Cosa differenzia un HTR PM cinese dal THTR 300 tedesco

[Roberto Deboni DMIsr]

Il THTR-300 tedesco e' classificato come un HTGR, ovvero un
"high-temperature nuclear reactor".
Il cinese HTR-PM e' invece un VHTR ovvero un
"very-high-temperature reactor".

Ambedue sono reattori raffreddati a gas (elio) invece che con
acqua (pesante o leggera) oppure sodio fuso o altro fluido.
Ed ambedue tengono il combustibile dentro palline grandi
circa come quelle da tennis. Palline che vengono fatte
ruotare dentro la camera di reazione per poi passare da
un condotto esterno, da dove possono essere selettivamente
estratte dal reattore.

Quindi il HTR-PM e' una evoluzione dello storico THTR tedesco.
In particolare la temperatura "operativa" di un HTR-PM e' di
1000°C, quasi il doppio del THTR-300.

Ed ora un processo che il nostro chimico del gruppo ci potra'
spiegare in dettaglio: il ciclo zolfo-iodio.

Il ciclo zolfo-iodio (ciclo S-I) riguarda una serie di processi
termochimici utilizzati per la produzione di idrogeno.

Salvo errori od omissioni, ecco il processo in dettaglio:

Fase 1) reazione di Bunsen:

I2 + SO2 + 2 H2O → 2 HI + H2SO4 (120 °C)

Fase 2) H2SO4 → SO2 + H2O + ½O2 (830 °C)
Fase 3) HI → I2 + H2 (450 °C)

Abbiamo una prima combinazione tra iodio, biossido di zolfo
(anadride solforosa) e acqua distillata.
Il prodotto e' ioduro di idrogeno (HI, che in soluzione con
acqua e' noto come acido iodidrico), piu' acido solforico.

Lo ioduro di idrogeno e' poi separato tramite distillazione.

l'acido solforico va poi ritrasformato in SO2, scomponendo
l'acido solforico ad alta temperatura, e separando l'acqua
e l'ossigeno. L'SO2 cosi' prodotto e' rimessa in ciclo,
quindi non si ha "consumo" di zolfo nel processo.

Infine, l'ioduro di idrogeno viene scomposto in iodio, che
poi viene riciclato nella prima fase, e idrogeno, che e'
il prodotto desiderato.

In pratica "consumiamo" acqua per produrre ossigeno (nella
fase due) e idrogeno nella fase tre. Una scomposizione
chimica dell'acqua.

I vantaggi di questo processo sono:

* si tratta di liquidi e gas percio' bene adatti per un
ciclo continuo
* efficienza del 50% nell'utilizzo del calore
* sistema completament chiuso, non si consumoa iodio o
zolfo, che resta nel sistema
* adatto per fonti di calore da alta temperature, ovvero

- reattori nucleari ad alta temperatura
- torri solari ad alta temperatura

I VHTR si prestano bene per l'utilizzo del ciclo zolfo-iodio.

Ecco i parametri del nocciolo:

Potenza 200 MW(t)
Altezza nocciolo circa 3 metri
Diametro nocciolo 4,18 metri
Volume nocciolo 40 m3
Volume combustibile 6'547 m3
Numero di sfere 264-465

Ogni sfera di circa 60 mm di diametro, contiene circa 6 grammi
di UO2, arricchito al 16,7% di U-235.

Ci sono tre tipi di sfere:
* sfere di combustibile
* sfere di assorbitore
* sfere di moderazione (grafite)