Design preliminare per un reattore omogeneo di nuova concezione

Lo scopo principale che la comunità internazionale si è posta è quello di costruire un futuro, per la produzione di energia nucleare, che realizzasse due obiettivi cardine: breeding e riprocessamento. La realizzazione di queste due condizioni assicura una produzione di energia stabile e a lungo termine compatibile con le risorse disponibili sul pianeta. Inoltre con il riprocessamento si può raggiungere un decremento notevole della radio tossicità dei rifiuti tramite l’utilizzo di trasmutatori di scorie radioattive, riducendo di molto i problemi di confinamento. Per un’ampia classe di radionuclidi, queste reazioni richiedono uno spettro neutronico veloce, così come lo richiede l’utilizzo del ciclo Uranio-Plutonio (U-Pu) per raggiungere la condizione di breeding. I reattori a sali fusi (MSR ) fanno parte della GEN-IV e sono studiati, di solito, in relazione al ciclo Torio-Uranio (Th-233U). L’economia neutronica di questo ciclo permette di raggiungere la condizione di breeding anche con uno spettro neutronico termico, infatti, le principali realizzazioni del passato, ARE , MSRE ed il MSBR , erano reattori che lavoravano in regime termico. Tale caratteristica, però, non permette l’incenerimento di numerosi attinidi presenti nel combustibile esausto degli LWR . La fisica del ciclo Th-U è più flessibile di quella U-Pu e consente di fare breeding anche in zona veloce; pertanto una branca della ricerca dei MSR si è indirizzata nei confronti alla progettazione di reattori a sali fusi non moderati e quindi con uno spettro neutronico veloce o quasi veloce. Se poi si analizzano tutte le diverse strutture dei reattori a sali fusi, sia quelli già realizzati, come il MSRE o il MSBR, che quelli ancora in fase di progettazione, come il TMSR-NM , si osserva che, in ogni momento, circa un terzo del volume totale di sale circola fuori dal core attraverso tubi, pompe, scambiatori di calore e sistema di riprocessamento, che presenta il vantaggio di eliminare i problemi di inventory del combustibile, spostando sulla struttura di riprocessamento tutti quelli di sicurezza dell’impianto nucleare. Si ha un core intrinsecamente sicuro a discapito di un secondario che deve riuscire ad esserlo. Questa tesi vuole superare i limiti della filiera dei MSR, realizzando una nuova struttura nucleare che utilizzi il ciclo Th-U facendo breeding in regime quasi veloce, che mantenga il combustibile confinato ed in sicurezza, e che rimandi la necessità del riprocessamento ad un secondo tempo, senza inficiare il raggiungimento del breeding. Partendo dall’idea di mantenere il sale con combustibile confinato all’interno del vessel ed in circolazione naturale, si crea una nuova struttura attraversata da canali verticali nei quali scorre il sale fuso termovettore, ovviamente in circolazione forzata, che asporta calore da quello con combustibile confinato nel vessel. La scelta del sale fuso e dei materiali diventa fondamentale per raggiungere gli obiettivi prefissati. Il sale fuso con combustibile scelto prende a riferimento lo stesso sale utilizzato nel TMSR-NM in quanto non impiega Berillio e, ovviamente, sfrutta il ciclo Th-U. Il sale fuso termovettore è stato invece scelto per le sue proprietà che ben si accoppiano con le necessità neutroniche e di scambio termico. Per quanto riguarda la scelta del materiale dei canali è in fase di elaborazione l’analisi neutronica sul reattore perché, sebbene si fosse partiti dall’idea di utilizzare canali d’acciaio, si è osservato che l’impiego di canali in grafite dà dei valori neutronici e di conversione che permettono di ottenere breeding anche senza effettuare riprocessamento on-line. Riassumendo, questa tesi propone un’analisi preliminare neutronica ed un dimensionamento di massima di un nuovo concetto di reattore a sali fusi, fondendo insieme i progetti del MSRE e del TMSR-NM.