На скільки може протактіній погіршити ефективність паливного циклу Торія?

Однією з протипоказань паливному циклу торію є те, що протактіній, який утворюється в цьому циклі, погіршує ефективність реактора і, таким чином, його потрібно видалити принаймні з реакторів фтористого рідкого або розплавленої солі. Однак, наскільки я можу сказати, Protactinium не був видалений під час функціонування першого твердопаливного реактора торію, який був третім ядром, що використовувався в Shipport; або, принаймні, я не можу знайти жодного згадування про видалення Protactinium (під час експлуатації) в офіційному звіті про пальне .

Отже, питання:

• Як кількісно, ​​наскільки погана здатність погіршити реактор, якщо протактіній не буде знищений?
• Наскільки ця деградація залежить від типу та інших параметрів (геометрії тощо) реактора?

Це досить складне питання, оскільки існує безліч змінних та багато запропонованих конструкцій для торієвих паливних циклів; але, здається, ваш головний інтерес полягає в тому, чи буде залишення розчину Pa-233 негативно впливати на ядерний цикл торію до того моменту, коли має сенс видалити цей ізотоп, щоб він був знову введений після того, як бета-розкладається до нашого потрібного U- 233 палива.

Щоб коротко відповісти на це запитання, спочатку припустимо тепловий реактор (оскільки нейтрони добре модеруються та мають енергії, ідеальні для поділу U-233). Далі зробимо припущення про склад із 98% Th-232, 1% Pa-233 та 1% U-233.

Перерізи кожного з цих ізотопів (наскільки вони великі до теплового нейтрона) приблизно: Th-232, 7,37 сараїв для поглинання; Pa-233, 40 сараїв для поглинання; U-233, 529 комори для поділу. Якщо ви не знаєте, що таке «комора», в основному це не що інше, як опис 2D розміру цільових ядер, наскільки це стосується взаємодії з нейтроном, що надходить. 1 сарай = 10 ^-24 см ² і був названий таким, тому що на атомних вагах, як говорить стара приказка, "... такий великий, як сарай".

Ця інформація може бути використана для отримання середньої відстані, яку пройде нейтрон, перш ніж він матиме «зіткнення / взаємодію» з одним із цих атомів (також відомий як транспортний середній вільний шлях). Функція така:

Де:

• $l$
• $\sigma$
• $N$
• $A$

$\frac{2}{3A}$

Ця формула дає середню (іш) відстань, коли нейтрон пройде через матеріал, перш ніж мати взаємодію з атомом (поглинання, поділ, розсіювання тощо).

З деяким швидким скороченням чисел (пропускаючи точну щільність чисел і переходячи з% композицій) ми можемо легко побачити, що середня відстань, пройдена нейтроном, перевищує на порядок менший для U-233 і Th-232 проти Па -233 ізотопу, тому його вплив на «ефективність» цього реактора буде незначним.

Щоб відповісти на ваші запитання:

• Чи впливає утворення Pa-233 на ефективність реактора? Так.
• Чи важливо усунути Pa-233, щоб мати життєздатний паливний цикл торію? Ні.
• Чи впливає на ефективність геометрії реактора? Так, але це зовсім інше питання. ;)

Сподіваюся, це допомагає!

Розділення протактінієм є корисною користю для торієвих реакторів з рідким фторидом, що стало можливим завдяки тому, що паливо (та протактіній) знаходяться у рідкій формі. Це легко прокачувати і робити хімію.

Реактор Shipport являв собою твердий паливний реактор (оксид торію) з водою в якості теплоносія і модератора. Так протактіній застряг би в паливних елементах.

Інші паливні цикли (наприклад, U-235) також генерують отрути в реакторі. Ці фактично роблять елементи твердого палива марними до того, як буде витрачено все паливо. Можна розплавити паливо і відновити корисний подільний матеріал. Цей процес не користувався рівнем прийняття, який може інакше пояснюватися політикою, бюрократією тощо. Часто відпрацьоване паливо просто утилізують без переробки.

Відповідь (вірите чи ні) - ні. Чому? Тому що протактиній зараз обговорюється як "добавка" до ядерних реакторів для поліпшення спалювання палива. Витрати на видалення протактинію зовсім не потрібні.

Обидва ділиться. Отже, коротка відповідь - ні.