Smarter Use of Nuclear Waste

87
REACTOR SAFEGUARDS 
■
During operation, powerful 
pumps would force sodium 
coolant through the core. If the 
pumps failed, gravity would 
circulate the coolant.
■
If coolant pumps malfunctioned 
or stopped, special safety 
devices would also permit 
extra neutrons to leak out 
of the core, lowering its 
temperature. 
■
In an emergency, six neutron-
absorbing control rods would 
drop into the core to shut it 
down immediately. 
■
Should chain reactions 
continue, thousands of 
neutron-absorbing boron 
carbide balls would be 
released into the core, 
guaranteeing shutdown.
NEW TYPE OF NUCLEAR REACTOR
A safer, more sustainable 
nuclear power cycle could be 
based on the advanced liquid-
metal reactor (ALMR) design 
developed in the 1980s by 
researchers at Argonne 
National Laboratory. Like all 
atomic power plants, an ALMR-
based system would use 
nuclear chain reactions in the 
core to produce the heat 
needed to generate electricity.
Current commercial nuclear 
plants feature thermal reactors, 
which rely on relatively slow 
moving neutrons to propagate 
chain reactions in uranium and 
plutonium fuel. An ALMR-based 
system, in contrast, would use 
fast-moving (energetic) 
neutrons. This process permits 
all the uranium and heavier 
atoms to be consumed, thereby 
allowing vastly more of the 
fuel’s energy to be captured. In 
the near term, the new reactor 
would burn fuel made by 
recycling spent fuel from 
thermal reactors. 
In most thermal-reactor 
designs, water fl oods the core 
to slow (moderate) neutrons 
and keep it cool. The ALMR, 
however, employs a pool of 
circulating liquid sodium as the 
coolant (
1
). Engineers chose 
sodium because it does not 
slow down fast neutrons 
substantially and because it 
conducts heat very well, which 
improves the effi ciency of heat 
delivery to the electric 
generation facility. 
A fast reactor would work 
like this: Nuclear fi re burning in 
the core would heat the 
radioactive liquid sodium 
running through it. Some of the 
heated sodium would be pumped 
into an intermediate heat 
exchanger (
2
), where it would 
transfer its thermal energy to 
nonradioactive liquid sodium 
fl owing through the adjacent but 
separate pipes (
3
) of a 
secondary sodium loop. The 
nonradioactive sodium (
4
) would 
in turn bring heat to a fi nal heat 
exchanger/steam generator (
not 
shown
), where steam would be 
created in adjacent water-fi lled 
pipes. The hot, high-pressure 
steam would then be used to turn 
steam turbines that would drive 
electricity-producing generators 
(
not shown
).
D
O
N
F
O
L
E
Y
Sodium coolant 
pumped through 
core
Sodium cycling 
through heat 
exchanger
Nonradioactive 
sodium cycling 
through steam 
generator 
To steam
generator
Liquid-sodium pool
Reactor vessel 
Intermediate
heat exchanger
Sodium pump
Base of reactor silo
Grou
nd le
vel
Cooling-system air inlet 
and exhaust stack
Freestanding
reactor housing
Reactor foundation
Sodium pump
Warm air
Cool air
Hot reactor core
(uranium fuel rods)
Top of reactor silo