Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 40 - Den gaskylda, grafitmodererade atomreaktorns utveckling, av SHl
<< 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.
leanrikningen för många reaktorkonstruktioner
är mindre än den som kan uppnås genom
åter-föring" av allt plutonium. I detta fall kan man
därför utnyttja en del av det förkastade,
utarmade uranet på nvtt som fertilt material.
Man liar t.ex. för en reaktorkonstruktion med
urandioxid, kapslad i beryllium och arbetande
med 144 000 MWh/t utbränning, beräknat att
ca 50 % av det utarmade uranet kan återföras
tillsammans med allt bildat plutonium och
50 % naturligt uran. Härigenom höjs
utbrän-ningen till 288 000 MWh/t, och på uran 235
anrikat bränsle behövs bara för den första
bränsleladdningen.
En jämförelse av plutoniumåterföringens
ekonomi med engångssystemets beror givetvis på
kostnaden för tillverkning av bränsleelement,
innehållande plutonium, och på dettas
marknadspris. Dessa faktorer är ännu okända.
Urandioxid som bränsle
Bränsleelement med ren uranmetall anses med
säkerhet tåla 72 000 MWh/t utbränning under
de betingelser som råder i de första
kraftreaktorerna. Det är emellertid klart att svällningen
sätter en praktisk gräns för utbränningen;
15 % svällning torde vara den största som kan
tillåtas, särskilt i framtidens klenare
bränsleelement.
Någon minskning av svällningen torde man
kunna uppnå på metallurgisk väg, men den
kan inte väntas ge mer än 1,5—2-faldig
livslängd för elementen. Det praktiska slutmålet
för metalliskt bränsle tycks alltså vara 110 000
—145 000 MWh/t utbränning. Vill man öka
denna ytterligare, t.ex. till 145 000—240 000
MWh/t, synes användning av keramiskt bränsle
mest lovande, särskilt tillsammans med
kaps-lingsmatorial som tål högre temperatur än
Magnox.
Keramiskt bränsle, t.ex. urandioxid, har hög
smältpunkt och isotrop struktur. Det ändrar
inte fas och tål under lämpliga betingelser
stora stråldoser utan yttre
dimensionsändringar varvid största delen av
klyvningsprodukterna stannar i kristallgittret. Urandioxid kan
också utan svårighet kombineras med
koldioxid och olika kapslingsmaterial. Då den
dessutom är lätt att framställa och dess
sintrings-egenskaper är ganska väl kända, är den mest
lämplig som bränsle i de närmast konstruerade,
avancerade reaktorerna.
Liksom andra keramiska material har
urandioxid liten värmeledningsförmåga som avtar
med stigande temperatur, materialets
porositet och växande bestrålning. Härigenom
uppstår stora temperaturgradienter i bränslet,
vilka vanligen medför sprickning på grund av
materialets ringa seghet. I cylindriska kroppar
blir sprickorna huvudsakligen radiella ocli
orsakar inga dimensionsändringar, om bränslet
är väl stött av kapslingen.
Minskningen av värmeledningsförmågan vid
bestrålning torde dock delvis bero på
uppkomsten av cylindriska sprickor vilka dock
kanske är självläkande.
För att nå bästa ekonomi vill man inte bara
åstadkomma så stor belastning på bränslet som
möjligt utan också så stort värmeflöde som
möjligt genom bränsleelementens ytor. Detta
flöde begränsas av tillåtlig temperatur i
elementens centrum. Tidigare trodde man att
bara smältning behövde undvikas, men nu vet
man att avsevärd mängd klyvningsgas kan
frigöras vid en temperatur betydligt
under smältpunkten på grund av
diffusionshas-tighetens ökning med stigande temperatur.
Gasens verkan beror på bränsleelementens
konstruktion och på yttre betingelser.
Vid konstruktion av urandioxidelement måste
man därför göra en kritisk kompromiss
mellan belastning, dimensioner, kapslingens
hållfasthet och utbränningen. Det är svårt att
skaffa en pålitlig grund för denna kompromiss
genom experiment i en vanlig
materialprovningsreaktor därför att det i en sådan är
omöjligt att exakt reproducera de betingelser som
råder i en kraftreaktor. Vidare vet man att
olika prov av urandioxid kan bete sig mycket
olika. Dock har man fått resultat som anses
klart visa att den angivna, stora utbränningen
kan uppnås.
Kapsling smaterialet
För reaktorer av Calder Hall-typ begränsas
arbetstemperaturen av Magnox-kapslingens
värmetålighet. Som alternativ till
magnesiumlege-ringen är bara beryllium, zirkonium och
rostfritt stål tänkbara. De två förstnämnda
metallerna har lågt absorptionstvärsnitt för
termiska neutroner, men de är i dag dyra. Man
föredrar beryllium framför zirkonium
huvudsakligen därför att det har mindre tvärsnitt
och bättre korrosionsresistens mot koldioxid.
Berylliums metallurgi är emellertid ganska
litet känd, och man liar små erfarenheter om
dess bearbetning.
Rostfritt stål anses mindre lämpligt på grund
av dess relativt stora absorptionstvärsnitt
varigenom reaktorns prestation blir starkt
beroende av den mängd stål som används till
kapslingen.
I grafiten lagrad energi
De skador på grafit, som uppstår vid dess
bestrålning, antas i huvudsak bestå i förflyttning
av atomer från gitterplatser till
mellanrums-lägen och dessa mellanrumsatomers vandring
till tomma platser eller till
mellanrumsaggregat. Bildningen av mellanrumsatomer innebär
en upplagring av potentiell energi, och när
atomerna bildar mellanrumsaggregat frigörs
energin delvis.
Den upplagrade energimängden beror på
stråldosen men också i hög grad på den
temperatur vid vilken grafiten bestrålas. Med
stigande temperatur växer mellanrumsatomernas
rörlighet varför sannolikheten för att de skall
hitta tomma gitterplatser eller bilda
mellanrumsaggregat ökas.
Den upplagrade energin avtar därför med
stigande temperatur.
TEKNISK TIDSKRIFT 1 958 1057
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
