In depth: De Thorium Gesmolten-zoutreactor (LFTR voor Liquid Fluoride Thorium Reactor)

Hoewel de LFTR één van de vele mogelijke ontwerpen is voor een gesmolten-zoutreactor wordt er hier verder op ingegaan omdat het een voorbeeld is van een echte thorium MSR (MSR voor Molten Salt Reactor) en daardoor zowel het voordeel heeft van een gesmolten- zoutreactor als wel van de thorium brandstofcyclus.

Het wordt door velen gezien als één van de beste configuraties om de thorium brandstofcyclus te verwezenlijken en het is iconisch in vele discussies over gesmolten-zoutreactoren. De naam LFTR wordt meestal gebruikt voor een ontwerp met twee gescheiden gesmolten- zout circuits samengebracht in één enkele reactor. De eerste bevat de kernvloeistof en de tweede heet de mantel. Beide bevatten een verschillend mengsel van gesmolten zouten met uranium (kern) of thorium (mantel) als belangrijkste component. Dit ontwerp heet ook wel de ‘twee-vloeistoffen LFTR’.

In deze twee-vloeistoffen LFTR dient het uranium in de kern om de hitte te genereren voor de productie van elektriciteit maar ook om de neutronen te produceren die het thorium in de mantel doen veranderen in nieuw uranium. Dit gebeurt na de splijting van uranium in de kern waarbij neutronen vrijkomen die kunnen worden geabsorbeerd door het thorium in de mantel. Thorium vervalt vervolgens en vormt splijtbaar uranium. Dit nieuw gevormde uranium wordt chemisch gescheiden van de mantelvloeistof en getransporteerd naar de kern waarna het proces opnieuw kan beginnen.

Doordat de brandstof vloeibaar is is het mogelijk te allen tijde een optimaal mengsel in stand te houden. Met een vloeistof is het eenvoudig om nuttige componenten te selecteren maar ook om ongewenste bijproducten te verwijderen. Dit is een belangrijk voordeel ten opzichte van vaste splijtstof waarbij het heel moeilijk is iets te doen als het eenmaal in de reactor zit. Niet-gewenste bijproducten blijven dan ingevangen in de structuur.

Het zout dat optimaal wordt geacht voor de LFTR is een mengsel van lithium- en berylliumfluoride (LiF-BeF) en wordt gewoonlijk FLiBe genoemd. De vloeistof heeft een hoog kookpunt, 1430°C, waardoor het heel heet kan worden zonder te verdampen. Het dient ook om neutronen te vertragen: te snelle neutronen zijn niet geschikt om de kettingreactie in stand te houden. Dit betekent wel dat in een LFTR een machinerie moet zijn om tegelijk met de reactor het FLiBe mengsel schoon te maken en in stand te houden.

(Ingersoll, et al., sd, p. 5) , (Carpenter, 2003, p. 7) , (LeBlanc, 2009, pp. 1644,1645), (Sohal, et al., 2010, p. 8) , (Hargraves & Moir, 2010, pp. 307,308), (Hart, 2011, p. 17) , (Sorensen, 2012) , (Kloosterman, 2012).

Op deze website geven we de voorkeur aan de de term ‘thorium MSR’ omdat dat staat voor een hele familie van mogelijke gesmolten- zoutreactor ontwerpen met het gebruik van thorium waarvan de LFTR één mogelijkheid is. Sommigen en in het bijzonder Hargraves gebruiken de term LFTR ook wel generiek zoals wij de term thorium MSR gebruiken.