МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ В РЕАКТОРЕ НА РАСПЛАВАХ СОЛЕЙ Российский патент 2021 года по МПК G21F9/12 G21C19/42 G21C19/44 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Реакторы на расплавах солей - это класс ядерных реакторов деления, в которых основой теплоносителя реактора или ядерного топлива является смесь расплавов солей. Часто реакторы на расплавах солей работают при более высоких температурах, чем реакторы с водяным охлаждением, и поэтому могут обеспечивать более высокую термодинамическую эффективность, оставаясь при этом при низком давлении пара. Кроме того, реакторы на расплавах солей могут производить интересные и полезные побочные продукты деления ядер.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения включают механизм химического разделения для реактора на расплавах солей; расплавы солей в реакторе могут содержать некоторые продукты деления ядер. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм химического разделения может содержать приемник расплава солей с находящимся в нем расплавом солей; приемник растворителя, в котором находится растворитель; электрод; и механизм перемещения электродов. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм перемещения электродов может иметь конфигурацию, позволяющую погружать электрод в приемник расплава солей, так что между электродом и одним или более продуктами деления ядер в расплаве солей происходит химическая реакция. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм перемещения электродов может обеспечивать погружение электродов в приемник растворителя, так что происходит химическая реакция, приводящая к перемещению одного или более продуктов деления ядер в растворитель.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм перемещения электродов содержит подъемно-поворотное устройство. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм перемещения электродов содержит подъемно-скользящий механизм перемещения электродов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм химического разделения может включать источник питания, имеющий конфигурацию, обеспечивающую подачу электрического потенциала на электрод (или электроды).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей содержит актинидсодержащую соль, причем электрод не реагирует с актинидами, содержащимися в актинид содержащей соли. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей содержит актинидсодержащую соль. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей содержит фторидную или хлоридную соль.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения продукты деления ядер могут осаждаться на электроде, когда электрод размещен в приемнике расплава солей.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрод может содержать уран. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрод может содержать актинид.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм химического разделения может содержать второй электрод, расположенный в расплаве солей или в контакте с расплавом солей, находящимся в приемнике расплава солей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения второй электрод может быть расположен в растворителе или в контакте с растворителем, находящимся в приемнике растворителя.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения камера химического разделения содержит инертный газ.

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут включать способ, включающий воздействие на электрод расплавом солей, содержащим продукты деления ядер, так что между электродом и одним или более продуктами деления ядер в расплаве солей происходит химическая реакция; удаление электрода из расплава солей; и воздействие на электрод растворителем, так что происходит химическая реакция, приводящая к перемещению одного или более продуктов деления ядер в растворитель. Способ также включает удаление электрода из растворителя. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ может включать подачу электрического потенциала на электрод в то время, когда электрод подвергается воздействию расплава солей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ может включать подачу электрического потенциала на электрод в то время, когда электрод подвергается воздействию растворителя.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения обеспечение воздействия расплава солей на электрод включает использование подъемно-поворотного устройства. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения обеспечение воздействия расплава солей на электрод включает использование подъемно-скользящего механизма перемещения электрода.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей содержит актинидсодержащую соль, причем электрод не реагирует с актинидами, содержащимися в актинидсодержащей соли. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей содержит актинидсодержащую соль.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрод может содержать уран.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения можно лучше понять, если приведенное ниже подробное описание настоящего изобретения будет прочитано со ссылкой на прилагаемые графические материалы.

Фиг. 1 является схемой системы реактора на расплавах солей согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 является схемой подсистемы химического разделения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 является схемой подсистемы химического разделения с электродом, находящимся в поднятом положении внутри камеры химического разделения, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 является схемой подсистемы химического разделения с электродом, находящимся в опущенном положении и расположенным в объеме растворителя, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 является схемой подсистемы химического разделения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6 является другой схемой подсистемы химического разделения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 является блок-схемой, отображающей способ использования электрода для удаления продуктов деления ядер из реактора на расплавах солей согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения включают механизм химического разделения, который включает приемник расплава солей и приемник растворителя. Приемник расплава солей может включать или содержать расплав солей, содержащий продукты деления ядер. Приемник растворителя может включать или содержать растворитель. Механизм химического разделения может содержать электрод и механизм перемещения электрода, имеющий конфигурацию, позволяющую погружать электрод в приемник расплава солей и погружать электрод в приемник растворителя. Механизм перемещения электродов может включать любой тип электромеханических механизмов перемещения электродов или электронных устройств для перемещения электродов из различных положений. Электрод может вступать в реакцию или связываться с некоторыми продуктами деления ядер, содержащимися в расплаве солей, находящемся в приемнике расплава солей. Электрод может вступать в реакцию или связываться с растворителем, находящемся в приемнике растворителя, так что продукты деления ядер, связанные с электродом, могут перемещаться или выделяться в растворитель.

Механизм химического разделения можно использовать в системе или устройстве на расплавах солей любого типа, в том числе, но без ограничения этим, в ядерных реакторах на нейтронах теплового спектра (на тепловых нейтронах), ядерных реакторах на нейтронах быстрого спектра (на быстрых нейтронах), ядерных реакторах на нейтронах эпитермального спектра, испытательных контурах на расплавах солей, мишенях на расплавах солей, источниках нейтронов на расплавах солей и т.д. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения растворитель содержит этиленгликоль. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения растворитель содержит холина хлорид.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм химического разделения может включать подъемно-поворотное устройство или подъемно-скользящий механизм перемещения электродов для перемещения электродов из одного положения в другое. Можно использовать различные другие роботизированные или электромеханические устройства.

Раскрыты системы и способы электрохимического разделения в камере с расплавом солей. Реактор на расплавах солей может быть ядерным реактором деления, в котором основой теплоносителя ядерного реактора или даже самого ядерного топлива является смесь расплавов солей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения реакторы на расплавах солей могут работать при более высоких температурах, чем реакторы с водяным охлаждением, и обеспечивать более высокую термодинамическую эффективность, оставаясь при этом при низком давлении пара. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения ядерное топливо в реакторе на расплавах солей может включать расплавленную смесь фторидных солей (например, фторида лития и фторида бериллия (FLiBe) с растворенными в ней фторидами урана (U-235 или U-233) (UF₄). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения уран может быть низкообогащенным ураном, необогащенным ураном или обогащенным ураном.

Фиг. 1 является схемой системы 100 реактора на расплавах солей согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Система 100 реактора на расплавах солей может содержать реактор 102, подсистему химического разделения (например, содержащую камеру 120 химического разделения), системы аварийной защиты (например, содержащие одну или более емкостей 165 для аварийного сброса) и турбины 145.

Реактор 102 может содержать любой тип устройства или системы деления ядер на расплавах солей, независимо от того, включают ли они реактор. Реактор 102 может включать жидкосолевой сверхвысокотемпературный реактор, реактор с жидким фторидом тория, реактор с жидким хлоридом тория, жидкосолевой реактор-размножитель, жидкосолевой твердотопливный реактор, водяной реактор с высокой плотностью нейтронного потока с мишенью из высокообогащенной или низкообогащенной соли урана и т.д.

В системе 100 реактора на расплавах солей, например, могут быть использованы один или более расплавов солей и расщепляющийся материал (ядерное топливо). Расплав солей может содержать, например, любую соль, содержащую фтор, хлор, литий, натрий, калий, бериллий, цирконий, рубидий и т.п. или любые их комбинации. Некоторые примеры расплавов солей могут включать LiF, LiF-BeF₂, 2LiF-BeF₂, LiF-BeF₂-ZrF₄, NaF-BeF₂, LiF-NaF-BeF₂, LiF-ZrF₄, LiF-NaF-ZrF₄, KF-ZrF₄, RbF-ZrF₄, LiF-KF, LiF-RbF, LiF-NaF-KF, LiF-NaF-RbF, BeF₂-NaF, NaF-BeF₂, LiF-NaF-KF и т.д. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей может включать фторид натрия, фторид калия, фторид алюминия, фторид циркония, фторид лития, фторид бериллия, фторид рубидия, фторид магния и/или фторид кальция.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей может включать любые возможные эвтектические смеси солей из указанных ниже. Возможно использование многих других эвтектических смесей. Приведенный ниже перечень также включает молярные соотношения и температуры плавления примеров эвтектических смесей. Молярные соотношения приведены только в качестве примеров. Можно использовать различные другие эвтектические смеси.

- LiF-NaF (60-40 мол. %) 652°С

- LiF-KF (50-50 мол. %) 492°С

- LiF-NaF-KF (46,5-11,5-42 мол. %) 454°С

- LiF-NaF-CaF₂ (53-36-11 мол. %) 616°С

- LiF-NaF-MgF₂-CaF₂ (~50-~30-~10-~10 мол. %) ~600°С

- LiF-MgF₂-CaF₂ (~65-~12-~23 мол. %) 650-725°С

- LiF-BeF₂ (66.5-33.5 мол. %) 454°С

- NaF-BeF₂ (69-31 мол. %) 570°С

- LiF-NaF-BeF₂ (15-58-27) 480°С

- LiF-NaF-ZrF₄ (37-52-11) 604°С

- LiF-ThF₄ (71-29) 565°С

- NaF-ThF₄ (77,5-22,5) 618°С

- NaF-ThF₄ (63-37) 690°С

- NaF-ThF₄ (59-41) 705°С

- LiF-UF4 (73-27) 490°С

- NaF-UF₄ (78,5-21,5) 618°С

- LiF-NaF-UF₄ (24,3-43,5-32,2) 445°С

Реактор 102 может включать бланкет 105 реактора, который окружает активную зону 110 реактора. Внутри активной зоны 110 реактора может быть расположено множество стержней 115. Активная зона 110 реактора может, например, содержать расплав солей, обогащенный ураном, например - UF₄-FLiBe. Бланкет 105 реактора может содержать наработанное вторичное ядерное топливо, которое может продуцировать уран для активной зоны 110 реактора. Бланкет 105 реактора может содержать обогащенную торием фторидную соль. Например, бланкет 105 реактора может содержать торий-232, который за счет облучения нейтронами преобразуется в торий-233. Торий-233 имеет период полураспада, равный 22 минутам, и в процессе бета-распада преобразуется в протактиний-233. Затем за счет второго бета-распада протактиний-233, имеющий период полураспада, равный 26,97 дням, преобразуется в уран-233, который является дополнительным топливом для активной зоны 110 реактора.

Стержни 115 могут содержать любой материал, который может служить модератором энергии нейтронов (замедлителем нейтронов), например - графит, ZrH_x, легкую воду, тяжелую воду, бериллий, литий-7 и т.п. Модератор энергии нейтронов можно выбрать или вообще не использовать в зависимости от потребности в нейтронах теплового, эпитеплового или быстрого спектра внутри активной зоны 110 реактора.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения система 100 реактора на расплавах солей может содержать подсистему химического разделения. Подсистема химического разделения может содержать, например, камеру 120 химического разделения и/или контур 125 химического разделения. Подсистему химического разделения можно использовать, например, для экстракции продуктов деления ядер (например, молибдена, рутения) из расплава солей и очистки продуктов деления ядер. Перечень продуктов деления ядер можно найти, например, на сайтах https://www-nds.iaea.org/wimsd/fpyield.htm#T1 и/или https://www-nds.iaea.org/wimsd/fpyield.htm#T2. Могут содержаться и другие продукты деления ядер. Подсистема химического разделения может, например, удалять продукты деления ядер без удаления актинидов (например - изотопов урана, таких как, например, уран-233, уран-235, или изотопов плутония, таких как, например, плутоний-239, или изотопов тория, и т.д.) из активной зоны реактора. Фиг. 2, 3 и 4 иллюстрируют примеры подсистемы химического разделения.

Подсистема аварийной защиты может включать трубопровод 170 аварийного сброса, замораживаемую пробку 160 или одну или более емкостей 165 для аварийного сброса. Емкости 165 для аварийного сброса соединены с активной зоной 110 реактора трубопроводом 170 для аварийного сброса. Замораживаемая пробка 160 может быть активным элементом, который удерживает ядерное топливо внутри ядерного реактора до тех пор, пока не наступит аварийная ситуация. Если замораживаемая пробка 160, например, теряет силу или запускается иным способом, трубопровод для сброса открывается и материал, содержащийся в активной зоне 110, сбрасывается в емкости 165 для аварийного сброса. Емкости 165 для аварийного сброса могут содержать различные материалы, например, такие как материалы, модерирующие энергию нейтронов. Емкости 165 для аварийного сброса могут быть размещены в месте, где можно регулировать любые реакции. Емкости 165 для аварийного сброса могут, например, иметь размеры, исключающие возможность незатухающей ядерной реакции.

Фиг. 2 является схемой подсистемы 200 химического разделения реактора на расплавах солей согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Подсистема 200 химического разделения включает канал 205 химического разделения расплава солей, который может проводить расплав солей из камеры с расплавом солей (например, из активной зоны 110 реактора). Канал 205 химического разделения расплава солей может соединяться с трубопроводом 220 контура расплава солей, который может проводить расплав солей от камеры с расплавом солей к каналу 205 химического разделения расплава солей. Канал 205 химического разделения расплава солей может подавать расплав солей в емкость для расплава солей 210, 215. Емкость 210, 215 для расплава солей может заполняться или частично заполняться расплавом солей через канал 205 химического разделения расплава солей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения висмут или другие химические вещества могут удерживаться, находиться или удаляться в емкости 210, 215 для расплава солей с помощью мембраны или сетки, например - для химического удаления дополнительных продуктов деления ядер. Расплав солей может протекать через емкость 210, 215 для расплава солей и возвращаться в камеру для расплава солей через возвратный трубопровод 245 для расплава солей.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения поверхность 225 расплава солей внутри канала 205 химического разделения расплава солей может разделять канал 205 химического разделения расплава солей и камеру 260 химического разделения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения камера 260 химического разделения может быть заполнена инертным газом или вакуумом, который может, например, предохранять поверхность 225 расплава солей от воздействия нежелательных реакций или окисления.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрод 230 может быть погружен в расплав солей внутри канала 205 химического разделения расплава солей. Электрод 230 может содержать актинид, такой как, например, уран. Электрод может быть соединен с подъемно-поворотным устройством 235. Подъемно-поворотное устройство 235 может быть механическим механизмом для перемещения электрода, который поднимает электрод 230 (см. Фиг. 3), поворачивает электрод 230 и опускает электрод 230 (см. Фиг. 4) в растворитель 241, находящийся внутри приемника 240 растворителя. Приемник 240 растворителя может содержать растворитель 241. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения растворитель может содержать любой растворитель, который содержит этиленгликоль. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температуру растворителя можно поддерживать примерно равной комнатной температуре или вблизи этой температуры. Подъемно-поворотное устройство 235 может содержать один или более моторов, механизмов управления, зубчатых шестерен, роликов, соленоидов, кабелей и т.п., которые могут осуществлять перемещение электрода 230.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрический потенциал можно подать на электрод 230, когда электрод находится в контакте с расплавом солей (например, актинидсодержащей солью). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрический потенциал может не требоваться, и электрод 230 преимущественно будет являться проводником во время контакта электрода с расплавом солей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрический потенциал может быть электрическим потенциалом постоянного тока или электрическим потенциалом переменного тока. Второй электрод может находиться в контакте с расплавом солей для замыкания (или заземления) электрической цепи. Второй электрод может быть электродом, соединенным с любым участком подсистемы 200 химического разделения, или он может быть частью стенки емкости подсистемы 200 химического разделения. Например, второй электрод может быть частью стенки канала 205 химического разделения расплава солей и/или стенки трубопровода 220 контура расплава солей. Электрический потенциал между электродом 230 и вторым электродом может вызывать или усиливать электрохимическую реакцию между продуктами деления ядер в расплаве солей и электроде 230. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрохимическая реакция может вызывать осаждение продуктов деления ядер на электроде 230. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрический потенциал между электродами может варьироваться от низкого значения, равного 0 вольт, до высокого значения, равного 6 вольт. Электрический потенциал можно варьировать, чтобы выбрать, какие элементы предположительно будут осаждаться на электроде 230.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения величина электрического потенциала, величина тока, создаваемого электрическим потенциалом, состав расплава солей, тип и состав продуктов деления ядер, растворенных в соли, и/или материал, составляющий электрод 230, могут определять реагенты, которые реагируют с электродом 230. Дополнительно или альтернативно, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения частота переменного электрического потенциала, частота переменного тока, созданного электрическим потенциалом, состав расплава солей и/или материал, образующий электрод 230, могут определять реагенты, которые реагируют с электродом 230.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения подъемно-поворотное устройство 235 может быть частично расположено в камере 260 химического разделения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения один или более моторов, механизмов управления, зубчатых шестерен, роликов, соленоидов, кабелей и т.п., могут быть соединены с подъемно-поворотным устройством 235 и/или с его частью. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения один или более моторов, механизмов управления, зубчатых шестерен, роликов, соленоидов, кабелей и т.п., могут быть расположены вне камеры 260 химического разделения и приводить к подъему и/или повороту электрода 230 подъемно-поворотным устройством 235.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения камера 260 химического разделения может содержать газопоглотитель 250, который может содержать газопоглощающую пробку. Газопоглотитель можно использовать для удаления газов из внутреннего пространства камеры 260 химического разделения. Газопоглотитель 250 может содержать, например, карбонат магния, обедненный уран, серебро или медь и т.п. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения газопоглотитель может собирать различные химические вещества, в частности - газы, такие как тритий, водород, дейтерий, йод, криптон, ксенон, цирконий, молибден, гелий и т.п. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в газопоглотителе 250 может быть использована пневматическая или механическая система для удаления и/или замены (потенциально насыщенного) газопоглотителя с целью извлечения химических веществ из камеры 260 химического разделения.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения камера 260 химического разделения может содержать порт 255 для выпуска газообразных веществ. Порт 255 для выпуска газообразных веществ может, например, собирать газообразные продукты из камеры 260 химического разделения, такие как, например, криптон, ксенон, йод, гелий, молибден, цирконий и т.д.

Фиг. 3 является схемой подсистемы 200 химического разделения реактора на расплавах солей с электродом 230, находящимся в поднятом положении внутри камеры 260 химического разделения, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Согласно этой фигуре чертежа один или более моторов, механизмов управления, зубчатых шестерен, роликов, соленоидов, кабелей и т.п., ранее были активированы для подъема подъемно-поворотного устройства 235, так что электрод 230 не погружен в расплав солей и не погружен в растворитель 241, находящийся в приемнике 240 растворителя.

Фиг. 4 является схемой подсистемы 200 химического разделения реактора на расплавах солей с электродом 230, находящимся в опущенном положении и размещенным в растворителе 241, находящемся в приемнике растворителя 240, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, когда электрод 230 находится в опущенном положении и размещен, помещен или введен в растворитель 241, находящийся в приемнике растворителя 240, электрический потенциал между электродом 230 и вторым электродом можно изменить на противоположный и вызвать электрохимическую реакцию между продуктами деления ядер, находящимися на электроде, и растворителем 241, находящимся в приемнике 240 растворителя. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, когда электрод 230 находится в опущенном положении и размещен в приемнике 240 растворителя, частоту или величину потенциала между электродом 230 и вторым электродом можно изменить, чтобы вызвать электрохимическую реакцию между продуктами деления ядер, находящимися на электроде, и растворителем 241, находящимся в приемнике 240 растворителя. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения продукты деления ядер могут выделяться в растворитель, растворяться в растворителе и/или накапливаться в растворителе.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения первый электрод или второй электрод могут содержать анод, а другой электрод может содержать катод. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может быть добавлен третий электрод, который может быть электродом сравнения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может быть добавлен третий электрод, который может быть дополнительным анодом или дополнительным катодом.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения приемник 240 растворителя может быть соединен с подсистемой обработки растворителя, например - с использованием трубы и/или катушки, которые обеспечивают поток растворителя 241 из приемника 240 растворителя к подсистеме обработки растворителя. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения продукты деления ядер могут быть выделены из растворителя и/или подвергнуты дальнейшей обработке.

Фиг. 5 является схемой подсистемы 200 химического разделения, соединенной с реактором 270 на расплавах солей (например, с реактором 102), согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Фиг. 6 является другой схемой подсистемы 200 химического разделения, соединенной с реактором 270 на расплавах солей (например, с реактором 102), согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения подсистема 200 химического разделения может быть соединена с реактором 270 на расплавах солей через возвратный трубопровод 245 для расплава солей и/или через трубопровод 220 контура для расплава солей.

Фиг. 7 является блок-схемой, изображающей способ 700 использования электрода для удаления продуктов деления ядер из реактора на расплавах солей согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. На стадии 705 электрод может быть подвергнут воздействию расплава солей. Электрод может содержать, например, электрод 230. Расплав солей может содержать, но без ограничения этим, любой расплав солей, описанный в данной публикации.

На стадии 710 на электрод подают электрический потенциал. Электрический потенциал, например, может варьироваться по напряжению и/или частоте в зависимости от типа расплавленных солей, смеси расплавленных солей и/или типа продуктов деления ядер, которые желательно извлечь из расплава солей. Электрический потенциал, например, может быть потенциалом между электродом и вторым электродом, расположенным где-либо в расплаве солей. Электрический потенциал между электродом и вторым электродом может вызвать электрохимическую реакцию между продуктами деления ядер, содержащимися в расплаве солей, и электродом. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрохимическая реакция может вызвать отложение продуктов деления ядер на электроде.

На стадии 715 электрод может быть удален из расплава солей. Это можно обеспечить любыми способами. Например, электрод можно удалить с использованием подъемно-поворотного устройства. В качестве другого примера электрод можно удалить с использованием одного или более моторов, механизмов управления, зубчатых шестерен, роликов, соленоидов, кабелей и т.п. В качестве другого примера электрод можно удалить из расплава солей посредством удаления расплава солей.

На стадии 720 электрод может быть подвергнут воздействию растворителя. Например, можно переместить электрод к приемнику растворителя. В качестве другого примера камеру, в которой расположен электрод, можно заполнить растворителем после удаления расплава солей.

На стадии 725 электрод можно подвергнуть воздействию электрического потенциала. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрический потенциал, подаваемый, когда электрод размещен в растворителе, можно сделать обратным относительно электрического потенциала, поданного на стадии 710. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрический потенциал может, например, варьироваться по напряжению и/или частоте в зависимости от состава растворителя и/или типа продуктов деления ядер. Например, электрический потенциал может быть потенциалом между электродом и третьим электродом, расположенным где-либо в растворителе. Электрический потенциал между электродом и третьим электродом может вызвать электрохимическую реакцию между продуктами деления ядер, осажденными на электроде, так что продукты деления ядер растворяются в растворителе.

На стадии 730 электрод может быть удален из растворителя.

Способ 700 можно повторить любое количество раз. Способ 700 может также включать дополнительные блоки или стадии. Дополнительно или альтернативно можно удалить или исключить любое количество блоков из способа 700.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрод может находиться в стационарном положении в подсистеме химического разделения. Расплав солей и растворитель могут попеременно втекать в подсистему химического разделения, когда электрический потенциал электрода соответствующим образом изменяется на противоположный, для сбора материала деления ядер из расплава солей и растворения материала деления ядер в растворителе.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения можно использовать более одного электрода. В некоторые варианты осуществления настоящего изобретения может быть включен источник питания для подачи электрического потенциала на электрод(ы). Электрический потенциал может вызвать электрохимическую реакцию между электродом и продуктами деления ядер в расплаве солей и в растворителе. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения продукты деления ядер осаждаются на электроде, когда электрод размещен в приемнике расплава солей или погружен в него.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей содержит актинидсодержащую соль, а электрод содержит материал, который не реагирует с актинидами, содержащимися в актинидсодержащей соли. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения расплав солей содержит фторидную соль или хлоридную соль. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрод содержит актинид.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения механизм химического разделения может также содержать камеру химического разделения, причем по меньшей мере часть механизма перемещения электродов расположена внутри камеры химического разделения.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения камера химического разделения содержит инертный газ.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения используют сетку для сбора выпавших в осадок частиц в приемнике растворителя.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения можно использовать вторичную камеру для проведения химической очистки солей.

Если в явном виде не указано иное, то термин «по существу равный» означает «лежащий в пределах 5% или 10% от указанного значения или в пределах производственных допусков». Если в явном виде не указано иное, то термин «примерно равный» означает «лежащий в пределах 5% или 10% от указанного значения или в пределах производственных допусков».

Многочисленные конкретные подробности приведены в данной публикации для обеспечения глубокого понимания заявленного предмета настоящего изобретения. Однако специалисты в данной области техники поймут, что заявленный предмет настоящего изобретения можно осуществить на практике без этих конкретных подробностей. В остальных случаях способы, аппаратура или системы, которые должны быть известны специалисту в данной области техники, не были описаны подробно, чтобы не затруднять понимание заявленного предмета настоящего изобретения.

Система или системы, обсуждаемые в данной публикации, не ограничены какой-либо конкретной структурой или конфигурацией аппаратного обеспечения.

При использовании в контексте настоящего изобретения термины «выполненный с возможностью» или «имеющий конфигурацию, обеспечивающую возможность» подразумевают открытые и инклюзивные термины, которые не исключают устройства, выполненные с возможностью выполнения дополнительных задач или стадий или имеющие конфигурацию, обеспечивающую возможность выполнения дополнительных задач или стадий.

Кроме того, при использовании в контексте настоящего изобретения термин «основанный на» также следует понимать как открытый и инклюзивный термин, так что способ, стадия, расчет или другое действие, «основанные на» одном или более указанных условиях или значениях, могут на практике быть основаны на дополнительных условиях или значениях, кроме указанных. Заголовки, перечни и нумерация, включенные в данную публикацию, предназначены исключительно для облегчения разъяснения, и их не следует считать ограничивающими настоящее изобретение.

Хотя предмет настоящего изобретения подробно описан со ссылкой на конкретные варианты его осуществления, следует понимать, что специалисты в данной области техники после усвоения вышеизложенного легко смогут осуществить изменения, вариации или эквиваленты этих вариантов осуществления настоящего изобретения. Соответственно, следует понимать, что данное описание представлено в качестве примера, а не ограничения, и не исключает использования таких модификаций, вариаций и/или дополнений к настоящему изобретению, которые будут очевидными специалистам в данной области техники.

Изобретение относится к реакторам на расплавах солей, в которых расплав соли может включать продукты деления ядер. Механизм химического разделения включает приемник расплава солей с находящимся в нем расплавом солей; приемник растворителя, в котором находится растворитель; электрод и механизм перемещения электродов. Механизм перемещения электродов может иметь конфигурацию, позволяющую погружать электрод в приемник расплава солей, так что между электродом и одним или более продуктами деления ядер в расплаве солей происходит химическая реакция. Механизм перемещения электродов может обеспечивать погружение электродов в приемник расплава солей, так что происходит осаждение продуктов на электроде. Изобретение обеспечивает более высокую термодинамическую эффективность, а также могут производиться интересные и полезные побочные продукты деления ядер. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Механизм химического разделения, содержащий:

- приемник расплава солей, содержащий расплав солей, находящийся в приемнике расплава солей, причем расплав солей содержит продукты деления ядер;

- электрод;

- второй электрод; и

- механизм перемещения электродов, имеющий конфигурацию, позволяющую размещать электрод в приемнике расплава солей, так что происходит химическая реакция между электродом и одним или более продуктами деления ядер, находящимися в расплаве солей, вызывающая осаждение продуктов деления ядер на электроде, когда между электродом и вторым электродом имеется электрический потенциал.

2. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит источник питания, имеющий конфигурацию, позволяющую подавать электрический потенциал на электрод.

3. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что расплав солей содержит актинидсодержащую соль, причем электрод не реагирует с актинидами, содержащимися в актинидсодержащей соли.

4. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что расплав солей содержит актинидсодержащую соль.

5. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что электрод содержит уран.

6. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что электрод содержит актинид.

7. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит приемник растворителя, содержащий растворитель, находящийся в приемнике растворителя, причем механизм перемещения электрода дополнительно имеет конфигурацию, позволяющую перемещать электрод из приемника расплава солей и помещать электрод в приемник растворителя, так что происходит химическая реакция, приводящая к перемещению одного или более продуктов деления ядер, осажденных на электроде, в растворитель.

8. Механизм химического разделения по п. 7, отличающийся тем, что механизм перемещения электродов содержит подъемно-поворотное устройство.

9. Механизм химического разделения по п. 7, отличающийся тем, что механизм перемещения электродов содержит подъемно-скользящий механизм перемещения электродов.

10. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что расплав солей содержит фторидную или хлоридную соль.

11. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит второй электрод, расположенный в расплаве солей или в контакте с расплавом солей внутри приемника расплава солей.

12. Механизм химического разделения по п. 7, отличающийся тем, что он дополнительно содержит третий электрод, расположенный в растворителе или в контакте с растворителем, находящимся внутри приемника растворителя.

13. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что камера химического разделения содержит инертный газ.

14. Механизм химического разделения по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит камеру химического разделения, соединенную с приемником расплава солей, причем камера химического разделения содержит газопоглотитель, имеющий конфигурацию, позволяющую собирать один или более газов.

15. Способ осуществления реакции на расплаве солей, включающий:

- размещение электрода в расплаве солей, содержащем продукты деления ядер,

- размещение второго электрода в расплаве солей; и

- подачу электрического потенциала между электродом и вторым электродом, когда электрод размещен в расплаве солей, и второй электрод размещен в расплаве солей, так что между электродом и одним или более продуктами деления ядер в расплаве солей происходит химическая реакция, вызывающая осаждение продуктов деления ядер на электроде.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что он дополнительно включает удаление электрода из растворителя.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что размещение электрода в расплаве солей включает использование подъемно-поворотного устройства или поворотно-скользящего механизма перемещения электродов.

18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что он дополнительно включает размещение электрода сравнения в расплаве солей.

19. Способ по п. 15, отличающийся тем, что расплав солей содержит актинидсодержащую соль, причем электрод не реагирует с актинидами, содержащимися в актинидсодержащей соли.

20. Способ по п. 15, отличающийся тем, что электрод содержит уран.

21. Способ по п. 15, отличающийся тем, что расплав солей содержит актинидсодержащую соль.