Воспроизводство ядерного топлива. Коэффициент воспроизводства ядерного топлива

В результате работы ЯР идет накопление и расходование делящихся нуклидов ²⁴⁹Pu, ²⁴¹Pu (урановый цикл) или ²³³U (ториевый цикл). Для количественной оценки накопления вторичного ядерного топлива вводится понятие коэффициента воспроизводства топлива (КВ):

Накоплением ²⁴¹Pu можно пренебречь, т.к. его количество незначительно.

Видно, что КВ имеет максимум в начале кампании ЯР, когда N₉(0)=0:

Формула показывает, что КВ тем больше, чем меньше исходное обогащение топлива, поэтому для накопления плутония выгодно работать на слабообогащенном уране (рис.).

Рис. Зависимость КВ от обогащения топлива

Второе слагаемое показывает, что КВ растет с ростом резонансного поглощения. Для этого можно уменьшить шаг решетки.

Чтобы понять характер зависимости КВ от времени, перепишем формулу

Первое слагаемое по мере выгорания топлива растет по экспоненте e^s5Фt , т.к. N₈ за время кампании уменьшается незначительно, а последнее слагаемое растет как e^s5Фt(1-e^-s9Фt) , что с учетом знака сначала приводит к уменьшению КВ, а потом к незначительному росту ( см рис.).

С учетом утечки в процессе замедления

При поглощении 1 ТН возникает n_эф БН, а с учетом размножения ²³⁸U или ²³²Th возникает en_эфнейтр. Без учета утечки 1 нейтрон пойдет на поддержание ЦР, часть будет поглощена продуктами деления и материалами ЯР q, а остальные пойдут на воспроизводство:

где – характеризует вредное поглощение. Отсюда

Видно, что КВ максимально при максимуме en_эфи минимуме q. На рис. приведены графики зависимости n_эф от энергии для основных делящихся нуклидов.

КВ максимально при максимуме en_эф и минимуме вредного поглощения q. На рис. приведены графики зависимости n_эф от энергии для основных делящихся нуклидов.ε больше для ЯР на БН, т.к. ²³⁸U и ²³²Th делятся надпороговыми нейтронами с Е_п>1 МэВ. Величина q=(1-f)/f примерно одинакова для всех ЯР.

КВ для ЯР на БН является наибольшим и может быть >1. В ЯР на ТН предпочтительным является ториевый цикл, в котором KB≥1. В ЯР на БН предпочтителен уран-плутониевый цикл, для которого КВ~1,5.