Protactinium, Thorium yakıt çevriminin verimliliğini ne kadar düşürebilir?

21

Thorium yakıt döngüsünün karşıt noktalarından biri, bu döngüde üretilen Protaktinyum'un reaktör verimini düşürdüğü ve bu nedenle en azından sıvı florür veya erimiş tuz reaktörlerinden çıkarılması gerektiğidir. Ancak, söyleyebildiğim kadarıyla, ShippingTop'ta kullanılan üçüncü çekirdek olan ilk katı yakıtlı Thorium reaktörünün çalışması sırasında Protaktinyum çıkarılmadı; veya en azından resmi yakıt raporunda (işletme sırasında) kaldırılmakta olan Protaktinyum'dan bahsetmiyorum .

Öyleyse, soru (lar):

Nicel olarak, Protactinium'un çıkartılmamasıyla reaktör verimi ne kadar kötü olabilir?
Bu bozulma ne dereceye kadar reaktörün tipine ve diğer parametrelerine (geometri vb.) Bağlıdır?

nuclear-technology

— fışırtı
kaynak

3

Bu, bu sitede gördüğüm en ilginç sorulardan biri.

— Fred

2

Çok değişkenli ve toryum yakıt çevrimleri için önerilen birçok tasarım olduğu için bu oldukça karmaşık bir sorudur; ancak, asıl ilgilendiğiniz şey Pa-233'ü çözümde bırakmanın, toryum nükleer döngüsünü olumsuz yönde etkileyip etkilemeyeceği gibi görünüyor. 233 yakıt.

Bu soruyu kısaca cevaplamak için önce bir termal reaktör varsayalım (nötronlarda olduğu gibi iyi yönetilir ve U-233'ün bölünmesi için ideal enerjilere sahiptir). Şimdi% 98 Th-232,% 1 Pa-233 ve% 1 U-233 ile kompozisyon hakkında bir varsayım yapalım.

Bu izotopların her birinin kesitleri (termal nötron için ne kadar 'büyük' oldukları) yaklaşık olarak: absorpsiyon için Th-232, 7.37 ahır; Pa-233, absorpsiyon için 40 ahır; U-233, 529 fisyon için ahır. Eğer bir ahırın ne olduğunu bilmiyorsanız, temel olarak, gelen nötron ile etkileşime girinceye kadar hedef çekirdeğin 2B boyutunu tanımlamaktan başka bir şey değildir. 1 ahır = 10 ^-24 cm ² eski demişler ve "bir ahır büyüklüğünde olduğunu ....", Çünkü atom ölçeklerde böyle seçildi

Bu bilgi, bir nötronun, bu atomlardan biriyle (çarpışma / ortalama yol olarak da bilinir) bir 'çarpışma / etkileşim' olmadan önce kat edeceği ortalama mesafeyi türetmek için kullanılabilir. İşlev aşağıdaki gibidir:

l = \frac{1}{σ N- - \frac{2}{3 bir}}

$l=\frac{1}{\sigma N-\frac{2}{3A}}$

Nerede:

nakil ortalama serbest yoludur; $l$
, izotop kesitidir; $\sigma$
, izotopun sayı yoğunluğu; $N$
,izotoptaki proton ve nötronların sayısıdır. $A$

Hepsi proton ve nötron sayısında çok benzer oldukları için ortadan kaldırabiliriz. dönem. Ayrıca, bu işlev öncelikle belirli bir malzeme derinliği boyunca bir nötronun enerji kaybını saçmak ve hesaplamak için kullanılır, ancak bizi şu şekilde bırakarak emilim için de işe yarar: $\frac{2}{3A}$

l ~ \frac{1}{σ N-}

$l \sim \frac{1}{\sigma N}$

Bu formül, bir nötronun, bir atomla etkileşime girmeden önce (emilim, fisyon, saçılma, vb.) Bir malzemeden geçeceği ortalama (ish) mesafesini verir.

Bazı hızlı sayı kırma işlemleriyle (tam sayı yoğunluklarını atlayarak ve bileşimlerin yüzdesine göre) kolayca görebiliyoruz, nötronun kat ettiği ortalama mesafeyi, U-233 ve Th-232 için Pa'ya göre daha kısa bir büyüklük sırasının üzerinde olduğunu görebiliyoruz. -233 izotop, bu reaktörün “verimliliği” üzerindeki etkileri ihmal edilebilir düzeyde olacaktır.

Sorularınıza cevap vermek için:

Pa-233 oluşumu reaktör verimini etkiler mi? Evet.
Uygun bir toryum yakıt döngüsüne sahip olmak için Pa-233'ü çıkarmak kritik mi? Yok hayır.
Reaktörün geometrisi verimliliği etkiler mi? Evet, ama bu tamamen başka bir soru. ;)

Bu yardımcı olur umarım!

— eatscrayons
kaynak

Lütfen biçimlendirdikten sonra denklemlerinizin doğruluğunu iki kez kontrol edin. Hangi özellik / niceliğin "bu izotopların #" 'nın kullanıldığına emin değilim, bu yüzden sembol olarak genel bir N kullanıldı.

— Air

Güzel düzenlenmiş Air. "Bu izotopların sayısı", 'N' harfini kullanan tüm atom sayım yoğunluğunu gösteren atom sayısı yoğunluğuna bir referanstır! Tek yanlış anlaşılmam, Lateks becerilerim üzerinde çalışmam gerektiği açık ...

— eatscrayons

1

Protaktinyum ayrılması, yakıtın (ve protaktinyumun) sıvı formda olmasıyla mümkün kılan sıvı florür toryum reaktörlerinin hoş bir faydasıdır. Etrafında pompalamak ve kimya işleri yapmak kolaydır.

Shippingport reaktörü, soğutucu madde ve moderatör olarak su içeren katı yakıtlı (toryum oksit) bir reaktördü. Böylece protaktinyum yakıt elemanlarına sıkışmış olurdu.

Diğer yakıt çevrimleri (örneğin, U-235) de reaktör zehirleri oluşturur. Bunlar aslında yakıt tüketilmeden önce katı yakıt elementlerini işe yaramaz hale getirir. Yakıtı eritmek ve kullanışlı parçalanabilir materyali geri kazanmak mümkündür. Bu süreç, başka türlü politika, bürokrasi vb. Nedenlerden dolayı olabileceği konusunda kabul görmedi. Çoğu zaman, kullanılmış yakıt, yeniden işleme tabi tutulmadan kolayca imha edilir.

— Dan
kaynak

1

OP özellikle verimlilik üzerindeki niceliksel etkiyi sordu, ancak bunu hiç ele almıyor gibisiniz. İlk paragrafınızda, cevabınızı göstermek için kullanabileceğiniz, tekniğin gerçek dünyadaki uygulamaları var mı?

— EnergyNumbers,

Hızlı Protaktinyum ekstraksiyonu ile ilgili en son makalelerden biri: dx.doi.org/10.1080/19443994.2012.664263

— Deer Hunter

@EnergyNumbers, oldukça haklı olduğunuzu söyleyebilirim. Bakmaya devam edeceğim ama elimde olan kitaplar sadece U-235 döngüsünü zehirliyor (çoğunlukla Xe tarafından). Durduğu gibi cevabım oldukça zayıf.

— Dan

0

Cevap (ister inan ister inanma) hayır. Niye ya? Çünkü Protaktinyum şimdi yakıt yanmasını iyileştirmek için nükleer reaktörlere "katkı maddesi" olarak tartışılıyor. Protaktinyum'u çıkarmanın maliyeti hiç de gerekli değildir.

\begin{matrix} 238 th + 1 n = 233 baba = 233 U \\ 233 baba + 1 n = U 234 + 1 n = U 235 \end{matrix}

$\begin{gather} 238\text{Th} + 1\text{n}= 233\text{Pa} = 233\text{U} \\ 233\text{Pa}+1\text{n}=\text{U}234+1\text{n}=\text{U}235 \end{gather}$

Her ikisi de parçalanabilir. Yani kısa cevap hayır.

— Royce
kaynak