
【化】 molten salt breeder reactor (MSBR)
【化】 fused salt; molten salt
【化】 breeder reactor
熔鹽增殖堆(Molten Salt Breeder Reactor,MSBR)是一種第四代核反應堆技術,其核心特征是将核燃料溶解于高溫熔融鹽中作為冷卻劑和燃料載體。該設計通過钍-鈾增殖循環實現核燃料增殖,在維持鍊式反應的同時生成更多可裂變材料(如鈾-233),理論上可使燃料利用率提升至傳統反應堆的100倍以上。
核心組成與原理
$$
^{232}{90}text{Th} + n rightarrow ^{233}{90}text{Th} xrightarrow{beta^-} ^{233}{91}text{Pa} xrightarrow{beta^-} ^{233}{92}text{U}
$$
技術優勢
引用來源
熔鹽增殖堆是一種結合熔鹽堆(MSR)技術與燃料增殖功能的先進核反應堆設計,其核心特點是通過钍-鈾燃料循環實現核燃料的增殖。以下為詳細解析:
熔鹽增殖堆以熔融氟化鹽(如LiF-BeF₂-ThF₄-UF₄)同時作為燃料載體和冷卻劑,利用熱中子轟擊钍-232生成可裂變的鈾-233,實現燃料增殖。這種設計屬于第四代核能系統,具有高效利用钍資源的能力(提到钍資源利用率可達60%-70%)。
燃料增殖能力
每消耗1個鈾-233原子,可生成1.01-1.03個新燃料原子,通過钍-鈾循環将钍轉化為鈾-233,燃料利用率比傳統鈾堆高200倍。
廢料處理革新
采用連續線上後處理技術,每GW年廢料僅800公斤,且半衰期縮短至300年(傳統堆需數萬年)。通過氟噴淋、铋柱分離和鹽蒸餾工藝,實現鈾回收率超99%。
固有安全性
負溫度反應系數設計,溫度升高時自動抑制鍊式反應;低壓運行避免氫氣爆炸風險。
材料腐蝕
高溫熔鹽對哈斯特洛合金-N仍有慢性腐蝕,氚生成(锂-6轉化為氟化氫)加劇材料劣化,需使用锂-7同位素并保持惰性氣體環境。
燃料循環複雜性
镤-233半衰期27天,需10個月存儲确保衰變為鈾-233;雙流設計雖能簡化分離,但受限于高溫管道材料。
慢化劑壽命
石墨慢化劑在高中子通量下每4年需更換,新型設計采用浮動石墨球實現不停堆更換。
橡樹嶺實驗室已驗證705℃工況下的可行性,當前研究聚焦小型化(1-3MW電功率)和軍用場景(如潛艇動力)。中國、美國等多國已将其列入第四代核能發展路線。
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