Burn-up (atomteknologi)

Med utbrenning ( engelsk utbrenning ), også bestemt utbrenning , som ligger i en strømreaktor produseres varmeenergi pr masse av kjernebrensel , henholdsvis. Denne fysiske parameterforbrenningen er det (lokale) målet for drivstoffets energiutbytte. Som et generelt begrep refererer oppbrenning også til de medfølgende fenomenene, som forandringer i nuklidsammensetningen av drivstoffet eller eldring og slitasje av drivstoffelementene .

definisjon

Mengden av utbrenthet kan defineres på forskjellige måter. Vanligvis vurderes kvotienten av den totale termiske energien som frigjøres av kjernefysisk drivstoff til et bestemt tidspunkt og dens masse . Brenningen er da

.

I de fleste tilfeller betyr dette massen av drivstoffet før kjernefysisk fisjon starter, dvs. generelt det for det ferske drivstoffet. I stedet for SI-enheten J / kg brukes vanligvis MWd / kg , dvs. “megawattdager per kilo”. Vanligvis tilsettes U for uran eller SM for tungmetall til enheten som et klargjørende tillegg. dette spesifiserer som referanse det opprinnelig eksisterende kjernefysiske brenselmetallet uten oksygen i oksidet, strukturelle deler (kledningsrør osv.) og de andre fissile delene som produseres under drift. Så det er ikke det vanlige begrepet tungmetall . Siden 1000 MW = 1 GW og 1000 kg = 1 t, kan måleenheten også skrives GWd / t SM uten forskjell.

"Forbrenning" uten ytterligere detaljer betyr ofte den høyeste oppbrenning som kan oppnås eller oppbrenning som oppnås ved utslipp fra reaktoren.

Generell

Tidligere ble forbrenningen i lettvannsreaktorer kontinuerlig økt fra rundt 20 MWd / kg SM til over 60 MWd / kg SM i dag. Høy forbrenning er ønskelig fordi den gjør dette

  • mengden høyt aktivt avfall reduseres,
  • kostnadene ved å skifte drivstoff reduseres, og
  • risikoen for spredning reduseres (ved høyere utbrenthet blir plutonium mindre og mindre interessant for militær bruk).

Kravene til kledningen av drivstoffstangen øker imidlertid med oppbrenningen , siden de er utsatt for aldringsprosesser under drift. Det kreves også høyere berikelse av det ferske drivstoffet. Den resulterende høyere overflødige reaktiviteten ved begynnelsen av drivstoffsyklusen må kompenseres for med økt bruk av nøytronabsorbenter .

Massetettheter av tungmetallnuklider som en funksjon av utbrenningen for en trykkvannsreaktor

Utviklingen av drivstoffet med økende oppbrenning er vist i figuren ved hjelp av en simulering av frekvensen til noen relevante isotoper i drivstoffet. Den er basert på en vannreaktor under trykk med UO 2- drivstoff beriket til 4% (ikke MOX ). Det meste av det opprinnelige drivstoffnuklidet 235 U forbrukes (“brent”). Transuraniske elementer som plutonium genereres og i den senere prosessen bidrar de til noe av reaktorens ytelse selv. I tillegg til nuklidene som vises, akkumuleres også fisjonsproduktene i drivstoffet. Sammen påvirker disse effektene reaktiviteten , som avtar med høyere utbrenthet.

Uttrykket 'brukt drivstoff' skal ikke forveksles med 'brent opp'.

Andre definisjoner

I tillegg til størrelsen spesifisert i MWd / kg SM, brukes ofte forholdene FIMA ( spaltninger per innledende metallatom ) og FIFA ( spaltninger per opprinnelig spaltbart atom ), vanligvis gitt i prosent: Ville være i et drivstoff 3,3% 235 U og 96,7% 238 U så mange splittelser finner sted som 235 U-atomer i utgangspunktet var tilstede, ville forbrenningen være 3,3% FIMA eller 100% FIFA. En spesifikasjon i% FIFA er spesielt egnet for å sammenligne utbrenthet ved forskjellige originale anrikningsgrader.

Typiske verdier

På begynnelsen av 2000-tallet ble det i gjennomsnitt oppnådd utbrenthet på rundt 40–55 GWd / t SM i lettvannsreaktorer. Sveitsiske tester med spesielle drivstoffstenger viste toppforbrenning på opptil 105 GWd / t SM. For reaktorer med trykkvann sikres gjennomsnittlig forbrenning på opptil 75 GWd / t SM ved hjelp av forbedrede drivstoffelementer. I Magnox-reaktorer og i de kanadiske Candu-reaktorene er utslippsforbrenningen lavere på grunn av den lavere innledende anrikningen, men i enheten "% FIFA", spesielt med Candu-reaktorer, er de høyere enn med konvensjonelle reaktorer

Mye høyere utbrenthet kan oppnås i reaktorer med høy temperatur og i avlsreaktorer . Forskning håper til og med at nye reaktorkonsepter vil resultere i en utslippsforbrenning på opptil 500 GWd / t SM. B. fra gasturbinen utviklet av General Atomics i 2007 - Modular Helium Reactor (GT-MHR)

Individuelle bevis

  1. http://www.world-nuclear.org/nuclear-basics/glossary.aspx
  2. a b R. Zahoransky (red.): Energiteknologi . 7. utgave, Springer 2015, ISBN 978-3-658-07453-1 , side 109
  3. - ( Memento av den opprinnelige fra 25 januar 2016 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.vpe.ch
  4. P ANP, magasin fra Framatome ( Memento fra 23. november 2008 i Internet Archive )
  5. http://www.world-nuclear.org/info/inf33.html