Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1957, H. 14 - Möjlig utbränning i en atomreaktor, av Ragnar Liljeblad
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
så kan man, när kedjereaktionen stoppar upp,
börja ersätta bränslet successivt. Några få
procent av slamningen ("slurry") tas ut och
ersättes med ny slamning till samma mängd,
och så fortsätter man med
multiplikationsfaktorn hela tiden omedelbart över 1. Man
vinner då något tack vare något bättre
neutronekonomi. De neutroner som i första
alternativet förbrukas i reglerstavarna utnyttjas nu
delvis för bildande av plutonium och per
tidsenhet behöver därför något mindre ny
uran tillsättas än medeltalet vid totalt utbyte
vid slutet av varje cykel.
Den heterogena reaktorn blir emellertid
överlägsen den homogena i utbränning om man
vid första cykelns slut och vid slutet av
följande cykler byter ut ungefär hälften av alla
bränsleelement, varvid nya och gamla element
blandas någorlunda jämnt. Genom att sedan
alltid avlägsna de mest utbrända gör man i det
långa loppet en icke oväsentlig vinst i
bränsleekonomi. Alternativt kan man vid första
cykelns slut — och senare med kortare
intervaller — utbyta ett mindre antal av reaktorns
utbrända och över tvärsektionen utspridda
bränsleelement.
Plutonium i resterna utnyttjat
Om man till en början för enkelhets skull
betraktar en homogen reaktor, där
fissionsprodukterna kontinuerligt avlägsnas, blir
emellertid förhållandet helt annorlunda vid utnyttja
ning av plutonium i resterna. Man avlägsnar
då en del av bränslematerialet, skiljer uran
och plutonium åt i denna del, tillför detta
plutonium i lämplig form till reaktorslamningen
och tillsätter samtidigt lika mycket ny
naturlig uranoxid som den ur reaktorn borttagna
materialmängden.
Anta exempelvis i enlighet med fig. 1 att
mängden plutonium i reaktorn är ca 48 %
av mängden 235U i den ursprungliga
bränsleladdningen och resten av 235U ca 16 % av
samma mängd. Tar man då bort ca 43 % av det
utnyttjade bränslematerialet, tar ut plutoniet
och tillför det i form av plutoniumoxid samt
slutligen sätter lika mycket ny naturlig
uranoxid som det borttagna materialet till reaktorn,
är denna, bortsett från skillnaden mellan ^U
och Pu, i samma tillstånd som när den var ny
och kan köras en ny ungefär lika lång cykel,
trots att endast 43 % av bränslet förnyats. I
verkligheten ger plutoniet något mindre utbyte,
varför något mer än 43 % av bränslemängden
måste förnyas. Så kan fortsättas cykel efter
cykel ehuru något modifierat, då mängden ^U
långsamt minskar relativt plutoniet.
Att den teoretiska bränsleekonomin
härigenom blir betydligt bättre är tydligt. Den
praktiska vinsten i ekonomi beror däremot även
på kostnaden för den kemiska behandlingen
av bränsleresterna; eventuellt blir denna så
hög att besparingen elimineras. Man ser
emellertid lätt att det är omöjligt att ens
tillnärmelsevis ge något svar på hur stor vinsten i
verkligheten blir utan att känna reaktorns
konstanter. Dessa inverkar visserligen även när
det gäller att beräkna den möjliga
utbränning-en i första cykeln men ej i så hög grad som
här är fallet, eftersom det för första cykeln i
en konverterreaktor finns en absolut och
relativt låg övre gräns för s.
Kommer exempelvis reaktorn nära
breeding-gränsen, blir förhållandet N/N0 (fig. 1) nära
1, och för att återställa reaktorns ursprungliga
reaktivitet behöver endast en obetydlig del av
slamningen avlägsnas för att, sedan den
berövats sitt plutonium som tillsättes
reaktorslamningen, ersättas med ny naturlig
uranoxid till samma mängd. Bränsleekonomin blir
alltså flera gånger bättre än om endast första
cykeln utnyttjas.
Vid en heterogen reaktor modifieras
förhållandena något, framför allt av praktiska skäl.
Även här torde det vara lämpligast att, innan
något bränslematerial ersättes, befria
bränsleelementen från fissionsprodukter och arbeta
om dem med utnyttjande av det gamla
materialet av uran och plutonium i blandning. Till
slut hjälper dock ej detta utan kedjereaktionen
upphör. Några mera utbrända stavar får då
ersättas med nya, samtidigt som plutoniet
utvinns ur de kasserade elementen.
I vissa fall torde detta plutonium i lämplig
form kunna tillföras de nya elementen, men i
andra fall blir det säkert fördelaktigare att
tillföra det till de övriga, delvis förbrända
elementen, som kvarlämnas i reaktorn. Detta
gäller så mycket mer, om man i alla fall måste
ta ut dessa element för att befria dem från
fissionsprodukter. Hur stor del av elementen
som för varje cykel bör tas ut kan lämpligen
beräknas efter samma normer som redan
till-lämpats för en homogen reaktor.
Liksom vid en homogen reaktor gäller att om
reaktorn är nära breedinggränsen endast ett
fåtal stavar behöver ersättas för att återställa
reaktorns reaktivitet och en stor vinst erhålles
i bränsleekonomin. Är konversionsförhållandet
lågt, måste däremot en så stor del av stavarna
ersättas att resultatet ej blir mycket bättre än
om hela satsen på en gång bytes.
Det anförda utgör en utredning av den
teoretiska bränsleekonomin vid olika metoder för
drift av en reaktor. Det får dock ej glömmas,
att det åtminstone tillsvidare av praktiska skäl
torde vara lämpligast att vid heterogena
reaktorer köra reaktorn så långt det går utan att
alls rena materialet, som när reaktorn stannar
helt enkelt tas ut och lagras samt ersättes med
en hel ny sats bränsleelement. Plutoniet i det
lagrade materialet kan då senare användas
exempelvis för anrikning av bränslet i små
reaktorer.
Litteratur
1. Liljeblad, R: The mode of operation of the uranium
reactor. Arkiv för Fysik 2 (1950) h. 4 s. 17—25, 3 (1951) h. 3
s. 41—46. The energy output of the uranium reactor. Aseas
tekn. Medd. 8 213, 8 213 a.
TEKNISK TIDSKRIFT 1957 3 7
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
