כור מלח מותך

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
איור מופשט של כור מלח מותך

כור מלח מותך הוא כור גרעיני המיועד להפקת אנרגיה באמצעות מלח מותך כנוזל הקירור. כורים מסוג זה שייכים לדור הרביעי ומתאפיינים בבטיחות פאסיבית, טמפרטורת עבודה ויעילות תרמודינאמית גבוהה. כורים מסוג זה מחליפים את המים או מים כבדים ששימשו כנוזל הקירור האופייני בדורות הקודמים, בתערובת מלחים שמאפשרת טמפרטורת רתיחה גבוהה בהרבה יותר ממים ובכך מספקים מספר יתרונות בהם, טמפרטורת יציאה גבוהה בהרבה שגורמת ליעילות תרמודינאמית רבה יותר ומגוון תהליכים אפשריים, וכן שיפור מהותי בבטיחות מכיוון שאין קיטור, ולכן הלחץ במערכת יורד ללחץ אטמוספירי. בכור מלח מותך הדלק הגרעיני יכול להיות מומס בתוך המלח או בצורת מוצק (מוטות דלק), השליטה בכור מתבצעת על ידי הכנסת והוצאת מוטות גרפיט מהליבה ששולטים בקצב תגובת השרשרת.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

כור מוטס[עריכת קוד מקור | עריכה]

הרעיון נהגה בשנות ה-50 כפתרון להנעת המטוס הגרעיני והחיפוש אחר כור בעל צפיפות אנרגיה גבוהה. כדי לחקור את הרעיון נבנו שתי מעבדות, האחת באיידהו עסקה בכור מקורר במתכות קלות, והשנייה באוק-רידג' טנסי שעסקה בכור שבו החומר הבקיע – דלק גרעיני - היה חלק מהמלחים שהומסו בכור. הכור הניסיוני הראשון נקרא ARE, מבוסס אורניום שכלל מאיט (Neutron moderator) מתחמוצת בריליום ומעגל קירור מבוסס נתרן, הפיק בשנת 1954 100MW בטמפרטורת שיא של 860°C. עבור כור זה פותחו סגסוגות מתכות ייחודיות שיעמדו בשיתוך (קורוזיה) והצלחתו פתחה את הדלת לכור ניסיוני נוסף בשם PWAR שהפיק בשנת 1957 טמפרטורה יציבה של 675°C.

MSRE[עריכת קוד מקור | עריכה]

מעבדת אוק-רידג' ניצלו והרחיבו את תשתיות ניסוי הכור המוטס ויצרו בשנות ה-60 את ה-MSRE כור מלח מותך מבוסס אורניום שכלל גרפיט כמאיט ומלח מותך לקירור והפיק 7.4MW וטמפרטורה של 650°C, הכור עבד כשנה וחצי ואפשר הפריה של תוריום אף על פי שאפשרות זו נזנחה לצורכי מחקר. כור זה היה הכור הבטוח פאסיבי הראשון וכובה והושאר ללא השגחה כל סוף שבוע.

MSBR[עריכת קוד מקור | עריכה]

השלב הבא שהציעה מעבדת אוק-רידג' בתחילת שנות ה-70 היה הרחבה של ה-MSRE, החלפת הדלק הגרעיני בתוריום, עדכון של מעגל הקירור והמלח המשמש אותו והוספת יכולת הפריה. כור זה לא נבנה בין היתר, מטעמים פוליטיים[1] שנבעו מהעדפת הממשל בוושינגטון ליצור מקומות עבודה במדינת קליפורניה בתוכנית הכור המפרה המהיר ולכן לא תוקצב והתוכנית נסגרה.

שנות ה-80 והלאה[עריכת קוד מקור | עריכה]

היו מאמצים נוספים אך לא משמעותיים בתחום והוא נשכח עד הופעת הדרישות לדור הרביעי שכוללות שיפורי בטיחות, יעילות וצמצום פסולת גרעינית, מניעת הפצת נשק גרעיני והוזלת עלות הפקת האנרגיה שכורי מלח מותך עונים עליהן ולכן חברות וממשלות בארצות הברית, בריטניה, דנמרק, הודו, יפן, סין, צרפת, קנדה ורוסיה עוסקות בפיתוח כורים מסוג זה.

מבנה ועקרון פעולה[עריכת קוד מקור | עריכה]

כור גרעיני הוא מערכת המפיקה אנרגיה וכוללת ליבה שבה הדלק הגרעיני יוצר חום, מערכת בקרה ומערכת הסעת חום. בכורי מלח מותך משמש המלח לקירור הליבה ובחלק מהכורים הוא משמש בתמיסה המכילה דלק גרעיני.

ליבה[עריכת קוד מקור | עריכה]

כאמור ישנם שני סוגים של כור מלח מותך, כור בו הדלק הגרעיני נמצא בתמיסה עם המלח וכור בו המלח משמש רק לקירור הדלק הגרעיני. בכור בו המלח משמש לקירור בלבד, ליבת הכור היא האזור בו מתרחש הביקוע הגרעיני. הביקוע גורם לפליטת אנרגיה באמצעות חום וקרינה רדיואקטיבית שמחממת את המלח, הדלק הגרעיני בליבה נמצא בצינורות, הקרויים מוטות דלק, בדומה לכור מים קלים ומגיע למצב של תגובת שרשרת רק לאחר האטה של הניטרונים באמצעות החדרת חומר מאיט כדוגמת גרפיט. מערכת הבקרה שולטת על מידת ההאטה ובכך שולטת על קצב הביקוע הרצוי (בפיצוץ גרעיני אין מערכת שליטה לכן תגובת השרשרת לא מרוסנת והיא מתחזקת כל עוד יש חומר לביקוע). בכור בו הדלק הגרעיני נמצא בתמיסה עם המלח התמיסה נכנסת לליבה, הניטרונים שבדלק הגרעיני מואטים בגלל הגרפיט בליבה ולכן נוצרת תגובת שרשרת שמחממת את המלח בתמיסה. לאחר שהתמיסה החמה יוצאת מהליבה תגובת השרשרת נפסקת (אך הרדיואקטיביות נמשכת).

מערכת הבקרה[עריכת קוד מקור | עריכה]

תפקידה של מערכת הבקרה היא לאפשר לשלוט בקצב ולהפסיק את תגובת שרשרת גרעינית. תגובת השרשרת הגרעינית הוא תהליך בו ניטרון נפלט מגרעין של אטום פוגע בגרעין של אטום אחר מבקע אותו ויוצר אטומים קטנים יותר ולפחות שני ניטרונים חדשים שיכולים להמשיך ולהרחיב את התהליך. בכורים בהם הדלק הגרעיני לא מרוכז כדוגמת אורניום לא מועשר, על מנת שניטרון יוכל לפגוע בגרעין אטום אחר יש צורך להאט אותו. מערכת הבקרה מבצעת את התפקיד הזה אם נדרש לעצור את תגובת השרשרת, תפקיד מערכת הבקרה הוא לעצור את הניטרונים. מערכת הבקרה משתמשת בחומרים מאיטים ניטרונים כמו גרפיט כדי לשלוט בקצב תגובת השרשרת. כמות רבה של גרפיט בליבה תעצור את התהליך מכיוון שהניטרונים יאטו מדי. כמות מעטה של גרפיט בליבה תגרום להאצה של הניטרונים ועצירת תגובת השרשרת.

מערכת הסעת החום[עריכת קוד מקור | עריכה]

בכור מלח מותך מערכת הסעת החום מבוססת על שתי לולאות נפרדות:

  • לולאת הליבה בה מלח מותך מונע (באמצעות משאבה או בכבידה) דרך הליבה, מתחמם וממשיך אל מחליף חום - בו הוא מוסר חלק מהחום לנוזל אחר לרוב גם מלח מותך - מתקרר וחוזר שוב אל הליבה, מתחמם וחוזר חלילה. מאחר שהחומר המשמש את לולאת הליבה הוא מלח, טמפרטורת הכור יכולה להיות גבוהה בהרבה מכור בו לולאת הליבה מבוססת על מים. מאחר שטמפרטורת הרתיחה של המלח גבוהה בהרבה, נפתר בכך הסיכון הבטיחותי הראשי בכור מים קלים, שהוא התפוצצות כתוצאה מלחץ. מחליף החום הוא מתקן מכני המאפשר חימום של נוזל אחד ללא מגע בנוזל שני ומבוסס על הגדלת שטח הפנים של הנוזלים כדי להקל על מעבר האנרגיה ביניהם. ככל שהפרש הטמפרטורה בין הנוזלים העוברים דרך מחליף החום גדול יותר, כך ניתן להשתמש במחליף חום קטן יותר. לולאת הליבה סגורה ורדיואקטיבית מאחר שהיא חשופה לתהליך הביקוע והמלח בה הוא חלק מהפסולת שנוצרת בתהליך.
  • לולאה משנית היא הלולאה שמקררת את לולאת הליבה ונושאת את החום ממחליף החום לצרכן. מאחר שהלולאה המשנית מבוססת גם היא על מלח מותך, גם היא יכולה לעבוד בטמפרטורות גבוהות מעל 600°C ללא לחצים גבוהים, בשונה מכורי מים קלים בהם טמפרטורות היציאה היא סביב ה-350°C. הנוזל החם יכול לשמש ליצירת קיטור שיפעיל טורבינה שתייצר חשמל או כחום בתהליכים כימיים.

יתרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

לכורי מלח מותך יש מספר יתרונות פוטנציאלים על כורי מים קלים:

  1. בטיחות פאסיבית-
    1. בכור בו הדלק בתמיסת המלח עליית טמפרטורה מעל סף מסוים תגרום להתכה של פקק ולפיזור הדלק הנוזלי למיכל אכסון בו תגובת השרשרת לא מתרחשת וכל זאת ללא התערבות חיצונית.
    2. ניתן לכבות כור ולהשאירו ללא השגחה, אם מרוקנים את הדלק למיכל אכסון.
    3. מאחר שנוזל הקירור הוא מלח בין אם מכיל דלק או לא, מימן לא נוצר בתהליך ולא מצטבר בכור (ראה האסון הגרעיני בפוקושימה).
    4. השימוש במלח מעלה את טמפרטורת הרתיחה ולכן מאפשר תחום טמפרטורות עבודה רחב בהרבה לעומת מים שתחום העבודה שלהם הוא 100 מעלות בלבד בלחץ אטמוספירי. לכן כור מלח מותך עובד בלחץ אטמוספירי שמונע סיכון להתפוצצות כתוצאה מלחץ (כפי שאירע באסון צ'רנוביל).
  2. יעילות-
    1. מאחר שנוזל הקירור הוא מלח אין צורך במיכל שיכיל פיצוץ ואת הקיטור הרדיואקטיבי שעלול לנבוע מלחץ לכן הכור קטן בהרבה.
    2. טמפרטורת העבודה הגבוהה מאפשרת שימוש במחליפי חום קטנים יותר.
    3. טמפרטורת היציאה הגבוהה מאפשרת שימוש טורבינות קטנות יותר להפקת חשמל.
    4. שילוב הדלק בתמיסת המלח מאפשר שימוש בפסולת גרעינית כדלק והפסולת המתקבלת מהשימוש היא בעלת מחצית חיים קצרה בהרבה מכור מים קלים.
    5. עיבוד המלח בזמן עבודת הכור יאפשר הוצאת פסולת במהלך הפעילות מה שיאפשר פעולה רציפה שלא בדומה לכור מים קלים. תהליך זה עדיין דורש פיתוח.
    6. כור מלח מותך תוכנן כפתרון למטוס מונע גרעינית ולכן מתאפיין במשקל וגודל קטן בהשוואה לכור מים קלים מקביל בהספקו, מה שמאפשר להשתמש בו לצורכי תעבורה ימית או יבשתית.
    7. הכור מגיב במהירות לשינויים בעומס ולא פגיע להרעלת קסנון הנובעת ממבנה מוטות הדלק בכור מים קלים.
  3. כללית-
    1. הכור יכול לשמש ככור מפרה בתחום הטרמי
    2. הכור, לאחר עבודת פיתוח, יכול להשתמש בתוריום כדלק גרעיני מה שמגדיל את היצע הדלקים הגרעינים.

חסרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. עד היום הופעלו רק 3 כורי מלח מותך ופיתוח הטכנולוגיה עצר לזמן רב בהשוואה לטכנולוגיות אחרות המוצעות לדור הרביעי, ולכן כל תהליך הרישוי מסובך וארוך בהשוואה לכורים אחרים.
  2. הכור מצריך עיבוד כימי של תמיסת המלח כדי לשמור על יעילות הדלק.
  3. הליבה והצנרת הייחודית סובלים מבלאי ודורשים החלפה, מה שלא נדרש מכורים אחרים. הפתרון לכך הוא מודולים של הכור אך פתרון זה יוצר מודול של כור שהוא פסולת רדיואקטיבית.
  4. אם הכור ישמש להפריה מהסבה פשוטה יחסית של הכור ניתן יהיה להפיק פלוטוניום לצורכי נשק גרעיני.

חומרים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. תערובות המלחים המשמשת כנוזל הקירור בלולאת הליבה צריכה לעבוד בתנאים של רדיואקטיביות חזקה מבלי להתפרק ומבלי להשתנות, לכן לרוב נבחר מלח מבוסס פלואור שמתאפיין באיזוטופ בודד ששטף ניטרונים לא יגרום לו לשינוי. על מנת לשלוט בטמפרטורת ההתכה של המלח נוספים אליו מלחים נוספים בעלי טמפרטורת התכה שונה.
  2. המתכות המשמשות לבניית הצנרת וגוף הכור צריכות לעמוד בשיתוך מחד ושטף ניטרונים מאידך שדורש סגסוגות מתכת ייחודיות מבוססות ניקל מסוג אינקונל והסטלוי שפותחו לצורכי הכור.

מקורות[עריכת קוד מקור | עריכה]

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא כור מלח מותך בוויקישיתוף

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]