Published November 15, 2002 | Version v1
Report Open

Potentialities of the molten salt reactor concept for a sustainable nuclear power production based on thorium cycle in epithermal spectrum

  • 1. Universite Joseph-Fourier, 621, avenue Centrale, Domaine universitaire de Saint-Martin-d'Heres/Gieres, BP 53 X, F-38041 Grenoble Cedex 9 (France)

Description

In the event of a significant nuclear contribution to world energy needs, the problem of present nuclear waste management pose the sustainability of the PWR fuel cycle back into question. Studies on storage and incineration of these wastes should therefore go hand in hand with studies on innovative systems dedicated to a durable nuclear energy production, as reliable, clean and safe as possible. We are here interested in the concept of molten salt reactor, whose fuel is liquid. This particularity allows an online pyrochemical reprocessing which gives the possibility to overcome some neutronic limits. In the late sixties, the MSBR (Molten Salt Breeder Reactor) project of a graphite-moderated fluoride molten salt reactor proved thus that breeding is attainable with thorium in a thermal spectrum, provided that the online reprocessing is appropriate. By means of simulation tools developed around the Monte Carlo code MCNP, we first re-evaluate the performance of a reference system, which is inspired by the MSBR project. The complete study of the pre-equilibrium transient of this 2,500 MWth reactor, started with 232Th/233U fuel, allows us to validate our reference choices. The obtained equilibrium shows an important reduction of inventories and induced radio-toxicities in comparison with the other possible fuel cycles. The online reprocessing is efficient enough to make the system breed, with a doubling time of about thirty years at equilibrium. From the reference system, we then test different options in terms of neutron economy, transmutation and control of reactivity. We find that the online reprocessing brings most of its flexibility to this system, which is particularly well adapted to power generation with thorium. The study of transition scenarios to this fuel cycle quantifies the limits of a possible deployment from the present French power stock, and finally shows that a rational management of the available plutonium would be necessary in any case. (author)

Availability note (English)

Also available from Service de Documentation, Institut de Physique Nucleaire de Lyon, Universite Claude Bernard, Lyon I, 43 bd du 11 Novembre 1918, F - 69622 Villeurbanne Cedex (FR)

Abstract (French)

Dans l'eventualite d'une contribution significative du nucleaire aux besoins energetiques mondiaux, le probleme de la gestion des dechets actuels remet en question la perennite de la filiere REP. En complement des recherches sur le stockage et l'incineration de ces dechets, il convient donc d'envisager des systemes innovants dedies a une production d'energie nucleaire durable, aussi sobre, propre et sure que possible. Nous nous interessons ici au concept de reacteur a sels fondus, dont le combustible est liquide. Cette particularite autorise un retraitement en ligne pyrochimique, qui peut permettre de s'affranchir de certaines limites neutroniques. Le projet MSBR Molten Salt Breeder Reactor d'un reacteur a sels fluorures et a moderateur graphite a ainsi montre a la fin des annees 1960 que la surgeneration en cycle thorium et en spectre thermique est accessible avec un retraitement en ligne approprie. A l'aide d'outils de simulation developpes autour du code Monte Carlo MCNP, nous reevaluons dans un premier temps les performances d'un systeme de reference inspire du projet MSBR. L'etude complete de la phase de mise a l'equilibre de ce reacteur d'une puissance de 2500 MWth, demarre en 232Th/233U, nous permet de valider nos choix de reference. L'equilibre obtenu montre une reduction importante des inventaires et des radiotoxicites induites par rapport aux autres cycles possibles. Le retraitement en ligne associe est suffsamment effcace pour rendre le systeme surgenerateur, avec un temps de doublement d'une trentaine d'annees a l'equilibre. A partir du systeme de reference, nous testons ensuite differentes options en termes d'economie de neutrons, de transmutation et de controle de la reactivite. Il en ressort que c'est le retraitement en ligne qui apporte le plus de flexibilite a ce systeme particulierement bien adapte a la production d'energie en cycle thorium. L'etude de scenarios de transition a cette filiere quantifie les limites d'un eventuel deploiement a partir du parc francais actuel, et montre enfin qu'une gestion raisonnee du plutonium disponible serait necessaire dans tous les cas. (auteur)

Files

54052031.pdf

Files (12.1 MB)

Name Size Download all
md5:927c092898d4ba17ef45bc7dca105443
12.1 MB Preview Download

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Potentialites du concept de reacteur a sels fondus pour une production durable d'energie nucleaire basee sur le cycle thorium en spectre epithermique

Publishing Information

Imprint Pagination
269 p.
Report number
ISN--02-88

Optional Information

Notes
75 refs., 70 tabs., 135 figs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; This record replaces 34041822