Reaktor cepat integral

Integral Fast Reactor (IFR) adalah desain reaktor tenaga nuklir cepat yang dikembangkan dari tahun 1984 hingga 1994. ^{[1] [2]} Desain ini mencakup reaktor baru dan siklus bahan bakar nuklir baru. Reaktor tersebut dinamakan Advanced Liquid Metal Reactor (ALMR). ALMR adalah reaktor "cepat" - yaitu, reaksi berantai antara bahan fisil dipertahankan oleh neutron berenergi tinggi yang tidak dimoderasi . Siklus bahan bakar dibedakan dengan tertutup; artinya bahan bakar diproduksi, tenaga dihasilkan, bahan bakar diproses ulang menggunakan pyroprocessing ^W , dan limbah dikelola semua di lokasi, mengurangi risiko kecelakaan selama pengiriman dan risiko proliferasi dari pencurian bahan nuklir.

Pendanaan, skala, dan durasi proyek penelitian menjadikannya proyek penelitian energi terbesar dalam sejarah AS. ^{[ verifikasi diperlukan ]} Selama sepuluh tahun penelitian lebih dari satu miliar dolar dialokasikan ke Laboratorium Nasional Argonne untuk mengembangkan reaktor nuklir yang mengurangi risiko proliferasi, mengurangi jumlah limbah nuklir, dan meningkatkan efisiensi siklus bahan bakar. Proyek ini diberi dana yang cukup dan berjalan dengan baik, tetapi kemudian dibatalkan secara tiba-tiba selama pemerintahan Clinton dengan satu-satunya alasan yang diberikan bahwa "Kami akan menghentikan program yang tidak perlu dalam pengembangan reaktor tingkat lanjut." ^[3]

Proyek tersebut tidak hanya dibatalkan, tetapi juga diperintahkan untuk dibungkam oleh Departemen Energi dan semua kemajuan yang dicapai oleh para ilmuwan selama dekade penelitian diperintahkan untuk tidak sampai ke telinga publik. ^{[4] [5]}

Fisi nuklir

Fisi nuklir terjadi ketika atom ^W fisil dibombardir dengan neutron dan terbelah. Pemisahan yang dihasilkan melepaskan energi, neutron bebas, dan mengakibatkan atom meluruh menjadi beberapa atom yang lebih rendah pada tabel periodik. bahan fisil didefinisikan sebagai bahan yang dapat dibelah oleh neutron dengan energi kinetik rendah. Bahan dapat dibelah jika memiliki atom yang dapat mengalami fisi nuklir . Fisil dengan demikian, lebih membatasi daripada "dapat dibelah" — meskipun semua bahan dapat dibelah dapat dibelah, tidak semua bahan yang dapat dibelah dapat dibelah. Atom fisil (seperti uranium-233 , uranium-235 , dan plutonium-239 ) adalah atom yang akan mengalami fisi yang dipengaruhi oleh neutron lambat.Atom subur (seperti thorium-232 dan uranium-238) adalah atom yang (biasanya) tidak membelah ketika dipukul dengan neutron lambat tetapi akan menyerapnya dan kemudian meluruh menjadi atom fisil yang kemudian dapat mengalami fisi. Aturan praktisnya adalah aktinida dengan isotop yang tidak rataadalah fisil dan yang genap dapat terbelah tetapi ini tidak selalu akurat. Uranium-238 tidak bersifat fisil dan tidak akan mengalami fisi saat terkena neutron lambat. Namun subur dan akan menyerap neutron menjadi uranium-239. Namun Uranium-239 tidak stabil dan akan meluruh menjadi neptunium-239 hanya dalam beberapa menit. Neptunium-239 juga tidak stabil, memiliki waktu paruh 2,35 hari, dan akan segera meluruh menjadi plutonium-239. Oleh karena itu setelah tahap peralihan uranium-238 menjadi plutonium-239 yang bersifat fisil.

Ada dua cara untuk menyebabkan fisi, dengan neutron cepat dan dengan neutron lambat . Reaktor termal menginduksi fisi dengan neutron yang dimoderasi, biasanya oleh air, yang memperlambatnya hingga kecepatan termal, atau sekitar 8 kali kecepatan suara. Hanya 0,7204% dari uranium alami adalah uranium-235 ^{[ diperlukan verifikasi ]} yang konsentrasinya terlalu rendah untuk mempertahankan reaksi berantai nuklir tanpa bantuan moderator neutron. Moderator adalah bahan yang dapat memperlambat neutron tanpa menyerapnya. Moderasi mengurangi energi kinetik tinggi dari neutron yang dibebaskan yang menghasilkan penampang lintang neutron efektif yang berbeda dan seringkali jauh lebih besar untuk nuklida tertentu daripada neutron cepat yang meningkatkan kemungkinan terjadinya fisi. Reaktor cepat berbeda dari reaktor termal karena tidak menggunakan moderator dan dengan demikian neutron yang dihasilkan dari fisi jauh lebih energik dan bergerak sekitar 7% dari kecepatan cahaya.

Neutron cepat, tidak seperti neutron lambat, mampu menginduksi fisi pada bahan yang dapat dibelah seperti uranium-238 dan thorium-234 serta isotop fisil seperti uranium-235, uranium-233, dan plutonium-239. Energi yang lebih tinggi dari neutron cepat membuat atom yang subur seperti uranium-238 lebih mungkin akan terbelah saat dipukul. Namun rasio antara penampang fisi plutonium-239 (atau uranium-235) dan penampang absorpsi uranium-238 jauh lebih tinggi dalam spektrum termal daripada dalam spektrum cepat yang berarti bahwa bahan bakar untuk reaktor cepat harus banyak. lebih diperkaya pada awalnya daripada reaktor termal.

• 

  Diagram reaksi fisi uranium-235. Fisi menghasilkan dua atom terpisah, barium-141 dan kripton-92, serta melepaskan 2-3 neutron dan radiasi beta.

• 

  Reaksi berantai dimulai ketika neutron bebas dari fisi uranium-235 menginduksi fisi di atom lain

• 

  Penumpukan aktinida berat dalam reaktor termal saat ini, ^[6] yang tidak dapat memfisikan nuklida aktinida yang memiliki jumlah neutron genap. Reaktor cepat dapat membelah semua aktinida.

Fisi Dalam Berbagai Jenis Reaktor

Reaktor Termal

Reaktor termal menggunakan banjir air (atau moderator lainnya) ke inti untuk memperlambat neutron dan menjaganya tetap dingin. Hampir semua reaktor nuklir di dunia yang saat ini beroperasi adalah reaktor termal. ^{[ diperlukan verifikasi ]} Moderator memperlambat neutron bebas ke kecepatan termal yang kemudian diserap oleh bahan fisil untuk menginduksi fisi. Fisi memanaskan air yang kemudian diubah menjadi uap untuk memutar turbin.

Karena sebagian besar bahan bakar dalam reaktor adalah uranium-238, banyak neutron ditangkap oleh isotop fisi dan selama siklus bahan bakar sebagian besar uranium-238 akan berubah menjadi plutonium-239 yang pada gilirannya akan berfisi saat berada di dalam reaktor. Sebagian besar energi yang dihasilkan dalam reaktor sebenarnya, diperkirakan 50%, ^{[ diperlukan verifikasi ]} berasal dari plutonium-239 ini yang dibiakkan dari uranium-238. Dengan cara ini semua reaktor, termal atau tidak, dalam beberapa hal adalah reaktor pemulia. Beberapa reaktor sengaja direkayasa untuk menjadi lebih baik dalam pemuliaan.

Banyak unsur ringan yang tercipta dari fisi menjadi berlimpah dalam bahan bakar dan memperlambat reaksi berantai dengan menyerap neutron bebas hingga tidak ada lagi yang tersisa untuk menyebabkan fisi dalam proses yang disebut keracunan neutron . Penangkapan neutron dalam reaktor termal pada akhirnya memperlambat reaksi berantai fisi hingga berhenti dan bahan bakar harus dibuang atau diproses ulang. Karena keracunan neutron, kurang dari 1% bahan bakar asli digunakan dalam reaktor termal. ^{[ diperlukan verifikasi ]}

Reaktor Cepat

Karena air digunakan sebagai moderator, yang memperlambat neutron dalam reaktor termal , dan tidak digunakan dalam reaktor cepat , maka neutron dalam reaktor cepat bergerak dengan kecepatan tinggi dan disebut neutron cepat . Pengertian reaktor cepat adalah reaktor fisi yang tidak menggunakan moderator neutron dimana lebih dari separuh fisi terjadi dari neutron yang bergerak cepat dan bukan dari neutron termal .

Sebuah atom yang berfisi dalam reaktor cepat melepaskan lebih banyak neutron daripada atom yang berfisi dalam reaktor termal. Karena keracunan neutron ini kurang menjadi masalah dalam reaktor cepat, neutron ekstra menciptakan kelebihan dari apa yang dibutuhkan untuk mempertahankan reaksi berantai fisi. Neutron yang tersisa dapat diserap oleh bahan subur untuk diubah menjadi bahan fisil untuk bahan bakar reaktor lebih lanjut.

Uranium-238 tidak bersifat fisil tetapi dapat difisi dan mengalami fisi terinduksi saat terkena neutron energik dengan energi kinetik lebih dari 1 MeV. Neutron dalam reaktor termal dimoderasi ke kecepatan yang terlalu lambat untuk menginduksi fisi di uranium-238 tetapi di reaktor cepat, neutron bebas yang dihasilkan dari fisi sering memiliki energi kinetik lebih dari 1 MeV yang berarti bahwa ketika mereka menabrak uranium-238 mereka menginduksi fisi daripada daripada diserap.

Karena kelebihan neutron yang dibebaskan dalam reaktor cepat, keracunan neutron tidak menjadi masalah dan karena neutron cepat memiliki potensi untuk menginduksi fusi dalam elemen fisi, reaktor cepat dapat menggunakan bahan bakarnya jauh lebih efisien daripada reaktor termal.

• 

  Skema dua jenis reaktor pengembang cepat logam cair (LMFBR)

• 

  Skema desain reaktor logam cair canggih

• 

  Reaktor peternak cepat Super Phenix di Perancis

• 

  Skema reaktor air mendidih ringan

Reaktor Logam Cair Canggih

ALMR dan reaktor cepat lainnya menggunakan genangan natrium cair yang bersirkulasi sebagai pendingin . Karena atom natrium jauh lebih berat daripada atom oksigen dan hidrogen yang ditemukan dalam air, neutron kehilangan lebih sedikit energi dalam tumbukan dengan atom natrium yang kemudian menjadikan natrium sebagai penghantar panas yang baik yang meningkatkan efisiensi pengiriman panas ke fasilitas pembangkit listrik. ^{[ diperlukan verifikasi ]}

Reaksi nuklir terjadi di inti dan memanaskan natrium cair radioaktif yang melewatinya. Natrium yang dipanaskan itu dipompa melalui pertukaran panas menengah di mana ia mentransfer energi panasnya ke natrium cair non-radioaktif dengan mengalir melalui pipa yang terpisah tetapi berdekatan. Natrium non-radioaktif akhirnya membawa panas ke air yang berdekatan mengalir melalui pipa terpisah yang menghasilkan uap dan memutar turbin.

Konsentrasi bahan fisil yang lebih tinggi relatif terhadap bahan subur diperlukan dalam reaktor cepat untuk mencapai reaksi berantai nuklir mandiri. Namun, setelah reaksi berantai ini tercapai, kelimpahan neutron yang disebabkan oleh fisi neutron cepat memungkinkan reaktor untuk memanfaatkan bahan yang dapat dibelah dan subur daripada bahan yang dapat dibelah. Neutron cepat memiliki rasio fisi/penangkapan yang lebih baik untuk banyak nuklida , dan setiap fisi cepat melepaskan sejumlah besar neutron, sehingga reaktor pemulia cepat berpotensi membiakkan lebih banyak bahan bakar fisil daripada yang dikonsumsinya.

Ini berarti bahwa apa yang harus dibuang oleh reaktor tradisional, dapat dimanfaatkan oleh reaktor pemulia. Itu juga dapat menggunakan limbah nuklir bekas dari reaktor lain sebagai bahan bakar. Karena reaktor menggunakan semua bahan, ia juga menghilangkan banyak bahan radioaktif yang membutuhkan waktu ribuan tahun untuk dinetralkan. Sebagian besar limbah nuklir berumur panjang dibuang dalam reaktor cepat yang secara dramatis mengurangi volume limbah dan jumlah waktu penyimpanannya. ^[7]

Sistem reaktor cepat dengan pemrosesan piro bersifat serbaguna. Itu bisa menjadi konsumen bersih atau produsen plutonium bersih, atau bisa dijalankan dalam mode impas. Dioperasikan sebagai net producer, sistem ini dapat menyediakan bahan start-up untuk pembangkit listrik reaktor cepat lainnya. Sebagai konsumen bersih, itu bisa menggunakan kelebihan plutonium dan bahan senjata. Jika mode impas dipilih, satu-satunya bahan bakar tambahan yang diperlukan pembangkit nuklir adalah infus periodik depleted uranium (uranium dari mana sebagian besar uranium fisil 235 telah dihilangkan) untuk menggantikan atom logam berat yang telah mengalami fisi. ^[8]

Pengelolaan Limbah Radioaktif

Pabrik reaktor termal 1000-megawatt-listrik menghasilkan lebih dari 100 ton bahan bakar bekas per tahun. ^{[ diperlukan verifikasi ]} Bahan bakar nuklir bekas terdiri dari tiga kelas bahan. Produk fisi yang terdiri antara 3 dan 5 persen dari bahan bakar bekas adalah limbah yang sebenarnya. ^[9] Mereka terdiri dari unsur-unsur ringan yang tercipta ketika atom-atom berat terbelah. Campuran tersebut sangat radioaktif selama beberapa tahun pertama. Setelah kira-kira satu dekade, aktivitasnya didominasi oleh dua isotop, cesium-137 dan strontium-90. Keduanya larut dalam air, jadi harus disimpan dengan sangat aman. Dalam waktu sekitar tiga abad, radioaktivitas isotop tersebut menurun dengan faktor 1.000, yang pada saat itu isotop tersebut hampir tidak berbahaya.

Uranium merupakan bagian terbesar dari bahan bakar nuklir bekas (sekitar 94 persen). Ini adalah uranium tak terfisi yang telah kehilangan sebagian besar uranium 235-nya dan menyerupai uranium alam yang sebagian besar tidak dapat membelah. Komponen ini hanya bersifat radioaktif ringan dan, jika dipisahkan dari produk fisi dan sisa bahan dalam bahan bakar bekas, dapat dengan mudah disimpan dengan aman untuk digunakan di masa mendatang di fasilitas yang terlindung ringan.

Limbah paling serius dari bahan bakar nuklir adalah komponen transuranik: elemen yang lebih berat dari uranium. Dalam limbah itu terutama merupakan campuran isotop plutonium dengan kehadiran amerisium yang signifikan. Meskipun unsur transuranium hanya membentuk sekitar 1 persen dari bahan bakar bekas, mereka merupakan sumber utama masalah limbah nuklir saat ini. Waktu paruh atom- atom ini berkisar hingga puluhan ribu tahun. ^{[10] [11]}

Karena limbah radioaktif dalam waktu yang sangat lama tetap mematikan bagi organisme hidup, limbah nuklir menjadi perhatian serius terkait dengan pembangkit listrik dari reaktor nuklir. Metode yang paling umum digunakan saat ini adalah menyimpan limbah di fasilitas penyimpanan jangka panjang. Masalah yang terkait dengan ini adalah risiko limbah dicuri dan digunakan untuk menghasilkan bahan kelas senjata, skala waktu yang sangat besar yang diperlukan untuk limbah nuklir menjadi aman, dan bahaya limbah bocor dan dampaknya terhadap kehidupan di sekitarnya. .

Pemrosesan Ulang Uranium

Di banyak reaktor (seperti di AS) bahan bakar yang dibakar di reaktor termal tidak diproses ulang. Bahan bakar yang diperkaya digunakan dalam reaktor sampai keracunan neutron menjadikannya impoten dan kemudian seluruh bahan bakar dibuang. Namun, limbah tersebut masih menyimpan sebagian besar potensi penghasil energinya dan karena begitu sedikitnya bahan bakar yang digunakan, volume limbah dalam rute sekali jalan jauh lebih besar daripada siklus bahan bakar yang menggunakan pemrosesan ulang. Siklus sekali pakai dapat menggunakan sekitar 5 persen energi dalam bahan bakar yang diperkaya yang dimasukkan ke dalam reaktor. Pengayaan uranium alam untuk membuat bahan bakar nuklir hanya dapat memanfaatkan sekitar 1 persen energi dalam bijih uranium. Limbah yang tersisa dari sekali melalui rute sangat radioaktif dan membutuhkan fasilitas jangka panjang untuk menyimpan secara permanen jika lebih dari 10.000 tahun.keracunan neutron yang mengakibatkan peningkatan persediaan plutonium dalam bahan bakar bekas dan plutonium tingkat senjata berlebih terdegradasi hanya secara perlahan dengan mencampurkannya ke dalam bahan bakar segar

Daur Ulang Purex

PUREX adalah metode pemrosesan ulang bahan bakar yang paling banyak digunakan saat ini. PUREX adalah singkatan dari Plutonium and Uranium Recovery by EXtraction. Proses PUREX memproses ulang bahan bakar nuklir bekas untuk mengekstraksi uranium dan plutonium secara independen satu sama lain dari produk fisi. Banyak negara (terutama Amerika Serikat) tidak menggunakan metode PUREX karena persepsi risiko proliferasi nuklir karena proses tersebut dapat digunakan untuk mengisolasi plutonium kelas senjata. Namun, di fasilitas yang tepat menggunakan proses PUREX sebagaimana dimaksud, produk yang dipulihkan tidak lebih cocok untuk membuat bahan kelas senjata daripada bahan bakar nuklir lainnya.

Namun proses PUREX bukanlah peningkatan yang sangat besar dibandingkan metode sekali lewat. Bahkan dengan pemrosesan ulang hanya ada sedikit peningkatan dalam pemanfaatan bahan bakar yang diperkaya (6 persen berbanding 5 persen) dan masih hanya sekitar 1 persen energi yang terkandung dalam uranium alam yang dapat dimanfaatkan.

Karena ukuran dan kerumitan fasilitas PUREX, umumnya terletak di luar lokasi reaktor yang memerlukan pengangkutan limbah di antaranya. Limbah yang dihasilkan dari siklus bahan bakar dengan pemrosesan ulang PUREX masih cukup besar dan harus disimpan setidaknya selama 10.000 tahun untuk mengurangi radioaktivitas ke tingkat yang tidak berbahaya. Salah satu keunggulan limbah dari proses PUREX dibandingkan dengan rute sekali lewat adalah cocok untuk pemadatan melalui proses yang disebut vitrifikasi yang membuat limbah jauh lebih stabil daripada limbah konvensional.

Pyroprocessing Pyroprocessing adalah metode pemrosesan ulang limbah nuklir yang dikembangkan bersama dengan Reaktor Cepat Integral oleh laboratorium Nasional Argonne.

• 

  Sekali lewat

• 

  Dengan pemrosesan ulang PUREX

• 

  Dengan pemrosesan pirometalurgi

• 

  Unsur-unsur uranium dan aktinida yang diekstrak dari bahan bakar reaktor termal bekas disepuh pada katoda pemurni listrik selama prosedur piroproses. Setelah diproses lebih lanjut, bahan bakar matalik dapat dibakar dalam reaktor neutron cepat.

Piroproses

lihat elektroplating dan electrowinning untuk detail lebih lanjut.

Proses pirometalurgi dikembangkan oleh para ilmuwan yang mengerjakan IFR di Argonne National Laboratories. Proses ini merupakan peningkatan substansial pada proses PUREX karena mengekstrak sebagian besar elemen transuranik yang ada dalam bahan bakar uranium bekas, bukan hanya plutonium, dan, jika digabungkan dengan reaktor cepat, mampu memanfaatkan lebih dari 99 persen energi dalam bijih uranium alam. ^{[ diperlukan verifikasi ]}

Dengan pyroprocessing bahan bakar bekas ditempatkan dalam keranjang anoda yang direndam dalam elektrolit garam cair . Arus listrik dialirkan, menyebabkan logam uranium terlempar pada katoda logam padat. Banyak aktinida dan produk fisi lainnya (seperti cesium , zirkonium , dan strontium ) tetap berada dalam garam untuk kemudian diserap ke dalam katoda kadmium cair . ^{[12] [13] [14] [15]}

Bahan yang terakumulasi pada langkah pertama kemudian dikikis dari elektroda, dilebur, dicetak menjadi ingot, dan akhirnya diteruskan ke jalur refabrikasi untuk diubah menjadi bahan bakar reaktor cepat. Kombinasi campuran aktinida yang terakumulasi selama siklus bahan bakar kemudian dapat digunakan kembali sebagai bahan bakar dalam reaktor cepat karena hampir semuanya bersifat fisil atau subur . Kombinasi produk fisi dan transuranik tidak cocok untuk senjata atau bahan bakar reaktor termal, yang mengurangi, jika tidak menghilangkan risiko proliferasi nuklir dari proses tersebut. ^{[ diperlukan verifikasi ]}

Saat wadah menjadi jenuh dengan produk fisi, teknisi membersihkan pelarut dan memproses limbah sebenarnya dari produk fisi untuk dibuang secara permanen. Pyroprocessing, tidak seperti metode PUREX, mengumpulkan hampir semua aktinida yang secara substansial mengurangi jumlah limbah yang dihasilkan yang berarti hanya sebagian kecil dari transuranik yang berakhir di aliran limbah akhir. ^[16] Karena sebagian besar radioaktivitas jangka panjang, dan volume, bahan bakar bekas berasal dari aktinida, menghilangkan aktinida menghasilkan limbah yang lebih padat, dan tidak berbahaya dalam jangka panjang. Keuntungan lain dari proses ini adalah bahwa sebagian besar produk radioaktif dengan waktu paruh yang panjang dibakar dalam bahan bakar yang berarti bahwa radioaktivitas limbah akhir kemudian akan turun ke tingkat berbagai mineral dan bijih alami dalam beberapa ratus. (bukan ribuan) tahun. ^{[17] [18]}

Karena kemampuan siklus bahan bakar dengan pyroprocessing untuk memanfaatkan hampir semua energi tidak hanya dalam uranium yang diperkaya tetapi juga dalam uranium yang habis bahkan jika reaktor cepat memperhitungkan keseluruhan pembangkitan energi dunia (dengan asumsi konstanta dunia 2007). konsumsi energi) tidak ada penambangan uranium tambahan yang diperlukan selama berabad-abad jika bahan bakar reaktor termal bekas dan sumber daya uranium yang tersedia digunakan. ^[19]

Volume limbah jauh lebih sedikit karena efisiensi bahan bakar dan sisa limbah dapat dipadatkan dengan vitrifikasi dan terbungkus dalam kaca berkekuatan tinggi yang akan tetap stabil lama melebihi waktu yang dibutuhkan radioaktivitas mereda. ^[20]

Selain itu, proses piroproses lebih kompak daripada metode berair seperti PUREX. Pyroprocessing memungkinkan pemrosesan ulang di tempat di lokasi reaktor. Pemrosesan ulang di lokasi menghindari risiko yang terkait dengan transportasi dan potensi pencurian serta pembuatan senjata dan penyalahgunaan lainnya.

Vitrifikasi

Penyimpanan jangka panjang limbah radioaktif memerlukan stabilisasi limbah menjadi bentuk yang tidak akan bereaksi, atau terdegradasi, untuk waktu yang lama. Salah satu cara untuk melakukannya adalah melalui vitrifikasi . ^[21]

Saat ini di Sellafield limbah tingkat tinggi ( raffinate siklus pertama PUREX ) dicampur dengan gula dan kemudian dikalsinasi. Kalsinasi melibatkan melewatkan limbah melalui tabung yang dipanaskan dan berputar. Kalsinasi bertujuan untuk menguapkan air dari limbah, dan mendenitrasi produk fisi untuk membantu kestabilan kaca yang dihasilkan.

'Kalsin' yang dihasilkan diumpankan secara terus menerus ke dalam tungku pemanas induksi dengan pecahan kaca . ^[22] Kaca yang dihasilkan adalah zat baru di mana produk limbah terikat ke dalam matriks kaca saat mengeras. Produk ini, sebagai cairan cair, dituangkan ke dalam wadah silinder baja tahan karat ("silinder") dalam proses batch. Saat didinginkan, cairan memadat ("vitrifies") ke dalam gelas. Kaca seperti itu, setelah dibentuk, sangat tahan terhadap air. ^[23]

Setelah mengisi silinder, segel dilas ke silinder. Silinder kemudian dicuci. Setelah diperiksa untuk kontaminasi eksternal, silinder baja disimpan, biasanya di gudang bawah tanah. Dalam bentuk ini, produk limbah diharapkan tidak bergerak untuk jangka waktu yang sangat lama (ribuan tahun). ^[24]

Kaca di dalam silinder biasanya berupa zat hitam mengkilap. Semua pekerjaan ini (di Inggris ) dilakukan dengan menggunakan sistem sel panas . Gula ditambahkan untuk mengontrol kimia ruthenium dan untuk menghentikan pembentukan RuO4 _yang mudah menguap yang mengandung radio ruthenium . Di barat, kaca biasanya adalah kaca borosilikat (mirip dengan Pyrex ), sedangkan di bekas blok Soviet biasanya menggunakan kaca fosfat . Jumlah produk fisi dalam kaca harus dibatasi karena beberapa ( paladium , logam golongan Pt lainnya, dan telurium) cenderung membentuk fasa logam yang terpisah dari kaca. Vitrifikasi massal menggunakan elektroda untuk melelehkan tanah dan limbah, yang kemudian dikubur di bawah tanah. ^[25]

Di Jerman pabrik vitrifikasi sedang digunakan; ini mengolah limbah dari demonstrasi pabrik pengolahan ulang kecil yang telah ditutup. ^[26]

Keamanan

Insiden Three Mile Island terjadi pada tahun 1979. Chernobylkecelakaan terjadi pada tanggal 26 April 1986. Sebulan sebelumnya, di sebuah reaktor uji di Idaho, para ilmuwan yang bekerja dengan IFR dengan sengaja membuat reaktor tersebut berada dalam kondisi TMI yang sama untuk mendemonstrasikan desain keselamatan pasif reaktor dan reaktor tersebut ditutup tanpa intervensi operator. IFR bergantung pada keamanan inheren yang tidak bergantung pada intervensi manusia atau mekanis; sebaliknya fisika tentang cara kerja reaktor mencegah kemungkinan kehancuran. Mereka juga membuat prototipe reaktor, EBR-II, pada kondisi yang sama yang akan menyebabkan kehancuran di Chernobyl dan hasilnya sama; sistem keselamatan pasif menyebabkan reaktor mati secara otomatis tanpa campur tangan operator. ^{[27] [28] [29] [30]}

Karena reaktor cepat menggunakan spektrum cepat, tidak diperlukan moderator untuk memperlambat neutron. Dalam reaktor yang dimoderasi air, air dijaga pada tekanan ekstrem dan di luar suhu didih. Di sisi lain, natrium bekerja pada tekanan atmosfer karena titik didihnya lebih tinggi dari suhu operasi reaktor yang berarti bahwa tidak ada tekanan internal yang menyebabkan bahaya utama yang harus dihindari oleh Reaktor Air Ringan. ^[31]

Reaktor untuk IFR menggunakan batang bahan bakar logam sedangkan Reaktor Air Ringan (yang merupakan mayoritas reaktor yang digunakan saat ini) menggunakan bahan bakar oksida. Batang bahan bakar logam adalah konduktor panas yang baik sedangkan oksida tidak. Bagian dalam batang logam tetap jauh lebih dingin yang berarti jauh lebih sedikit panas yang disimpan dalam ALMR yang beroperasi. Jika terjadi kehilangan aliran pendingin, panas yang ada untuk menaikkan suhu bahan bakar akan jauh lebih sedikit sehingga kecelakaan hipotetis akan jauh lebih ringan.. ^[32] Kombinasi kandungan panas yang rendah dari batang bahan bakar logam dan ALMR yang duduk di genangan natrium cair berarti, jika ada kehilangan daya kendali, inti akan didinginkan secara pasif melalui konveksi. ^[33]

Bahaya

Kerugian natrium adalah reaktivitas kimianya, yang memerlukan tindakan pencegahan khusus untuk mencegah dan menekan kebakaran. Jika natrium bersentuhan dengan air, ia akan meledak, dan dengan udara, ia akan terbakar. Regulasi yang ketat dan standar keselamatan perlu dipenuhi untuk mencegah kecelakaan kebocoran. Selama reaktor dibangun dengan aman, perawatan menjadi tidak terlalu menjadi masalah, namun karena natrium tidak bereaksi dengan pipa baja tahan karat yang akan menampungnya, dan karena disimpan pada tekanan atmosfer, ia dapat tetap berada di dalamnya selama ribuan tahun. tahun tanpa menerobos. Sedapat mungkin, pipa yang membawa pendingin natrium disimpan di bawah atmosfir gas inert Argon untuk mencegah kebakaran jika terjadi kebocoran. Satu-satunya risiko ada di penukar panas.

Pada tahun 1995 di reaktor cepat "Monju" Jepang, sensor suhu pecah dan natrium bocor dari loop natrium sekunder dan terbakar. Pabrik ditutup dan belum dimulai kembali. Tidak ada yang terluka dalam kecelakaan ini dan tidak ada radiasi yang dilepaskan dan reaktor itu sendiri tidak rusak. Kecelakaan tersebut diklasifikasikan sebagai Kategori 1 pada skala internasional 0 sampai 7 (dengan 0 sebagai yang paling tidak serius) oleh komite spesialis independen. ^[34] Kecelakaan itu sendiri telah dikaitkan dengan cacat desain dan kurangnya pelatihan operator.

S-Prisma

An issue with cost in the past regarding nuclear power plants is that each plant was specifically tailored with the parts built on site rather than built on an assembly line and then shipped to the construction site. This inefficient system raised prices substantially as there was no uniformity in design between different reactors so each model had to be custom made and repaired. General electric has a prototype of the IFR called S-Prism. Because this commercial version can be built in a factory then assembled on site, costs are significantly reduced. They are ready to build the reactor vessel which has a price tag of about $50 million.^[35]

Deterrent to global warming

Global energy production, coal burning in particular, is responsible for 20% of greenhouse gas emissions which contribute to the global climate change commonly called Global warming.^[36] 49% of current US energy production is provided by coal burning.^[37] In a major Department of Energy study done in 2002, nuclear power was determined to be the best bet for combatting global warming, and particularly a reactor design called the Integral Fast Reactor.^[38] Already nuclear power provides 70% of the carbon free electric power in the US even though there hasn't been a new reactor built in 30 years.^[39] Former leading member of [[Greenpeace]] and author Mark Lynas has also endorsed nuclear for its ability to combat global warming.^[40] The IFR is also supported by leading climate change expert Jim Hansen who has placed 4th generation nuclear power generation as one of the top five priorities suggested for the Obama adminstration.^[41] According to Hansen completely eliminating coal power generation is the most important step in stopping global warming and he suggests nuclear power plants as a replacement.^[42]

greenhouse gas emissions from electricity production in grams of CO2/kwh[43] (low to high estimate)
energy source	direct emissions from energy production	indirect emissions from lifecycle	total
coal	176-289	790-1017	966-1306
gas	77-113	362-575	439-688
hydro		4-236	4-236
solar-pv		100-280	100-280
wind		10-48	10-48
nuclear		9-21	9-21

As a renewable energy source

Years of resource availability for various nuclear technologies[44]
Reactor/Fuel Cycle	Years of 2002 world nuclear energy generation with known conventional resources	Years of 2002 world nuclear energy generation with total conventional resources
Once-through fuel cycle	85	270
Recycling fuel cycle	100	300
Light water and fast reactors (mixed with recycling)	130	410
Fast reactor fuel cycle with recycling	2550	8500

Around 99.284% of natural uranium is uranium-238.^[45] Light water reactors, which make up the vast majority of nuclear reactors in service today, can only utilize and process the more highly radioactive uranium-235 which only makes up %0.711 of total uranium.^[46]Reaktor Cepat Integral, sebagai reaktor pemulia, mampu memanfaatkan uranium-238 sebagai bahan bakar yang sangat meningkatkan potensi cadangan bahan bakar. Depleted uranium sebagian besar terdiri dari isotop 238, dan uranium yang diperkaya memiliki jumlah isotop uranium-235 yang lebih tinggi dari yang alami. Air laut mengandung sekitar 3,3 mg per meter kubik uranium. Meskipun ini adalah konsentrasi yang relatif rendah, dalam skala dunia cadangannya menjadi sangat besar. Di Pendirian Penelitian Kimia Radiasi Takasaki dari Institut Penelitian Energi Atom Jepang (Pendirian Penelitian JAERI Takasaki), para peneliti telah mengembangkan cara ekstraksi uranium menggunakan bahan yang dapat memulihkan >1 kg kue kuning setelah 240 hari terendam di laut. Menurut OECD, uranium dapat diekstrak dari air laut menggunakan metode ini dengan biaya sekitar $300/kg-U.^[47] Dengan memanfaatkan uranium dalam air laut dalam reaktor pemulia cepat, kekhawatiran akan habisnya cadangan uranium tidak dapat diperdebatkan. Dengan tarif $300/kg-U pembangkit listrik jauh lebih murah daripada minyak bumi atau batu bara.

Tabel ini menggunakan pemrosesan ulang untuk datanya daripada mempertimbangkan reaktor pemulia. Pemrosesan ulang hanya mampu memulihkan sejumlah kecil uranium total sedangkan reaktor pemulia mampu memanfaatkan ~99% total uranium. ^[48] ​​Menurut profesor emeritus Universitas Chicago Bernard Cohen dengan reaktor pemulia dan dengan mengekstraksi uranium dari air laut, cadangan uranium hampir tidak ada habisnya ^{[49] [50]}

Ketika teknisi mengeluarkan bahan bakar yang habis, hanya sekitar seperdua puluh atom yang berpotensi dapat terbelah di dalamnya (uranium 235, plutonium dan uranium 238) telah habis digunakan, sehingga apa yang disebut bahan bakar bekas masih mengandung sekitar 95 persen dari energi aslinya. Selain itu, hanya sekitar sepersepuluh dari bijih uranium yang ditambang diubah menjadi bahan bakar dalam proses pengayaan (di mana konsentrasi uranium 235 meningkat secara signifikan), jadi kurang dari seperseratus dari total kandungan energi bijih digunakan untuk menghasilkan tenaga di tanaman hari ini. ^[51]

Proliferasi

Seperti semua teknologi nuklir, ada kekhawatiran sosial/politik tentang proliferasi senjata. Risiko ini dikurangi dengan IFR karena beberapa alasan. Pertama, bahan bakar dalam IFR tetap sangat radioaktif dan harus ditangani dengan sel berpelindung khusus. Agar dapat diangkut tanpa paparan yang mematikan terhadap personel transportasi yang diduga, bahan bakar harus ditempatkan ke dalam wadah yang beratnya berton-ton. ^[52] Proses daur ulang bahan bakar berlangsung di pembangkit listrik, sehingga bahan bakar tidak perlu diangkut. Sementara IFR memiliki banyak fitur desain anti-proliferasi pasif, itu juga dapat membantu menghilangkan stok senjata nuklir global dengan menciptakan listrik dari hulu ledak sebelumnya. ^[53]Proses daur ulang di IFR menghilangkan semua bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan senjata nuklir sehingga ketika limbah dikeluarkan dari siklus bahan bakar tertutup di pabrik itu tidak bisa digunakan untuk membuat perangkat nuklir. ^[54] . ^[55] Akhirnya dan yang paling penting: fitur pemrosesan ulang IFR hanya dapat menghasilkan plutonium-239 mentah yang terkontaminasi dengan isotop dan aktinida plutonium lainnya. Bahan tersebut tidak dapat dibuat menjadi bom tanpa proses PUREX lebih lanjut . ^[56]

Mengingat perkiraan total 25491 bom nuklir di seluruh dunia ^[57] dengan rata-rata 39,5 kg uranium per bom ^{[58] [59]} total kandungan uranium di semua bom nuklir di seluruh dunia adalah 1,01E+06 kilogram. Menggunakan e=mc^2 potensi energi dari massa ini adalah 9,05E+22 joule yang diubah menjadi 2,51E+07 terawatt jam. Konsumsi energi dunia tahun 2007 adalah 17480 terawatt jam. ^[60] Pada konversi energi 33% (perkiraan low-end untuk reaktor nuklir) dengan daur ulang uranium melalui reaktor pemulia total pelucutan senjata nuklir untuk digunakan sebagai bahan bakar akan memberikan kebutuhan energi 2007 selama 475 tahun.

Rudal nuklir di seluruh dunia [61]
Negara	Rudal Jarak Jauh	Pesawat Jarak Jauh	Sistem Jangka Menengah dan Pendek	Total Dikerahkan	Diadakan di Cadangan	Menunggu Kehancuran	Total
Rusia	2,200	900	2,100	5,200	8,800		14,000
Amerika Serikat	2,500	1,100	500	4,100	1,300	5,150	10,550
Perancis	240	0	60	300	?		300
Cina	26	0	150	176	65		241
Britania	150	0	0	150	50		200
Israel							80
Pakistan							60
India							50
Korea Utara							5–15
Total	5116	2000	2810	9926			25486-25496

Lainnya

Ditambah dengan pabrik desalinasi, reaktor pemulia cepat dapat secara efisien menghasilkan air yang dapat diminum dari air laut. Ini telah berhasil diterapkan di masa lalu dengan reaktor BN-350. ^W

Referensi

Tautan eksternal

• Kemajuan Energi Nuklir: IFR
• Asosiasi Nuklir Dunia: Mewakili orang dan organisasi profesi nuklir global
• Proyek Integral Fast Reactor (IFR).
• Proyek Integral Fast Reactor (IFR): Q&A
• Mark Lynas: bidat hijau yang dianiaya karena pertobatan nuklirnya
• Reaktor Cepat Integral: Sumber Daya yang Aman, Berlimpah, dan Tidak Menimbulkan Polusi oleh George S. Stanford, Ph.D.
• Uranium 2003: Sumber daya, produksi, dan permintaan
• Reaksi Nuklir: Mengapa orang Amerika takut pada tenaga nuklir?
• Wikipedia: Reaktor Peternak Cepat
• Wikipedia: Reaktor Peternak
• Wikipedia: Reaktor Cepat Integral
• Teknologi Reaktor Cepat: Jalan menuju keberlanjutan energi jangka panjang
• Biaya Tenaga Nuklir
• Resep untuk Planet – Bagian I
• Resep untuk Planet – Bagian II
• Resep untuk Planet – Bagian III
• Resep untuk Planet – Bagian IV
• Energi berlimpah, kisah IFR dan hal-hal terkait oleh Charles E. Till
• Wikipedia: Reaktor Breeder Eksperimental II
• Wikipedia: Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Galena
• Ekonomi Tenaga Nuklir
• Wikipedia: Ekonomi pembangkit listrik tenaga nuklir baru
• Ikhtisar Reaktor Cepat Lanjutan (AFR) (Laboratorium Nasional Argonne)
• Resep untuk planet Bagian 1 dari 3 (wawancara dengan penulis)
• Resep untuk Planet bagian 2 dari 3
• Resep untuk Planet bagian 3 dari 3
• Proyeksi IEA Biaya Pembangkit Listrik - Pembaruan 2005
• Opsi Energi Nuklir
• Ketidaktahuan tentang Tenaga Nuklir Membunuh Kita
• Referensi Keberlanjutan
• mengembangkan teknologi untuk transmutasi radionuklida berumur panjang.PDF
• untuk memastikan teknik pembuangan limbah radioaktif yang aman.PDF
• Pemurnian Elektro Uranium dengan Throughput Tinggi di Pyro-reprocessing.pdf
• Kajian Unsur Transuranium untuk Teknologi Pemrosesan Ulang Pirokimia - Logam Plutonium dan Neptunium yang Dipisahkan dengan Elektrorefining dan Pengurangan Litium -.pdf
• Perkembangan Proses Pemulihan Plutonium dengan Molten Salt Electrorefining - Perilaku Plutonium pada Katoda Kadmium Cair.pdf
• pengembangan teknologi siklus bahan bakar piroproses.PDF