¿Hay reactores nucleares que puedan alcanzar un 100% de quemado sin reprocesamiento?

Answer 1

No, para mantener una reacción en cadena de fisión, cada reacción debe generar suficientes neutrones de modo que después de todas las reacciones distintas de la fisión (fuga fuera del núcleo, absorción que no resulte en fisión, absorción por elementos no combustibles, etc.) , hay al menos un neutrón disponible para causar una fisión. Ahora, el número de neutrones generados en un evento de fisión es una propiedad física del material de fisión. En el caso de U235, ese valor es 2.43 neutrones / fisión y para Pu239 es 2.87 neutrones / fisión. A medida que se producen fisión, se acumulan productos de fisión. En algún momento hay tantos productos de fisión que están absorbiendo tantos neutrones, que no quedan neutrones para causar otra reacción de fisión. Dependiendo del tipo de combustible y el diseño del reactor, este punto puede ser desde una fracción de un porcentaje de material fisible restante hasta un porcentaje de material fisible restante. Sin embargo, este punto será mucho antes de que todo el material fisible sea consumido por el proceso de fisión.

Answer 2

Bueno, depende de cómo se defina el 100% de quemado.

Los reactores CANDU comienzan con 0.711 sin U235 (uranio natural) y descargan aproximadamente 0.23% de U235. http://www.nuceng.ca/sner/fuelcy …

Aproximadamente la mitad de la energía producida en un CANDU proviene de la quema de plutonio: https://canteach.candu.org/Conte …

Entonces, si piensa en el U235 como el combustible, entonces el reactor CANDU logra aproximadamente 2 * (0.711 – 0.23) / 0.711 o 140% de quemado sin reprocesamiento: produce aproximadamente un 40% más de energía que la fisión que produciría toda la entrada que U235 produciría.

Supongo que los reactores de agua ligera también tienen más del 100%, ¡bastante bien!

De hecho, como aludió Alec Cawley, el límite a menudo se alcanza debido a la absorción parasitaria de neutrones en los isótopos producidos durante la fisión (y en los isótopos en los que se convierten en el reactor). Tal vez podríamos escribir una ecuación que muestre que los LWR y los HWR usan aproximadamente el mismo porcentaje de su U235 y también obtienen aproximadamente el mismo porcentaje de su potencia total del plutonio (suponiendo que uno descarga el combustible cuando la absorción parasitaria alcanza un cierto nivel )

Answer 3

No. La fisión divide el uranio o el plutonio en fragmentos desiguales, además de una lluvia de neutrones que puede provocar una mayor fisión. Los fragmentos de la fisión son impredecibles y se deteriorarán aún más. Algunos de ellos serán golpeados por neutrones y transformados en otros isótopos, que a su vez pueden descomponerse de diferentes maneras. El resultado es un complicado desorden de isótopos que deben separarse.

La analogía con el fuego es imperfecta porque los principales productos del fuego son CO2 y H2O que “desaparecen”. La fisión nuclear no arde, se divide. Y el residuo de la división siempre permanecerá, pero no puede producir más energía al dividir más,

Answer 4

Se está diseñando un conjunto de reactores llamados “reactores subcríticos” que, en teoría, podrían alcanzar el 100% de combustión de átomos de metales pesados. Su trabajo principal cuando se construya será quemar los actínidos de larga vida y reducir la carga de los repositorios geológicos. Funcionan inyectando neutrones (a menudo neutrones de fusión de alta energía) en una masa de material fisionable / fisionable. Debido a que los neutrones se generan externamente, no existe un requisito de economía de neutrones. Esencialmente, podría arrojar un trozo de uranio subcrítico y ejecutar el reactor hasta todas las fisiones de uranio.

Si bien esto podría ser tecnológicamente factible, probablemente no tendrá mucho sentido de ingeniería o económico. Quemar una masa subcrítica de uranio ciertamente liberará energía utilizable, pero generar neutrones de otro sistema probablemente sea más problemático de lo que vale.