Konzept eines unterkritischen Transmutationssystems mit schnellem Neutronenspektrum und flüssigem Brennstoff

Tittelbach, Sven

Dissertation / PhD Thesis/Book

Konzept eines unterkritischen Transmutationssystems mit schnellem Neutronenspektrum und flüssigem Brennstoff

Tittelbach, S. (Corresponding author)FZJ*

2002
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 4011, IV, 148 p. (2002) = Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/277

Report No.: Juel-4011

Abstract: Beim Betrieb kerntechnischer Anlagen zur Stromerzeugung fallen weltweit jährlich ca. 9500 t abgebrannter Brennelemente an, die als hochradioaktiver Abfall entsorgt werden müssen. An die Entsorgung der hochradioaktiven Abfälle wird die Anforderung gestellt, einen zuverlässigen Abschluß dieser Stoffe vom biologischen Lebensraum der Erde bis zum Erreichen eines tolerierbaren Gefährdungspotentials sicherzustellen. Das Langzeit-Gefährdungspotential abgebrannten Brennstoffes wird durch die Actinidenelemente Plutonium, Americium und Curium dominiert. Durch Partitioning & Transmutation soll die endzulagernde Actinidenmenge so stark reduziert werden, daß das Referenzniveau des unverbrauchten Brennstoffes bereits nach wenigen tausend Jahren erreicht wird. Für diesen Zeitraum können technische Barrieren zum sicheren Einschluß der hochradioaktiven Abfälle gefertigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Konzept für ein unterkritisches Transmutationssystem mit schnellem Neutronenspektrum, Flüssigmetallkühlung und metallischem Flüssigbrennstoff erarbeitet. Als Kühlmittel und Träger des Brennstoffes ist das eutektische Flüssigmetallgemisch aus Blei und Wismut geeignet. Um für den Betrieb einer Transmutationsanlage bis 3 at% Transurane lösen zu können, ist eine minimale Brennstofftemperatur von 600 °C erforderlich. Die Berechnungen wurden mit einem stark degradierten Tansuran-Isotopenvektor, der sich nach zweifacher Plutonium-Rezyklierung im Thorium-Brennstoffkreislauf ergibt, durchgeführt. Es wurden zwei homogene und zwei heterogene Blanketmodelle entworfen und bewertet, von denen ein heterogenes Blanketkonzept weitergehend betrachtet wurde. Es verbindet die positiven Eigenschaften eines Festbrennstoffsystems (z.B. bessere Kontrolle des Brennstoffes und der Reaktivität durch kleine abgeschlossene Brennstoffvolumina) mit denen von Flüssigbrennstoffsystemen (kontinuierliche Be- und Entladung sowie Spaltproduktabzug). Das Blanketmodell orientiert sich an dem Coredesign schneller flüssigmetallgekühlter Reaktoren. Es besteht aus hexagonalen Brennelementen, in denen sechs ringförmige Brennstoffzylinder angeordnet sind. Aufgrund der hexagonalen Geometrie der Brennelemente ergeben sich konzentrisch um das Spallationstarget drei Brennstoffzonen. Das Blanketkonzept weist bei der Wärmestromdichte- und Leistungsverteilung starke Heterogenitäten auf. Neben dem radialen Wärmestromdichte- und Leistungsprofil gibt es auch Spitzenbelastungen innerhalb der Brennstoffzonen und Brennelementen. Durch Variation der Anreicherung in den Brennstoffzonen oder Änderung der Brennelementgeometrie ist es möglich, ein radial ausgeglicheneres Wärmestromdichte- und Leistungsprofil gemittelt über das Blanket einzustellen.

Note: Record converted from VDB: 12.11.2012
Note: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

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