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

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

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1 Sodium-cooled Fast Reactor & Genera(on IV Systems Lead-cooled Fast Reactor Antonio Cammi (Politecnico di Milano) Image credits go here 2

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1 ¡

Image ¡credits ¡go ¡here

Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡& ¡ ¡ Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡

Genera(on ¡IV ¡Systems ¡

Antonio ¡Cammi ¡(Politecnico ¡di ¡Milano) ¡

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2 ¡

Genera&on ¡IV ¡Systems: ¡Technology ¡Goals

  • ¡sustainability; ¡

¡

  • ¡safety ¡and ¡reliability; ¡

¡ ¡

  • ¡economic ¡

compe((veness; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

  • ¡prolifera(on ¡

resistance ¡and ¡ physical ¡protec(on. ¡

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3 ¡

Overview ¡of ¡Genera&on ¡IV ¡Systems

LFR SFR

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4 ¡

Overview ¡of ¡Genera&on ¡IV ¡Systems

Heat sink Freeze plug Pump Emergency dump tanks Chemical processing plant Purified salt Reactor Control rods Coolant salt Generator Electrical power Turbine Recuperator Pump Pre cooler Compressor Intercooler Heat sink Compressor Heat exchanger Heat exchanger Fuel salt

GFR LFR MSR SFR

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5 ¡

Overview ¡of ¡Genera&on ¡IV ¡Systems

Heat sink Freeze plug Pump Emergency dump tanks Chemical processing plant Purified salt Reactor Control rods Coolant salt Generator Electrical power Turbine Recuperator Pump Pre cooler Compressor Intercooler Heat sink Compressor Heat exchanger Heat exchanger Fuel salt

GFR LFR MSR SFR SCWR VHTR

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Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR)

Experimental ¡Breeder ¡Reactor ¡II ¡

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7 ¡

Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR) ¡Pros

Sodium favourable features Low melting point High thermal capacity Low density Thermal conductivity Material compatibility Low moderation GIF Objectives Safety: . Large margin to boiling . No need for pressurization . Large thermal inertia Plant simplification & Economics: . No pressurizer . Small pumping power . Technology readiness Sustainability: . Closed fuel cycle . Efficient conversion

  • f fertile U

. MA management

Thermal, ¡chemical ¡and ¡neuro(cs ¡favorable ¡features ¡

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8 ¡

Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR) ¡Cons

Drawbacks ¡of ¡sodium ¡as ¡coolant ¡

Soduim drawbacks Exothermic reaction with water/air Coolant activation Low boiling point Positive void feedback coefficient Opacity Problems for: Design: . Need for intermediate HX . Non-water energy conversion system . Oxygen and hydrogen control Shielding Safety Inspection & Maintenance

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Sodium-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(SFR) ¡in ¡Europe

ASTRID ¡ ¡ (Advanced ¡Sodium ¡ Technological ¡ Reactor ¡for ¡Industrial ¡ Demonstra(on) ¡

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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) ¡

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Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR)

Soviet ¡alpha ¡class ¡sub-­‑marine ¡

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Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡Pros

GIF Objectives Safety: . Reduced risk of core voiding . Dispertion of fuel against compaction . Large thermal inertia . Mitigation of core blockage . Natural circulation capabilities Plant simplification & Economics: . No intermediate HX Sustainability: . Closed fuel cycle . Efficient conversion of fertile U . MA management

Thermal, ¡chemical ¡and ¡neuro(cs ¡favorable ¡features ¡

Lead favourable features High boiling point High density High thermal capacity No exothermic reaction with water/air Low moderation – High P/D Good shielding properties

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13 ¡

Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡Cons

Drawbacks ¡of ¡the ¡lead ¡as ¡coolant ¡

Lead drawbacks Corrosion of structural material Erosion of structural material High melting point Opacity High density Problems for: Design: . Need for coolant chemical control and/or cladding coating . Purification . Limited lead velocity Solidificatio n Inspection & Maintenance Mechanical design . Seismic risk . Refuelling

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Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡in ¡Europe

MYRRHA ¡ ¡Mul(-­‑ purpose ¡hYbrid ¡ Research ¡Reactor ¡for ¡ High-­‑tech ¡Applica(ons ¡

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15 ¡

Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡in ¡Europe

ALFRED ¡Advanced ¡Lead ¡ Fast ¡Reactor ¡ ¡ ¡European ¡ Demonstrator ¡

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16 ¡

Lead-­‑cooled ¡Fast ¡Reactor ¡(LFR) ¡in ¡Europe

Other ¡projects: ¡ . ¡BREST ¡(Russia) ¡ ¡ . ¡SEALER ¡(Sweden) ¡ . ¡SVBR ¡(Russia) ¡ ¡ ¡ ¡ . ¡CLEAR-­‑I ¡(China) ¡ . ¡Peacer ¡(South-­‑Korea) ¡ ¡ .G4M ¡(US) ¡

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Conclusions ¡

. ¡SFR ¡and ¡LFR ¡are ¡promising ¡concepts ¡for ¡the ¡next ¡genera@on ¡nuclear ¡reactor ¡ . ¡Improvements ¡due ¡to ¡sodium ¡and ¡lead ¡favourable ¡features ¡ . ¡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 ¡

  • 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 ¡