Un Reactor de Sal Fundida (RSF) es un tipo de reactor nuclear de fisión en el cual el principal refrigerante, o incluso el combustible mismo es una mezcla de sal fundida. Los RSF funcionan a mayores temperaturas que los reactores enfriados por agua para lograr una elevada eficiencia termodinámica manteniendo una baja presión de vapor. La habilidad de operar a presiones cercanas a la atmosférica reducen el estrés mecánico soportado por el sistema, de esa manera simplificando el diseño del reactor y mejorando su seguridad. El combustible nuclear puede estar formado por barras sólidas o ser disuelto dentro del refrigerante. En la mayoría de los diseños el combustible nuclear es disuelto en el refrigerante de sal fundida de fluoruro como tetrafluoruro de uranio (UF4). El fluido se vuelve crítico en un centro de grafito que sirve como moderador. Los reactores de fluido combustible tienen problemas de seguridad significativamente diferentes comparado con diseños de combustible sólido. Investigaciones más recientes se han centrado en las ventajas prácticas de un ciclo de refrigeración de alta temperatura y baja presión. Muchos diseños modernos dependen de combustible cerámico dispersado en una matriz de grafito, con la sal fundida otorgando la baja presión y alta temperatura de refrigeración. Las sales son mucho más eficientes para remover el calor del núcleo, reduciendo la necesidad de bombeo, tuberías, y disminuyendo el tamaño del núcleo de acuerdo a los componentes de menor escala. Hacia 1960 estaba clara la visión de una familia de reactores de sal fundida. La factibilidad técnica parecía estar en un sólido terreno – mediante una combinación compatible de sal, grafito y materiales de contención – pero se precisaba un reactor para demostrar esta tecnología. Este fue el objeto del experimento de reactor de sal fundida(MSRE en sus iniciales en inglés): demostrar que algunas de las características clave de de los propuestos reactores de energía de sal fundida podían ser incorporadas en un reactor práctico que pudiera ser operado con seguridad y fiabilidad y que pudiese ser mantenido sin excesivas dificultades. Para simplificarlo debía de ser aceptablemente pequeño, un reactor de un fluido que funcionase a 10 MW(t) o menos, con dispersión del calor en el aire, a través de una sal secundaria. Descripción : El vaso del reactor medía 5 pies de diámetro. El combustible era LiF-BeF2-ZrF4-UF4 (64-30-5-1 moléculas %), la sal secundaria era LiF-BeF2 (66-34 moléculas %), el moderador era grafito de clase CGB, y todas las otras partes en contacto con la sal eran de la aleación Hastelloy-N. El cuenco de la bomba de combustible era el espacio de agitación para el circuito de circulación, en donde alrededor de 50 gpm de combustible eran rociadas en el espacio del gas para permitir que el xenón y el kriptón escapasen de la sal. También el cuenco de la bomba estaba situada la toma a través de la cual se podían retirar muestras de la sal o se podían introducir cápsulas de sal enriquecida de combustible concentrada (UF4-LiF o PuF3). El sistema de combustible estaba situado en celdas selladas, cuyo mantenimiento se realizaba mediante herramientas de manejo a distancia a través de aberturas en el techo del escudo. Para fluidificar el combustible que circulaba por el sistema, antes y después de las labores de mantenimiento, se utilizaba un tanque de sal de LiF-BeF2. En una celda adyacente al reactor se encontraba una sencilla instalación para insuflar gas a través del combustible o para fluidificar la sal: H2-HF para retirar el óxido, F2 para retirar el uranio como UF6. La mayoría de los esfuerzos en el proyecto del MSRE entre 1960 y 1964 se dedicaron a su diseño, desarrollo y construcción. La producción y las pruebas posteriores del grafito y del Hastelloy-N, ambos apilados y en el exterior, fueron las principales actividades de desarrollo. Otras actividades incluían los trabajos en la química del reactor, el desarrollo y las técnicas de fabricación del Hastelloy-N, el desarrollo de componentes del reactor, y la planificación de mantenimiento remoto y las preparaciones. Esquema del reactor de sal fundida. Funcionamiento : El funcionamiento del MSRE se realizó durante 5 años, desde la carga de la sal en 1964 hasta el fin del funcionamiento nuclear en diciembre de 1969. Todos los objetivos del experimento fueron alcanzados en este período. Las comprobaciones y las pruebas prenucleares incluían la circulación de la sal de flujo y de combustible durante 1.000 horas. La prueba nuclear del MSRE empezó en junio de 1965, con la adición de 235U enriquecido como UF4-LiF a la sal portadora para que el reactor alcanzara su criticidad. Después de experimentos con energía cero, para medir los coeficientes de fiabilidad y reactividad de las varillas, el reactor fue apagado y se realizaron las preparaciones finales para el funcionamiento con energía. El incremento de potencia fue retrasado cuando se polimerizaron vapores del aceite que se había filtrado dentro de la bomba de combustible por los gases radioactivos resultantes, y se pegaron a los filtros y válvulas de gas. La máxima potencia, que se limitó a 7,4 MW(t) por la capacidad del sistema de rechazo de calor, se alcanzó en mayo de 1966. Después de dos meses de funcionamiento a toda potencia, el reactor fue apagado durante 3 meses debido al fallo de uno de principales ventiladores de refrigeración. Otras demoras posteriores se produjeron como consecuencia de la conexión de las conducciones de salida de gas, pero a finales de 1966 la mayoría de los problemas de arranque quedaban atrás. Durante los siguientes 15 meses, el reactor estuvo en criticidad durante el 80% del tiempo, con períodos de funcionamiento de 1, y 6 meses que fueron interrumpidos por un drenaje de combustible. Para marzo de 1968, los objetivos iniciales del MSRE se habían cubierto, y se finalizó el funcionamiento nuclear con 235U. Para aquella fecha, el 233U se encontraba ya ampliamente disponible, de modo que el programa del MSRE se amplió para incluir la sustitución con 233U en la sal de combustible, enfocándose su funcionamiento a la observación de las nuevas características nucleares. Utilizando las instalaciones de procesamiento en la propia planta, las sales de fluidificación y las de combustible se fluoraron para recuperar el uranio de ellas como UF6. Entonces se añadió el 233UF4-LiF a la sal de transporte, y en octubre de 1968, el MSRE se convirtió en el primer reactor mundial que funcionaba con 233U. Los experimentos a potencia cero del 233U y las pruebas dinámicas confirmaron las características neutrónicas previstas. Una consecuencia inesperada del procesado de la sal fue que sus propiedades físicas se vieron ligeramente alteradas de modo que la cantidad de gas habitual que entraba desde la bomba de combustible al circuito se vio incrementada. El gas en circulación y las fluctuaciones de potencia que lo acompañaban fueron eliminadas haciendo funcionar la bomba de combustible a una velocidad ligeramente menor. El funcionamiento a alta potencia durante varios meses permitió una medida muy meticulosa del ratio de captura a fisión, para el 233U en este reactor, completando los objetivos del funcionamiento del 233U. En los meses finales de funcionamiento, se realizaron investigaciones sobre la separación del xenón, la deposición de los productos de fisión, y el comportamiento del tritio. La posibilidad de utilizar plutonio en los reactores de sal fundida, fue destacada al añadir PuF3 como mejorador del combustible durante este período. Después del apagado final en diciembre de 1969, el reactor permaneció en espera durante casi un año. Entonces se llevó a cabo un programa limitado de examen, incluyendo una barra moderadora del núcleo, un guardacabo de la varilla de control, las conducciones de los intercambiadores de calor, partes de la concavidad de la bomba del combustible, y una válvula de enfriamiento que había desarrollado una filtración durante el período de apagado final. Los sistemas radioactivos fueron a continuación cerrados en espera de su desguace final. Resultados : La conclusión más difundida y quizás la más importante de la experiencia del MSRE es que era un reactor totalmente viable. Funcionó durante largos períodos, aportando información valiosa, y cuando requirió acciones de mantenimiento pudieron realizarse con seguridad y sin una excesiva demora. El destacado comportamiento del MSRE mostró claramente que con un diseño adecuado y una construcción y funcionamiento cuidadosos, las características no habituales de un MSR (reactor de sal fundida) no comprometía en modo alguno su seguridad y fiabilidad.