چگونه نمک مذاب می تواند مایه حیات نیروی هسته ای فردا باشد

نیوزویز – نمک دیگر فقط برای پاپ کورن نیست. در واقع، نمک مذاب به عنوان یک سیال کاری ایده آل برای خنک سازی راکتور، انتقال نیرو، سوخت گیری و جذب محصولات شکافت، توجه صنعت هسته ای را به خود جلب کرده است. بسیاری از نمک های مورد بحث ارزان، غیر سمی و به راحتی قابل حمل هستند. در واقع، نمک خوراکی یکی از موادی است که بسیاری از توسعه دهندگان راکتور برای استفاده از آن انتخاب می کنند.

افزایش علاقه به راکتورهای نمک مذاب (MSR) منجر به افزایش سرمایه گذاری در تحقیق و توسعه آنها شده است. آزمایشگاه ملی آیداهو قبلاً تلاش هایی را برای ایجاد قابلیت های نمک مذاب جامع انجام داده است. در سال‌های آینده، این تلاش‌ها تأسیساتی را برای توصیف نمک مذاب، تابش نمک سوخت و راه‌اندازی یک راکتور «سریع» آزمایشی که بر روی نمک مذاب کار می‌کند، ایجاد خواهد کرد.

جان کارتر، مدیر فناوری نمک مذاب، گفت: “تحقیق نمک مذاب برای آینده انرژی هسته ای ضروری است و INL منبع ایده آل برای پروژه های صنعتی در این زمینه است.” MSR ها یک گزینه جذاب برای تولید برق در آینده هستند و ما آماده هستیم تا پیشرفت قابل توجهی به سمت عملیات در مقیاس کامل داشته باشیم.

چرا نمک؟

نمک مذاب، به عنوان خنک کننده و سوخت هسته ای، مزایای بی شماری برای ایمنی، کارایی و انعطاف پذیری دارد.

جالب اینجاست که سوخت نمک مذاب دارای ویژگی ایمنی ذاتی است. اگر نمک بیش از حد گرم شود، به طور طبیعی منبسط می شود و واکنش شکافت را کارآمدتر می کند و راکتور را خاموش می کند. هسته راکتور MSR به طور طبیعی سطح توان خود را برای مطابقت با انتشار گرما برای تولید برق تغییر می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد تا به تقاضای کاربر پاسخ مناسب دهد.

مزیت دیگر: انعطاف پذیری سوخت. اورانیوم، پلوتونیوم و توریم نمک هایی را تشکیل می دهند که می توانند به عنوان سوخت MSR استفاده شوند. در دمای کار راکتور، نمک مایع است، به این معنی که می توان سوخت جدید وارد کرد و سوخت مصرف شده را می توان در حین کار تمیز، فیلتر و مدیریت کرد. این امر نیاز به قطع سوخت گیری را از بین می برد.

سوخت نمک مذاب دنیای کاملا جدیدی از امکانات را برای طراحان راکتور باز می کند. دمای بالا در MSRها به تبدیل انرژی الکتریکی کارآمد تبدیل می شود، اما ویژگی فشار کم نیاز به لوله ها و مخازن با دیواره ضخیم گران قیمت را از بین می برد.

استفاده از نوترون های سریع نیز مزایای خاص خود را دارد.

نوترون های سریع چیست؟

یک راکتور هسته ای با طیف سریع از نوترون های سریع و پرانرژی برای ادامه واکنش هسته ای استفاده می کند. نوترون های سریع در مصرف برخی مواد زائد کارآمدتر از نوترون های کند هستند. این امر میزان زباله های طولانی مدتی را که باید از محیط زیست جدا شوند، به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

اگرچه راکتورهای طیف سریع می توانند برق پاک و قابل اعتماد برای شبکه تولید کنند، اما می توانند انرژی حرارتی را برای نیازهای صنعتی مانند نمک زدایی آب، تولید آلومینیوم و فولاد، تولید هیدروژن و جذب کربن نیز تامین کنند. امروزه این فرآیندها سوخت های فسیلی را برای تولید گرمای با دمای بالا می سوزانند. به دست آوردن این گرما از قدرت شکافت، وابستگی کره زمین به منابع انرژی مبتنی بر کربن را بیشتر کاهش می دهد.

با در نظر گرفتن این مزایا، چشم انداز اتخاذ یک طراحی MSR با طیف سریع و مبتنی بر نمک، اولویت بالایی برای صنعت انرژی هسته ای، ایالات متحده و دولت های بین المللی است.

اکنون چه تحقیقاتی در حال انجام است؟

محققان و مهندسان INL در پاسخ به برخی سوالات برجسته در مورد فناوری های MSR کمک می کنند.

به عنوان مثال، به عنوان بخشی از پروژه تابش کنترل شده با دما برای تحقیقات نمک مذاب، یک پروژه تحقیق و توسعه آزمایشگاهی در INL، محققان اولین آزمایش تابش نمک کلرید مذاب را طراحی کردند. این آزمایش یک نمک سوختی محصور شده را در یک راکتور در حال کار قرار می دهد تا بهتر بفهمد که چگونه خواص نمک سوخت کلرید در طول تابش تغییر می کند. این آزمون برای اواخر سال جاری برنامه ریزی شده است.

پروژه دیگر، مرکز مطالعات ترموفیزیکی نمک مذاب، یک مرکز پیشرفته است که در آن محققان از تجهیزات تخصصی در جعبه دستکش محافظ برای رسیدگی و بررسی دقیق نمک سوخت پرتودهی شده استفاده خواهند کرد. محققان امیدوارند با مشاهده چگالی، ظرفیت گرمایی و ویسکوزیته مواد تحت شرایط عملیاتی رفتار کنند. تیم باید این را کامل کند مرکز ملی نوآوری راکتور پروژه سال آینده

INL همچنین بخشی از تیمی است که در حال توسعه آزمایش راکتور کلرید مذاب (MCRE) است، یک آزمایش خرده مقیاس شش ماهه که اولین راکتور نمک مذاب با طیف سریع عملیاتی جهان را نشان خواهد داد. INL با مشارکت شرکت جنوبی و TerraPower، نمک سوخت را سنتز و پردازش می‌کند، راکتور را بارگیری و راه‌اندازی می‌کند، و تمام فعالیت‌های انحلال و برچیدن پس از عملیات را انجام می‌دهد. آزمایش بستر آزمایش، یک مشارکت عمومی و خصوصی تحت برنامه نمایش رآکتور پیشرفته دفتر انرژی هسته‌ای وزارت انرژی، قرار است در اولین فرصت در سال 2027 آغاز شود و داده‌های مورد نیاز برای برداشتن گام بعدی برای صدور مجوز تجاری سریع کلرید مذاب را فراهم کند. راکتور

نیک اسمیت، مدیر پروژه MCRE گفت: “این باورنکردنی است که دانش و استعداد زیادی برای پروژه MCRE گرد هم آمده اند.” “ما از تخصص INL در نمایش سوخت و راکتور استفاده می کنیم، این را با ایده های نوآورانه و احساس فوریت شرکای صنعتی خود ترکیب می کنیم و از طریق مهندسی فناوری که هیچ کس قبلاً ایجاد نکرده است، کار می کنیم.” این هیجان انگیزترین چیزی است که تا به حال بخشی از آن بوده ام.»

INL همچنین تحقیقات مربوط به خواص نمک مذاب، کاهش خطر، و بهینه‌سازی شرایط MSR را با استفاده از تلاش‌های مدل‌سازی محاسباتی اختصاصی انجام می‌دهد.

مدل‌سازی و شبیه‌سازی رایانه‌ای چندفیزیکی به‌طور خاص برای MSR با استفاده از کد منبع باز INL، Multiphysics Object-Oriented Simulation Environment یا MOOSE توسعه یافته یا سفارشی شده است. این نرم افزار به محققان اجازه می دهد تا مدل های دیجیتالی دقیق را در مقیاس ها، مواد و حوزه های تحقیقاتی مختلف ایجاد کنند. این شبیه‌سازی‌های با وفاداری بالا، که توسط آزمایش‌های دنیای واقعی اطلاع‌رسانی شده‌اند، به محققان و صنعت کمک می‌کنند تا ایمنی و عملکرد MSR را با پیش‌بینی قابل اعتماد خواص نمک مذاب، ترمودینامیک و رفتار تابش بهبود دهند.

تونی کارلسون، محقق، گفت: “فعالیت های تحقیقاتی انجام شده در INL به افزایش سطح آمادگی فنی راکتورهای پیشرفته نمک مذاب کمک می کند.” INL دارای کارکنان فنی است که علاقه زیادی به نمک‌های مذاب دارند و توانایی‌های آزمایشی منحصربه‌فردی برای اکتینیدها و نمک‌های پرتودهی شده دارد که در هیچ کجای دنیا یافت نمی‌شوند. همراه با شرکای صنعتی، ما در حال پر کردن شکاف از توسعه رآکتور پیشرفته تا استقرار هستیم.»

برای آزمایشگاه ملی آیداهو
اتحاد انرژی Battelle مدیریت INL دفتر انرژی هسته ای وزارت انرژی ایالات متحده را بر عهده دارد. INL مرکز تحقیق و توسعه هسته ای کشور است و همچنین تحقیقاتی را در هر یک از حوزه های تمرکز استراتژیک DOE انجام می دهد: انرژی، امنیت ملی، علم و محیط زیست. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنیدwww.inl.gov. ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید:توییتر،فیس بوک،اینستاگرامولینکدین.