En un reactor nuclear de sal fosa (del tipus MSR, Molten Salt Reactor), si es fa servir tori (Th) com a combustible nuclear, no és el tori en si mateix el que sofreix fissió, sinó un isòtop derivat: urani-233 ((^{233}\text{U})), que es produeix a partir del tori-232 ((^{232}\text{Th})) mitjançant transmutació. A continuació et detallo les reaccions nuclears principals que es produeixen:
1. Captura neutrònica pel tori-232
El tori-232, que és fèrtil (no fissil), absorbeix un neutró tèrmic i es converteix en tori-233:
[
^{232}\text{Th} + n \rightarrow ^{233}\text{Th}
]
2. Desintegració beta del tori-233
El (^{233}\text{Th}) és inestable i es desintegra mitjançant emissió beta ((\beta^-)) a protactini-233 amb una semivida d’aproximadament 22 minuts:
[
^{233}\text{Th} \xrightarrow{\beta^-} ^{233}\text{Pa} \quad (t_{1/2} \approx 22\ \text{min})
]
3. Desintegració beta del protactini-233
El (^{233}\text{Pa}) també és radioactiu i es desintegra a urani-233 ((^{233}\text{U})) amb una semivida d’uns 27 dies:
[
^{233}\text{Pa} \xrightarrow{\beta^-} ^{233}\text{U} \quad (t_{1/2} \approx 27\ \text{dies})
]
4. Fissió de l’urani-233
L’(^{233}\text{U}) és fissil i, quan absorbeix un neutró (especialment tèrmic), pot fissionar-se, alliberant:
- Energia tèrmica (aprox. 200 MeV per fissió),
- Neutrons addicionals (2–3 de mitjana),
- Productes de fissió (elements més lleugers com criptó, bari, estronci, etc.).
Exemple simplificat de fissió:
[
^{233}\text{U} + n \rightarrow \text{productes de fissió} + 2\text{–}3\,n + \text{energia}
]
Els neutrons alliberats poden:
- Mantenir la reacció en cadena,
- Ser capturats per més (^{232}\text{Th}), produint més (^{233}\text{U}) (breeding, o “cria” de combustible).
Resum del cicle del tori en un MSR:
[
^{232}\text{Th} \xrightarrow{(n,\gamma)} ^{233}\text{Th} \xrightarrow{\beta^-} ^{233}\text{Pa} \xrightarrow{\beta^-} ^{233}\text{U} \xrightarrow{\text{fissió}} \text{energia + neutrons}
]
Observacions importants en reactors de sal fosa:
- La sal fosa (normalment fluorurs com LiF-BeF₂, anomenat “FLiBe”) actua com refrigerant i portador del combustible.
- El tori i l’urani es dissolen com a fluorurs (p. ex., ThF₄, UF₄).
- No hi ha “reaccions químiques” en el sentit convencional que alliberin energia; l’energia prové exclusivament de reaccions nuclears.
- El disseny del MSR permet extreure en línia productes de fissió i, opcionalment, el protactini-233, per evitar la seva captura de neutrons (ja que (^{233}\text{Pa}) pot absorbir neutrons i convertir-se en (^{234}\text{Pa}), que no dona lloc a (^{233}\text{U})).
Avantatges del cicle del tori en MSR:
- Abundància del tori (més que l’urani).
- Menor producció de actínids menors (residus de llarga vida).
- (^{233}\text{U}) té bones propietats neutròniques en espectre tèrmic.
- El tori no és directament utilitzable per armes nuclears (encara que (^{233}\text{U}) sí que és armable, normalment està contaminat amb (^{232}\text{U}), que emet radiació gamma intensa, dificultant el seu ús clandestí).
Si tens interès en aspectes químics de les sals (com la corrosió, estabilitat dels fluorurs, etc.) o en el tractament de residus, també puc ampliar la informació.
Els reactors nuclears de sals foses (MSR) tenen diversos avantatges respecte als reactors convencionals d’urani (com els d’aigua lleugera). Els principals són:
🔒 Seguretat
- Més segurs intrínsecament: funcionen a pressió atmosfèrica, reduint el risc d’explosions.
- Refredament passiu: si hi ha un problema, el combustible es pot drenar automàticament a un dipòsit segur on la reacció s’atura.
- No hi ha fusió del nucli: el combustible ja és líquid.
♻️ Gestió de residus
- Menys residus radioactius a llarg termini.
- Poden reutilitzar residus nuclears existents com a combustible.
- Especialment eficients si utilitzen tori, que genera residus menys perillosos que l’urani.
⚡ Eficiència
- Major eficiència tèrmica: operen a temperatures més altes.
- Millor aprofitament del combustible (menys urani o tori per la mateixa energia).
🌍 Impacte ambiental
- Menor necessitat de mineria.
- Menor risc de contaminació massiva en cas d’accident.
- Emissions indirectes de CO₂ molt baixes.
🔧 Operació i manteniment
- Disseny més simple (sense sistemes de pressió elevats).
- Possibilitat de funcionament continu, ja que el combustible es pot processar sense aturar el reactor.
🛑 Proliferació nuclear
- Més difícils d’usar per a armes nuclears, especialment els reactors de tori.
⚠️ Inconvenients (per context)
- Tecnologia encara poc desenvolupada comercialment.
- Problemes de corrosió dels materials per les sals calentes.
- Cost inicial elevat de recerca i desenvolupament.
Si vols, puc fer una taula comparativa, explicar-ho de manera més divulgativa, o enfocar-ho des del punt de vista del tori vs urani.