แผ่นหุ้มปฏิกรณ์ (Breeding Blanket ) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในวิศวกรรมนิวเคลียร์เพื่อเปลี่ยนรูปธาตุต่างๆ โดยใช้ฟลักซ์นิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ฟิสชันหรือเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันในบริบทของฟิสชัน แผ่นหุ้มปฏิกรณ์ถูกนำมาใช้ตั้งแต่ทศวรรษ 1950 ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเพาะพันธุ์ (breeder reactor ) เพื่อผลิตเชื้อเพลิงฟิสชันจากวัสดุที่สามารถเปลี่ยน เป็นเชื้อเพลิงได้ ในบริบทของฟิวชัน มีการคิดค้นแผ่นหุ้มปฏิกรณ์เพื่อใช้ในการผลิตทริเทียมจากลิเธียม-6 ในทั้งสองกรณี รังสีนิวตรอนจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนในแผ่นหุ้ม ปฏิกรณ์ ทำให้จำเป็นต้องมี ระบบระบายความร้อนของตัวเอง

เครื่องปฏิกรณ์แบบผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีสองประเภท ได้แก่ แบบใช้ความร้อนและแบบเร็ว แบบใช้ความร้อนจะใช้นิวตรอนความร้อนในการกระตุ้นธอร์เรียม-232 จน ได้ ยูเรเนียม-233ในที่สุด

${\displaystyle {\ce {{^{232}_{90}Th}+_{0}^{1}n->[{\text{(n,}}\gamma {\text{)}}]{^{233}_{90}Th}->[\beta ^{-}][{\text{21.8 นาที}}]{^{233}_{91}Pa}->[\beta ^{-}][{\text{27 วัน}}]{^{233}_{92}U}}}}$

วิธีการหลังนี้ใช้อนุภาคนิวตรอนเร็วในการกระตุ้นยูเรเนียม-238จนได้พลูโทเนียม-239 ในที่สุด :

${\displaystyle {\ce {^{238} _ {92} U + {} ^ {1 _ {0} n -> {}^ {239 _ {92} U ->[\beta^-][23.5\ {\ce {min}}] {}^{239} _ {93}Np ->[\beta^-][2.356\ {\ce {d}}] {}^{239__{94}ปู}}}$

ในอดีต การผลิตทั้งสองอย่างนั้นพบได้บ่อยกว่าในชุดแท่งเชื้อเพลิง เช่น ใน โรงงานผลิตอาวุธนิวเคลียร์ แฮนฟอร์ดและมายัคอย่างไรก็ตาม มีการใช้แผ่นหุ้มเพื่อลดอัตราการสูญเสียของนิวตรอนและพลังงาน ตัวอย่างเช่นเครื่องปฏิกรณ์แบบเพาะพันธุ์ทดลองที่ 1และ แกนกลางเริ่มต้น ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ชิปปิ้งพอร์ตในช่วงทศวรรษ 1950

ในโรงไฟฟ้าพลังงานฟิวชั่นเชิงแนวคิด ซึ่งรวมถึง ระบบ การกักเก็บด้วยสนามแม่เหล็กและ แรงเฉื่อย แผ่นหุ้มสำหรับผลิตเชื้อเพลิงสามารถทำหน้าที่ได้หลายอย่าง:

• การดูดซับนิวตรอนจากปฏิกิริยาฟิวชันเพื่อสร้างทริเทียมจากลิเธียม
• การเพิ่มจำนวนฟลักซ์นิวตรอน
• การดูดซับนิวตรอนจากปฏิกิริยาฟิวชันเพื่อผลิตพลังงานความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์
• การระบายความร้อนให้กับชิ้นส่วนภายในของเครื่องปฏิกรณ์ เช่น ผนังด้านแรก
• ป้องกันส่วนประกอบภายนอกของเครื่องปฏิกรณ์จากรังสีนิวตรอนและรังสีเอ็กซ์ในปริมาณจำกัด

มีเพียงส่วนของการผลิตทริเทียมเท่านั้นที่ไม่สามารถทดแทนได้ด้วยวิธีการอื่น ตัวอย่างเช่น น้ำปริมาณมากสามารถใช้เป็นระบบระบายความร้อนและเกราะป้องกันนิวตรอนได้อย่างดีเยี่ยม เช่นเดียวกับในกรณีของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม ทริเทียมไม่ใช่ทรัพยากรที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงยากที่จะหาได้ในปริมาณที่เพียงพอต่อการเดินเครื่องปฏิกรณ์ด้วยวิธีการอื่น ดังนั้น หากต้องการให้เกิดการหลอมรวมนิวเคลียร์เชิงพาณิชย์โดยใช้รอบ DT การผลิตทริเทียมในปริมาณเชิงพาณิชย์ที่ประสบความสำเร็จจึงเป็นสิ่งจำเป็น

วัตถุประสงค์หลักคือการผลิต เชื้อเพลิง ทริเทียม เพิ่มเติม สำหรับ ปฏิกิริยาฟิว ชั่นนิวเคลียร์ผ่านปฏิกิริยาของนิวตรอนกับลิเธียมในผ้าห่ม: ^{[ 1 ] [ 2 ]}

${\displaystyle _{3}^{6}{\text{Li}}+{}_{0}^{1}{\text{n}}\longrightarrow {}_{1}^{3}{\text{H}}+_{2}^{4}{\text{He}}+{\text{4.8 MeV}}}$

${\displaystyle _{3}^{7}{\text{Li}}+{}_{0}^{1}{\text{n}}\longrightarrow {}_{1}^{3}{\text{H}}+_{2}^{4}{\text{He}}+{}_{0}^{1}{\text{n'}}-{\text{2.5 MeV}}}$

สำหรับนิวตรอน 14 MeV จากปฏิกิริยาฟิวชัน ปฏิกิริยาหลังจะมีภาคตัดขวางที่เล็กกว่าประมาณ 10 เท่า^{[ 3 ]}ดังนั้นผ้าห่มส่วนใหญ่จึงเสนอให้ใช้ลิเธียม-6 ที่มีความเข้มข้นสูง (>90%) ซึ่งได้มาจากลิเธียมธรรมชาติ 2% ถึง 8% วิธีการเพิ่มความเข้มข้นของลิเธียมที่พบได้บ่อยที่สุดคือ กระบวนการ COLEXทางเคมี

แนวคิดเรื่องผ้าห่มเหลวหมายถึงวัสดุหลอมเหลวที่มีลิเธียมเป็นส่วนประกอบ หนึ่งในข้อเสนอแนะคือส่วนผสมของลิเธียมและตะกั่ว เนื่องจากตะกั่วจะเกิดการแตกตัว เป็นนิวตรอนสองเท่า เมื่อมีนิวตรอนฟิวชันพลังงาน 14 MeV อยู่ด้วย

${\displaystyle {\ce {^{208} } {82}{Pb}+ {}^{1} _ {0}n -> {}^{207m} {82}{Pb}+ 2 ^ {1} _ {0} n}}}$

อีกตัวอย่างหนึ่งคือเกลือหลอมเหลวFLiBeซึ่งเบริลเลียมจะเกิดการแตกตัวเป็นชิ้นเล็กๆ (spallation):

${\displaystyle _{4}^{9}{\text{Be}}+_{0}^{1}{\text{n}}\longrightarrow _{4}^{8}{\text{Be}}+2_{0}^{1}{\text{n}}}$

มีการเสนอให้ใช้วัสดุหุ้มดังกล่าวสำหรับแนวคิดการหลอมรวมนิวเคลียร์ของ MIT ARCนอกจากนี้ยังมีการเสนอสารประกอบโลหะเหลวและเกลือหลอมเหลวอื่นๆ ส่วนใหญ่เป็นเกลือฟลูออไรด์ ซึ่งมีการดูดซับสูง:

${\displaystyle _{9}^{19}{\text{F}}+_{0}^{1}{\text{n}}\longrightarrow _{9}^{20}{\text{F}}}$

คุณสมบัติของสารประกอบลิเธียมเหลวชนิดต่างๆ ที่เสนอให้ใช้เป็นวัสดุสำหรับผลิตเชื้อเพลิงฟอสซิล มีดังต่อไปนี้:

การออกแบบผ้าห่มเพาะพันธุ์บางแบบใช้เซรามิกที่มีลิเธียมเป็นส่วนประกอบ โดยเน้นที่ลิเธียมไททาเนตและลิเธียมออร์โธซิลิเกต [ ^{5 ] วัสดุ}เหล่านี้ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของก้อนกรวด ใช้ในการผลิตและสกัดทริเทียมและฮีเลียม ต้องทนต่อแรงทางกลและความร้อนสูง และไม่ควรมีกัมมันตภาพรังสีมากเกินไปเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน

ผ้าห่มนี้ยังอาจทำหน้าที่เป็นกลไกระบายความร้อน โดยดูดซับพลังงานจากนิวตรอนที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างดิวเทอเรียมและทริเทียม (" DT ") และยังทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกัน ป้องกันไม่ให้นิวตรอนพลังงานสูงหลุดออกไปสู่บริเวณภายนอกเครื่องปฏิกรณ์ และปกป้องส่วนที่ไวต่อรังสีมากกว่า เช่น แม่เหล็กโอห์มิกหรือ แม่เหล็ก ตัวนำยิ่งยวดจากความเสียหาย

ITERดำเนินการออกแบบแผ่นหุ้มอย่างจริงจังและจะทดสอบโซลูชันที่เป็นไปได้หลายประการ^{[ 6 ]}แนวคิดหลักสี่ประการคือ

• แบตเตอรี่ลิเธียมตะกั่วระบายความร้อนสองทาง (DCLL)
• แบตเตอรี่ลิเธียมตะกั่วระบายความร้อนด้วยฮีเลียม (HCLL)
• เตียงกรวดระบายความร้อนด้วยฮีเลียม (HCPB)
• ตะกั่วลิเธียมระบายความร้อนด้วยน้ำ (WCLL) ^{[ 7 ]}

ระบบหล่อเย็นน้ำเบา ฮีเลียม และตะกั่ว รวมถึงความเข้าใจเกี่ยวกับพฤติกรรมนิวตรอนของระบบเหล่านี้ ได้รับการพัฒนาแล้วสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิสชันต่างๆ ระบบการผลิตทริเทียมที่แตกต่างกัน 6 ระบบ ซึ่งรู้จักกันในชื่อโมดูลผ้าห่มทดสอบ (TBM) จะถูกทดสอบใน ITER ^{[ 8 ]}

จนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีการพยายามสร้างระบบการเพาะพันธุ์ขนาดใหญ่ และยังเป็นคำถามที่เปิดกว้างว่าระบบดังกล่าวสามารถสร้างได้หรือไม่

• "การผลิตทริเทียม" . ITER . 19 มิถุนายน 2023.
• จิอันคาร์ลี, ลูเซียโน (5 มิถุนายน 2017). "ระบบเพาะพันธุ์ทริเทียมเข้าสู่ขั้นตอนการออกแบบเบื้องต้น" . ITER .