Sodium-cooled Fast Reactor & Genera(on IV Systems - PowerPoint PPT Presentation

1 ¡ Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡& ¡ ¡ Genera(on ¡IV ¡Systems ¡ Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡ Antonio ¡Cammi ¡(Politecnico ¡di ¡Milano) ¡ Image ¡credits ¡go ¡here

2 ¡ Genera&on ¡IV ¡Systems: ¡Technology ¡Goals • ¡sustainability; ¡ ¡ ¡ ¡ • ¡safety ¡and ¡reliability; ¡ ¡ ¡ • ¡economic ¡ ¡ compe((veness; ¡ ¡ • ¡prolifera(on ¡ resistance ¡and ¡ physical ¡protec(on. ¡

3 ¡ Overview ¡of ¡Genera&on ¡IV ¡Systems LFR SFR

4 ¡ Overview ¡of ¡Genera&on ¡IV ¡Systems GFR LFR Control rods Coolant salt Generator Electrical Reactor power Purified salt Turbine Fuel salt Pump Heat Recuperator exchanger Heat Chemical exchanger processing plant Compressor Freeze plug Heat Pre Heat sink sink Pump cooler Intercooler Compressor Emergency dump tanks SFR MSR

5 ¡ Overview ¡of ¡Genera&on ¡IV ¡Systems SCWR GFR LFR Control rods Coolant salt Generator Electrical Reactor power Purified salt Turbine Fuel salt Pump Heat Recuperator exchanger Heat Chemical exchanger processing plant Compressor Freeze plug Heat Pre Heat sink sink Pump cooler Intercooler Compressor VHTR Emergency dump tanks SFR MSR

6 ¡ Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR) Experimental ¡Breeder ¡Reactor ¡II ¡

7 ¡ Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR) ¡Pros Thermal, ¡chemical ¡and ¡neuro(cs ¡favorable ¡features ¡ Sodium Low High Low Thermal Material Low favourable melting thermal density conductivity compatibility moderation features point capacity GIF Safety: Plant simplification & Sustainability: Objectives . Large margin to boiling Economics: . Closed fuel cycle . No need for pressurization . No pressurizer . Efficient conversion . Large thermal inertia . Small pumping power of fertile U . Technology readiness . MA management

8 ¡ Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR) ¡Cons Drawbacks ¡of ¡ sodium ¡as ¡coolant ¡ Soduim Exothermic Coolant Low boiling Positive void Opacity drawbacks reaction with activation point feedback water/air coefficient Problems Design: Shielding Safety Inspection & for: . Need for intermediate HX Maintenance . Non-water energy conversion system . Oxygen and hydrogen control

9 ¡ Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR) ¡in ¡Europe ASTRID ¡ ¡ (Advanced ¡Sodium ¡ Technological ¡ Reactor ¡for ¡Industrial ¡ Demonstra(on) ¡

10 ¡ Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR) ¡in ¡Europe Other ¡projects: ¡ . ¡BN ¡1200 ¡(Russia) ¡ ¡ . ¡TWR-­‑P ¡(US) ¡ ¡ ¡ ¡ . ¡JSFR ¡(Japan) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ .PGSFR ¡(South ¡Korea) ¡ . ¡MBIR ¡(Russia) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ . ¡PRISM ¡(US) ¡ ¡ ¡ ¡ . ¡ARC-­‑100 ¡(US) ¡ ¡ ¡ .4S ¡(Japan) ¡

11 ¡ Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) Soviet ¡alpha ¡class ¡sub-­‑marine ¡

12 ¡ Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡Pros Thermal, ¡chemical ¡and ¡neuro(cs ¡favorable ¡features ¡ Lead High High High thermal No exothermic Low Good favourable boiling density capacity reaction with moderation – shielding features point water/air High P/D properties GIF Safety: Plant simplification & Sustainability: Objectives . Reduced risk of core voiding Economics: . Closed fuel cycle . Dispertion of fuel against . No intermediate HX . Efficient compaction conversion of . Large thermal inertia fertile U . Mitigation of core blockage . MA management . Natural circulation capabilities

13 ¡ Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡Cons Drawbacks ¡of ¡the ¡ lead ¡as ¡coolant ¡ Lead Corrosion of Erosion of High Opacity High drawbacks structural structural melting density material material point Problems Design: Solidificatio Inspection & Mechanical for: . Need for coolant chemical n Maintenance design control and/or cladding coating . Seismic risk . Purification . Refuelling . Limited lead velocity

14 ¡ Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡in ¡Europe MYRRHA ¡ ¡ Mul(-­‑ purpose ¡hYbrid ¡ Research ¡Reactor ¡for ¡ High-­‑tech ¡Applica(ons ¡

15 ¡ Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡in ¡Europe ALFRED ¡ Advanced ¡Lead ¡ Fast ¡Reactor ¡ ¡ ¡European ¡ Demonstrator ¡

16 ¡ Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡in ¡Europe Other ¡projects: ¡ . ¡BREST ¡(Russia) ¡ ¡ . ¡SEALER ¡(Sweden) ¡ . ¡SVBR ¡(Russia) ¡ ¡ ¡ ¡ . ¡CLEAR-­‑I ¡(China) ¡ . ¡Peacer ¡(South-­‑Korea) ¡ ¡ .G4M ¡(US) ¡

17 ¡ Conclusions ¡ . ¡SFR ¡and ¡LFR ¡are ¡ promising ¡concepts ¡ for ¡the ¡ next ¡genera@on ¡ nuclear ¡reactor ¡ . ¡ Improvements ¡due ¡to ¡sodium ¡and ¡lead ¡favourable ¡features ¡ K. ¡Tucek, ¡J. ¡Carlsson, ¡H. ¡Wider; ¡Comparison ¡of ¡sodium ¡and ¡lead-­‑cooled ¡fast ¡reactors ¡regarding ¡reactor ¡ physics ¡aspects, ¡severe ¡safety ¡and ¡economical ¡issues; ¡Nuclear ¡Engineering ¡and ¡Design, ¡2006 ¡ . ¡ Challenging ¡in ¡R&D ¡are ¡s(ll ¡presents ¡but ¡they ¡can ¡be ¡faced ¡also ¡thanks ¡to ¡ scien(fic ¡joint ¡ac(vi(es ¡and ¡ educa@on ¡and ¡ training ¡programmes ¡