Calculations of maximum temperature in centerline of nuclear fuel ROD and fissile fuel enrichment in hybrid reactor

المؤلفون المشاركون

Ipek, Uthman
Yapici, Husayn
Ozceyhan, Veysel

المصدر

The Arabian Journal for Science and Engineering. Section A, Science

العدد

المجلد 29، العدد 1A (31 يناير/كانون الثاني 2004)، ص ص. 43-65، 23ص.

الناشر

جامعة الملك فهد للبترول و المعادن

تاريخ النشر

2004-01-31

دولة النشر

السعودية

عدد الصفحات

23

التخصصات الرئيسية

الهندسة الكهربائية

الملخص AR

قمنا باستقصاء سلوك الوقود النووي و توزيع درجة الحرارة داخل قضبان الوقود خلال أربع سنوات على فترات زمنية قدرها 15 يوما، و ذلك باستخدام عدد من مواد التبريد بنسب حجمية مختلفة.

و قد تم تبريد منطقة الانشطار داخل المفاعل الهجين بوساطة أربعة مبردات : غاز (He, CO2)، و فليبي (Li2BeF4)، و الليثيوم الطبيعي (Li)، و سبيكة الليثيوم (Li17Pb83).

و كان بعد حجرة البلازما = 300 سم.

و قد أجريت الحسابات النيوترونية لهذه المبردات باستخدام عدد من النسب الحجمية (مبرد : وقود) (ε = 1 : 1، 2 : 1، 1 : 2) ؛ و حصلنا على أفضل قيمة (CFFE = 11.15 %) باستخدام الغاز كمبرد بنسبة ε = 1 : 2 و عند طاقة تحميل أولى قدرها 10 MWm-2 ؛ تبع ذلك CFFE = 11.08 % باستخدام Li2BeF4 بنسبة ε = 1 : 2 و عند تحميل أولي للطاقة قدره 7 MWm-2 ؛ ثم حصلنا على CFFE = 10.03 % باستخدام Li كمبرد بنسبة ε = 2 : 1 و عند تحميل أولي للطاقة قدره 8 MWm-2، لم يحدث انصهار لمادة الوقود المستخدم عند هذه القيم.

و عند التشغيل لفترات زمنية قصيرة بقدرة Pw > 7 MWm-2 تجاوزت درجة الحرارة حرارة الانصهار عند استخدام مبردات الغاز و الفليبي و سبيكة الليثيوم، و ذلك عند كل النسب الحجمية ε السابقة الذكر، كما تجاوزت الحرارة الدرجة القصوى في حالة استخدام الغاز عندما كانت Pw > 10 MWm-2 و ε = 2 : 1 و ذلك بعد 48 شهرا، و في حالة الليثيوم (Li) عندما كانت Pw > 7 MWm-2 و ε = 1 : 2 بعد 44 شهرا.

و في كل الحالات التي تمت دراستها كانت قيمة 1 < TBR، و بذلك يمكن اعتبار المبردات الهجينة أنها ذاتية الاكتفاء لكل المبردات و لكل النسب عند قدرة Pw > 5 MWm-2، و حصلنا على أفضل اقتصاد نيوتروني في حالة Li2BeF4، كما فاقت نسبة النظير 240Pu نسبة 5 % في كل الحالات عند Pw > 7 MWm-2 و بذلك لم تصل هذه النسبة درجة إمكانية استخدامها في التصنيع الحربي خلال فترة التشغيل.

الملخص EN

Behavior of nuclear fuel material and temperature distribution in fuel rods are observed over 4 years for a discrete time interval of Δt = 15 days, different coolants, and volumetric ratio ε (ε = Vm/Vf ) by a plant factor (PF) of 75% under various first wall loads (Pw = 2, 5, 7, 8, 9, and 10 MWm–2).

The fissile fuel zone in a hybrid reactor fueled with UO2 is considered to be cooled with four different coolants, gas (He, CO2), flibe (Li2BeF4), natural lithium (Li), and eutectic lithium (Li17Pb83).

Plasma chamber dimension, DR, with a line fusion neutron source is 300 cm in hybrid system.

All neutronic calculations have been done with four different coolants mentioned above and three different coolant-to-fuel volumetric ratio ε simultaneously.

ε = 1:1 (45.515% coolant, 45.52% fuel, 8.97% clad), ε = 1:2 (29.46% coolant, 58.92% fuel, 11.61% clad) and ε = 2:1 (62.56% coolant, 31.28% fuel, 6.17% clad).

As a result of the calculations, the best CFFE (11.15%) is obtained in gas coolant blanket for ε = 1:2 under 10 MWm–2 first wall load, followed by flibe with CFFE = 11.08% for ε = 2:1 under 7 MWm–2 first wall, and eutectic lithium with CFFE = 10.81% for ε = 1:2 under 7 MWm–2 first wall load, and natural lithium with CFFE = 10.03% for ε = 1:2 under 8 MWm–2 first wall load, without reaching the melting point of the fuel material during the operation period.

Melting point of the fuel materials has been exceeded in a short operating period in the blankets cooled with flibe and eutectic lithium for all ε, Tc > 500°C, and Pw > 7 MWm–2, since the temperature at the centerline of the fuel rods has been reached the higher temperature values, whereas it has been exceeded in gas and natural lithium coolant blankets for Pw > 10 MWm–2 and ε = 1:2 after 48 months, and Pw > 9 MWm–2 and ε = 2:1 after 44 months respectively.

In all investigated cases, TBR values are higher than unity.

Therefore, investigated hybrid blankets are self-sufficient for all coolant and volume fraction for Pw > 5 MWm–2.

The best neutron economy has been shown by flibe.

The isotopic percentage of 240Pu is higher than 5% in all blankets for Pw = 7 and Pw > 7 MWm–2, so that the plutonium component in all blankets can never reach nuclear weapons grade quality during the operation period.

نمط استشهاد جمعية علماء النفس الأمريكية (APA)

Ipek, Uthman& Yapici, Husayn& Ozceyhan, Veysel. 2004. Calculations of maximum temperature in centerline of nuclear fuel ROD and fissile fuel enrichment in hybrid reactor. The Arabian Journal for Science and Engineering. Section A, Science،Vol. 29, no. 1A, pp.43-65.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-360071

نمط استشهاد الجمعية الأمريكية للغات الحديثة (MLA)

Ipek, Uthman…[et al.]. Calculations of maximum temperature in centerline of nuclear fuel ROD and fissile fuel enrichment in hybrid reactor. The Arabian Journal for Science and Engineering. Section A, Science Vol. 29, no. 1A (Jan. 2004), pp.43-65.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-360071

نمط استشهاد الجمعية الطبية الأمريكية (AMA)

Ipek, Uthman& Yapici, Husayn& Ozceyhan, Veysel. Calculations of maximum temperature in centerline of nuclear fuel ROD and fissile fuel enrichment in hybrid reactor. The Arabian Journal for Science and Engineering. Section A, Science. 2004. Vol. 29, no. 1A, pp.43-65.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-360071

نوع البيانات

مقالات

لغة النص

الإنجليزية

الملاحظات

Includes bibliographical references : p. 64-65

رقم السجل

BIM-360071