы – ARE. Отын ретінде балқытылған фторид тұзы NaF/ZrF4/UF4 (53 41 6 моль%) қолданылды, оны бериллий оксиді (BeO) баяулатты. Сұйық натрий екінші деңгейдегі салқындатқыш ретінде пайдаланылды. Эксперименттегі ең жоғары температура 860 °C құрады. 1954 жылы тоғыз күн ішінде 100 МВт·сағ электр қуаты өндірілді. Бұл экспериментте металл конструкциясы мен құбырлары үшін Inconel 600 қорытпасы қолданылды. 1957 жылы MSR Оук Ридж Ұлттық зертханасының Критикалық эксперименттер орталығында жұмыс істеді. Ол Pratt & Whitney Aircraft Company (PWAC) компаниясының айналмалы отын реакторы бағдарламасының бір бөлігі болды. Бұл Pratt & Whitney Aircraft Reactor 1 (PWAR 1) деп аталды. Эксперимент бірнеше апта бойы жүргізілді және, іс жүзінде, нөлдік қуатта өтті, бірақ ол сындық жағдайға жетті. Жұмыс температурасы шамамен тұрақты ұсталды. PWAR 1 негізгі отын және салқындатқыш ретінде NaF/ZrF4/UF4 қолданды. Бұл – құрылған үш маңызды MSR-дың бірі.

Оук Риджтегі MSRE, АҚШ

Оук Ридж ұлттық зертханасы (ORNL) 1960 жылдары балқытылған тұз реакторларын (МТР) зерттеуде жетекшілік етті. Олардың көптеген жұмыстары "Тұзды реактор эксперименті" (MSRE) арқылы аяқталды. MSRE – 7,4 МВт жылу қуаты бар сынақ реакторы, сұйық фторид торий реакторы (LFTR) деп аталатын эпитермальды торий балқытылған тұз өсіретін реакторының нейтрондық "ядросын" модельдеді. Нейтрон өлшеулері мақсатында торий тұзының үлкен (құны жоғары) көбею қабаты алынып тасталды. MSRE құбырлары, реакторлық ыдысы және құрылымдық элементтері пиролиттік графитпен баяулатылған Hastelloy N-ден жасалған. Ол 1965 жылы сынаққа іске қосылып, төрт жыл бойы жұмыс істеді. Оның отыны |LiF/BeF2/ZrF4/UF4 (65 29 5 1) мол.%. Графит ядросы оны баяулатты. Оның екіншілік салқындатқышы FLiBe (|2LiF*BeF2) болды. Ол өте жоғары температураға жетіп, шамамен 1,5 жылдық толық қуатпен жұмыс істеуге тең нәтижелерге қол жеткізді.

ХХІ ғасыр

Жаңа мыңжылдықта термоядролық энергияны және басқа да ядролық энергия бағдарламаларын дамытудағы үдемелі кешігулерге, сондай-ақ парниктік газдар (ПГ) шығарылымын азайтатын энергия көздеріне деген қажеттіліктің артуына байланысты MSR-ға қызығушылық қайта оянды.

Канада

Канадалық Terrestrial Energy компаниясы интегралды балқытылған тұз реакторы (IMSR) деп аталатын DMSR жобасын әзірлеп жатыр. IMSR шағын модульді реактор (SMR) ретінде пайдалануға арналған. Қазір лицензиялау кезеңіндегі жобаның жылу қуаты 400 МВт (электр қуаты 190 МВт). Жоғары жұмыс температурасының арқасында IMSR өнеркәсіптік жылу нарықтарында және дәстүрлі энергетика нарықтарында қолданылуы мүмкін. Басты конструкциялық ерекшеліктері: графиттен нейтронды баяулату, аз байытылған уранмен отындықтау және ықшам, ауыстырылатын реакторлық ядро. Жылу шығарылуы азот арқылы пассивті түрде жүзеге асырылады (төтенше жағдайда ауа қолданылады). Бұл ерекшелік өнеркәсіптік пайдалану үшін қажетті жеңілдікті қамтамасыз етеді. Terrestrial 2017 жылы Канаданың Ядролық қауіпсіздік комиссиясымен лицензия алдындағы тексерудің бірінші кезеңін аяқтады, нәтижесінде реакторды салуға лицензия алу үшін жобаның қауіпсіздік талаптарына сай екендігі туралы реттеушілік қорытынды берілді. Ұлыбританиялық Moltex Energy Ltd компаниясының еншілес кәсіпорны Moltex Energy Canada, New Brunswick Power компаниясынан Канаданың Point Lepreau қаласында пилоттық қондырғыны дамыту үшін қолдау алды, сондай-ақ IDOM (халықаралық инженерлік фирмасы) қаржылық қолдау көрсетіп, қазіргі уақытта Канадалық жеткізушілердің жобасын қарау процесіне қатысуда. Қондырғы компанияның тұрақты тұзды реакторының қалдықтарды өртеу нұсқасын пайдаланады.

Қытай

Қытай 2011 жылдың қаңтарында торийді зерттеу жобасын бастады және 2021 жылға қарай оған шамамен 3 миллиард юань (500 миллион АҚШ доллары) жұмсады. Қытай 2020 жылға қарай Уувей ғылыми-зерттеу орталығында 2 мегаватттық TMSR LF1 прототипімен басталатын 12 МВт жер асты реакторларын салу бағдарламасын үдетті. Жоба жаңа коррозияға төзімді материалдарды сынауға бағытталған. 2021 жылы Қытай Уувей прототипінің қыркүйек айында торийден электр энергиясын өндіруді бастай алатынын мәлімдеді, бұл прототип шамамен 1000 үйге энергия бере алады. Бұл Оук Ридж жобасынан кейін әлемдегі алғашқы балқытылған тұз реакторы. 100 МВт көлемді келесі реактор 3 метр биіктік және 2,5 метр енді болуы күтілуде, ол 100 000 үйге энергиямен қамтамасыз етеді. Коммерциялық реакторларды дамыту жұмысы 2030 жылға дейін аяқталуы жоспарланған. Қытай үкіметі Батыс Қытайдың шөлдері мен жазықтарында, сондай-ақ Қытайдың "Бір белдеу, бір жол" бастамасына қатысатын елдерде осындай реакторларды салуды көздеп отыр, олардың саны 30-ға жетеді.

Дания

Copenhagen Atomics – Даниялық балқытылған тұз технологиялық компаниясы, жапсалы өндірілетін балқытылған тұз реакторларын әзірлеп жатыр. Copenhagen Atomics қалдықтарды жағушы – бір сұйықтық, ауыр сумен баяулатылатын, фтор негізді, жылу спектрлі және автономды басқарылатын балқытылған тұз реакторы. Бұл 40 футтық, тот баспайтын болаттан жасалған герметикалық контейнердің ішіне орналасуға арналған. Ауыр су модераторы тұздан жылу оқшауланып, үнемі тоқтаусыз ағызылып, A температурасынан төмендетіліп суытылады. Литий-7 дейтероксиді модераторының нұсқасы да зерттелуде. Реактор торий отын циклын пайдаланады, ал бірінші буын реакторлардың бастапқы fissile материалы ретінде пайдаланылған ядролық отыннан бөлінген плутонийді қолданады, содан кейін торий өндірушіге көшеді. Copenhagen Atomics белсенді түрде клапандарды, сорғыларды, жылу алмастырғыштарды, өлшеу жүйелерін, тұз химиясы мен тазарту жүйелерін, сондай-ақ балқытылған тұз қолданулары үшін басқару жүйелерін және бағдарламалық құралдарды әзірлеп, сынақтан өткізеді. Seaborg Technologies ықшам балқытылған тұз реакторының (CMSR) өзегін әзірлеп жатыр. CMSR – коммерциялық түрде қол жетімді аз байытылған уранмен сынаптық жұмыс істеуге арналған жоғары температуралы, бір тұзды, термиялық MSR. CMSR дизайны модульдік және патенттелген NaOH модераторын пайдаланады. Реактордың өзегі әр 12 жыл сайын ауыстырылатыны күтілуде. Жұмыс істеу кезінде отын ауыстырылмайды және реактордың 12 жылдық өмірлік мерзімі бойы жанып тұрады. Seaborg өзегінің бірінші нұсқасы 250 МВт жылу қуаты және 100 МВт электр қуаты өндіруді жоспарлап отыр. Электр станциясы ретінде CMSR шамамен 200 000 үйді электр қуатымен, таза сумен және жылумен/салқындатумен қамтамасыз ете алады.

Франция

CNRS жобасы EVOL (сұйық отынмен жұмыс істейтін жылдам реактор жүйесінің бағалауы және тиімділігі) жобасы, балқытылған тұз жылдам реакторының (MSFR) жобасын ұсыну мақсатымен, 2014 жылы қорытынды есебін жариялады. FHR, MOSART, MSFR және TMSR сияқты әртүрлі MSR жобаларының зерттеу және даму тақырыптары ортақ. EVOL жобасы бірнеше еуропалық ғылыми-зерттеу институттары мен университеттерінің ынтымақтастығымен жүзеге асырылатын, Еуроодақ қаржыландыратын "Балқытылған тұз жылдам реакторының қауіпсіздігін бағалау" (SAMOFAR) жобасы арқылы жалғастырылады.

Германия

Берлиндегі неміс қатты дене ядролық физика институты, жылдам көбейгіш, қорғасынмен суытылатын МСР үшін екі сұйықтық реакторын ұғым ретінде ұсынды. Бастапқы МСР тұжырымдамасында сұйық тұз бөліну материалдарын ұсыну және жылуды алу үшін қолданылды. Осының салдарынан қажетті ағын жылдамдығымен қиындықтар туды. Екі түрлі сұйықтықты жеке контурларда пайдалану бұл мәселені шешеді деп есептеледі.

Үндістан

2015 жылы үндістандық зерттеушілер Үндістанның үш кезеңді ядролық энергетика бағдарламасы аясында, торийге негізделген реакторларға балама ретінде MSR дизайнын жариялады.

Индонезия

Thorcon Индонезия нарығы үшін TMSR 500 балқытылған тұз реакторын әзірлеп жатыр. Ұлттық зерттеу және инновация агенттігі, Ядролық энергия зерттеу ұйымы арқылы, 2022 жылғы 29 наурызда балқытылған тұз реакторларын (МТР) зерттеуге деген қызығушылығын жаңартты және торий отыны бар ядролық реакторлар үшін МТР-ді зерттеу және әзірлеуді жоспарлап отыр.

Жапония

Фудзи балқытылған тұз реакторы 100-ден 200 МВт дейінгі LFTR, Oak Ridge жобасына ұқсас технологияны пайдаланады. Жобаны Жапония, АҚШ және Ресейден өкілдері бар консорциум дамытып жатыр. Толық көлемді реакторды дамытуға шамамен 20 жыл уақыт кетеді, бірақ жоба қаржыландырудан мүсірау көрінеді.

Ұлыбритания

Альвин Вайнберг қоры – 2011 жылы құрылған британдық коммерциялық емес ұйым, торий энергиясының және LFTR технологиясының мүмкіндіктерін жария етуге арналған. Ол 2011 жылдың 8 қыркүйегінде Лордтар палатасында ресми түрде іске қосылды. Қор американдық ядролық физик Альвин М. Вайнбергтің есімімен аталады, ол торийлік MSR зерттеулерін бастап жүрген адам болды. 2015 жылы Ұлыбританияның инновациялық агенттігі Innovate UK тапсырысымен жасалған зерттеуде Moltex Energy компаниясының тұрақты тұзды реактор дизайны Ұлыбританияда іске асыру үшін ең қолайлы алты MSR дизайнының ішіндегі бірі деп таңдалды. Ұлыбритания үкіметінің қолдауы жеткіліксіз болғанымен, компанияның Ұлыбританиядағы бөлімшесі MoltexFLEX 2022 жылдың қазан айында FLEX шағын модульдік дизайнын ұсынды.

Америка Құрама Штаттары

Айдахо ұлттық зертханасы 1000 МВт болжамды қуаты бар, балқытылған тұзбен салқындатылатын және балқытылған тұзбен отынмен толықтырылатын реакторды жобалады. Кирк Соренсен, NASA-ның бұрынғы ғалымы және Teledyne Brown Engineering компаниясының бас ядролық технологы, торий отын циклын ұзақ жылдар бойы қолдаушы болып табылады және «сұйық фторид торий реакторы» терминін енгізді. 2011 жылы Соренсен Flibe Energy компаниясын құрды. Transatomic Power компаниясы 2011 жылдан бастап, 2018 жылы жұмысын тоқтатып, зерттеулерін ашық қолжетімді етуге дейін, қолданыстағы пайдаланылған ядролық отынды тұтынуға арналған «қалдықтарды жоятын балқытылған тұз реакторын» (WAMSR) іске қосуға тырысты. 2016 жылдың қаңтар айында АҚШ Энергетика министрлігі IV буын реакторларды әзірлеу үшін 80 миллион долларлық гранттық қорын жариялады. Екі грант иесінің бірі – Southern Company компаниясы, бұл қаржыландыруды британ ғалымдары бұрын әзірлеген балқытылған хлоридті жылдам реакторды (MCFR) әзірлеу үшін пайдаланады. 2024 жылдың ақпан айында DOE және Kairos Power реактордың жобалауын, құрылысын және іске қосуын қолдау үшін 303 миллион долларлық технологиялық инвестициялық келісімге қол қойды. Компания жобаның маңызды кезеңдерін аяқтағаннан кейін белгілі бір төлемдерді алады. Сондай-ақ, 2021 жылы Southern Company компаниясы TerraPower және АҚШ Энергетика министрлігімен бірлесіп, Айдахо ұлттық зертханасында алғашқы жылдам спектрлі тұз реакторын – Molten Chloride Reactor Experiment (MCRE) құру жоспарларын жариялады. Abilene Christian University (ACU) 1 МВт қуаттылықтағы балқытылған тұздық зерттеу реакторының (MSRR) құрылыс лицензиясын алу үшін NRC-ге өтініш берді, оны Техас штатындағы Абилин қаласындағы кампуста Ядролық энергияны тәжірибелік сынау (NEXT) зертханасының бөлігі ретінде салуды жоспарлап отыр. ACU 2025 жылдың желтоқсанына дейін MSRR-дің жұмысқа кірісуін (критикалық деңгейге жетуін) жоспарлап отыр.