Wie stark kann Protactinium die Effizienz des Thorium-Kraftstoffkreislaufs beeinträchtigen?

Einer der Kontrapunkte zum Thorium-Brennstoffkreislauf besteht darin, dass Protactinium, das in diesem Kreislauf erzeugt wird, die Reaktoreffizienz verschlechtert und daher zumindest aus den Flüssigfluorid- oder Salzschmelze-Reaktoren entfernt werden muss. Soweit ich jedoch beurteilen kann, wurde Protactinium während des Betriebs des ersten Festbrennstoff-Thorium-Reaktors, der der dritte Kern von Shippingport war, nicht entfernt. oder zumindest kann ich im offiziellen Kraftstoffbericht keine Erwähnung finden, dass Protactinium (während des Betriebs) entfernt wird .

Also, Frage (n):

• Wie schlecht kann die Reaktoreffizienz quantitativ beeinträchtigt werden, wenn Protactinium nicht entfernt wird?
• Inwieweit hängt dieser Abbau von der Art und anderen Parametern (Geometrie usw.) des Reaktors ab?

Dies ist eine recht komplexe Frage, da mehrere Variablen und viele vorgeschlagene Konstruktionen auch für Thoriumbrennstoffzyklen in Betracht gezogen werden müssen. Ihr Hauptinteresse scheint jedoch darin zu bestehen, ob das in Lösung befindliche Pa-233 den Thoriumkernzyklus so stark beeinträchtigt, dass es sinnvoller ist, dieses Isotop zu entfernen, das nach dem Zerfall des Betas in unser dringend benötigtes U-Atom wieder eingeführt wird. 233 Kraftstoff.

Um diese Frage kurz zu beantworten, nehmen wir zunächst einen thermischen Reaktor an (da die Neutronen gut moderiert sind und Energien haben, die für die Spaltung von U-233 ideal sind). Als nächstes nehmen wir eine Zusammensetzung mit 98% Th-232, 1% Pa-233 und 1% U-233 an.

Die Querschnitte jedes dieser Isotope (wie groß sie für ein thermisches Neutron sind) sind ungefähr: Th-232, 7,37 Scheunen zur Absorption; Pa-233, 40 Scheunen zur Absorption; U-233, 529 Scheunen zur Spaltung. Wenn Sie nicht wissen, was eine Scheune ist, ist es im Grunde nichts anderes als die 2D-Größe der Zielkerne zu beschreiben, als eine Wechselwirkung mit dem einfallenden Neutron zu haben. 1 Scheune = 10 ^-24 cm ² und wurde so genannt, weil auf atomarer Skala, wie das alte Sprichwort sagt, "... so groß ist wie eine Scheune."

Diese Informationen können verwendet werden, um die durchschnittliche Entfernung abzuleiten, die ein Neutron zurücklegt, bevor es mit einem dieser Atome kollidiert. Die Funktion ist wie folgt:

Woher:

• $l$
• $\sigma$
• $N$
• $A$

Da sich die Anzahl der Protonen und Neutronen sehr ähnlich ist, können wir die eliminieren$\frac{2}{3A}$

Diese Formel gibt die durchschnittliche (ish) Entfernung an, die ein Neutron durch ein Material zurücklegt, bevor es mit einem Atom in Wechselwirkung tritt (Absorption, Spaltung, Streuung usw.).

Mit einigem schnellen Knirschen der Zahlen (Überspringen der exakten Zahlendichte und Abwägen der Zusammensetzung in%) können wir leicht feststellen, dass die durchschnittliche Entfernung, die das Neutron zurücklegt, beim U-233 und Th-232 um eine Größenordnung kürzer ist als beim Pa -233 Isotop, so dass seine Auswirkungen auf die "Effizienz" dieses Reaktors vernachlässigbar wären.

Um Ihre Fragen zu beantworten:

• Beeinflusst die Bildung von Pa-233 den Wirkungsgrad des Reaktors? Ja.
• Ist es wichtig, Pa-233 zu entfernen, um einen lebensfähigen Thoriumbrennstoffkreislauf zu erhalten? Nein.
• Beeinflusst die Geometrie des Reaktors den Wirkungsgrad? Ja, aber das ist eine ganz andere Frage. ;)

Hoffe das hilft!

Die Protactinium-Trennung ist ein netter Vorteil eines flüssigen Fluorid-Thorium-Reaktors, der dadurch ermöglicht wird, dass der Brennstoff (und das Protactinium) in flüssiger Form vorliegen. Dass es einfach ist, herumzupumpen und Chemie zu machen.

Der Shippingport-Reaktor war ein Reaktor mit festem Brennstoff (Thoriumoxid) mit Wasser als Kühlmittel und Moderator. Das Protactinium wäre also in den Brennelementen stecken geblieben.

Andere Brennstoffzyklen (z. B. U-235) erzeugen ebenfalls Reaktorgifte. Diese machen tatsächlich feste Brennelemente unbrauchbar, bevor der gesamte Brennstoff verbraucht ist. Es ist möglich, den Brennstoff einzuschmelzen und das nützliche spaltbare Material wiederzugewinnen. Dieser Prozess hat nicht den Grad der Akzeptanz erreicht, den er ansonsten aufgrund von Politik, Bürokratie usw. hätte. Oft werden abgebrannte Brennelemente einfach ohne Wiederaufbereitung entsorgt.

Die Antwort (ob Sie es glauben oder nicht) ist nein. Warum? Denn Protactinium wird derzeit als "Additiv" für Kernreaktoren diskutiert, um den Brennstoffverbrauch zu verbessern. Die Kosten für die Entfernung von Protactinium sind überhaupt nicht erforderlich.

Beide sind spaltbar. Also, kurze Antwort ist nein.