Másodlagos aktinidák transzmutációjának vizsgálata gázhűtésű gyorsreaktorokat tartalmazó nukleáris üzemanyag-ciklusban
A gázhűtésű gyorsreaktor (Gas-Cooled Fast Reactor, GFR) egyike a negyedik generációs atomreaktorok perspektivikus típusainak. Kemény neutronspektruma miatt ez a reaktortípus különösen alkalmas az üzemanyag-tenyésztésre – ezáltal a nukleáris üzemanyag magasabb hatásfokú felhasználására -, valamint a másodlagos aktinidák transzmutációjára. A GFR 2400 MWth teljesítményű koncepciója, illetve egy 70 MWth teljesítményű demonstrációs reaktor (ALLEGRO) fejlesztése jelenleg is folyik az EURATOM által finanszírozott GoFastR projekt keretein belül.
Az üzemanyag-tenyésztés és a másodlagos aktinidák transzmutációjának vizsgálatához olyan, részletes számítási modellek szükségesek, amelyek figyelembe veszik a nukleáris üzemanyag-ciklus legfontosabb létesítményeit, ezek működését, valamint a közöttük lévő anyagáramokat. Az üzemanyag-ciklus modellezésének legnagyobb nehézsége, hogy a reaktorokból kikerülő kiégett üzemanyag összetételét csak összetett, időigényes kiégésszámításokkal lehet meghatározni, ezért egyszerűbb modelleket szoktak alkalmazni, jellemzően a kiégés függvényében megadott egycsoportos hatáskeresztmetszetek felhasználásával. Az ilyen modellek alkalmazhatósága azonban az izotóp-összetétel jelentős mértékű megváltozása miatt kérdéses egy üzemanyag-tenyésztést és másodlagos aktinida visszatáplálást is feltételező üzemanyag-ciklusban.
A dolgozat egy Bsc. szakdolgozat („Gázhűtésű gyorsreaktorokat tartalmazó nukleáris üzemanyag-ciklus matematikai modelljének fejlesztése”) keretein belül létrehozott, közelítő kiégésszámítás továbbfejlesztésével, valamint egy realisztikusabb üzemanyag-ciklus modell vizsgálatával foglalkozik.
A közelítő kiégés modell továbbfejlesztéséhez rendelkezésre álltak a GFR2400 reaktorra a SCALE kódrendszerrel végzett, a teljes zóna modelljét figyelembe vevő transzportszámítások eredményei. Az egyes magátalakulásokat leíró egycsoportos hatáskeresztmetszeteket a zónaszámításban szereplő külső és belső régióban kapott reakciósebességek homogenizációjával állítottam elő. A kapott hatáskeresztmetszetekre, a keff-re, valamint a külső és belső régióban kialakuló neutronfluxus arányára a szakdolgozatomban ismertetett regressziós módszer segítségével az izotóp-összetétel függvényében illesztést végeztem.
A továbbfejlesztett kiégésszámítási módszer segítségével egy realisztikusabb, LWR-eket és GFR-eket, valamint átmeneti tárolókat és reprocesszáló üzemet is tartalmazó üzemanyag-ciklus modellt állítottam fel. Az új modell képes követni a három töltettel üzemelő GFR-ek reaktivitásának változását, melyet figyelembe vesz a betöltések során. A részletes elemzések során különböző számú reaktort, és különböző másodlagos aktinida visszatáplálást feltételező stratégiák mellett vizsgáltam az üzemanyag-hasznosítási hatásfokot és a másodlagos aktinidák transzmutációját.
A kapott eredmények alátámasztják, hogy a gázhűtésű gyorsreaktorok képesek a másodlagos aktinidák transzmutációjára és jelentős mértékben képesek elhasítani az LWR-ekben keletkező másodlagos aktinidákat is. Bebizonyosodott az is, hogy GFR-ek segítségével a természetes urán jobb hatásfokkal hasznosítható, mint egy tisztán LWR-eket tartalmazó nyitott üzemanyag-ciklusban. A jelen munka keretein belül létrehozott kiégés modell a gázhűtésű gyorsreaktorokra fókuszál, de a számítási módszer más reaktortípusokra is alkalmazható.
szerző
-
Halász Máté Gergely Dr.
fizika
nappali
konzulens
-
Dr. Szieberth Máté
tanszékvezető, egyetemi docens, Nukleáris Technika Tanszék