¿Cómo es posible 70,000 MWd / tU con menos del 5% de combustible UO2 enriquecido (la quema total en un 5% U-235 es menos de 50,000 MWd / tU)?

Answer 1

Michael Röschter es correcto en su respuesta, pero permítanme agregar algunos detalles más. Una exposición de 70, 000 MWd / sT no es una exposición nodal o exposición a pellets poco común. Las exposiciones de descarga de paquete son más del orden de 45 a 50 MWd / sT. Además, un solo paquete (no) podría volverse crítico, especialmente un paquete con esa exposición tan alta. Los ingenieros nucleares usan el término kinf y keff (k infinito yk efectivo). Este es el factor de multiplicación de neutrones. k = 1,000 significa criticidad (la reacción en cadena es estable y la potencia no aumenta ni disminuye), k 1,000 (el número de neutrones en aumento y el poder está subiendo). Cuando el reactor está funcionando en estado estacionario, el keff del núcleo es de 1,000 pero eso no significa que cada paquete en el núcleo tenga un keff = 1,000. Los paquetes altamente expuestos tendrán un keff 1,000.
Además, al final de la vida del paquete, aproximadamente el 50% de las fisión son fisiones de Pu239. Esto es parte de la razón por la cual los transitorios y accidentes del reactor son más severos cerca del final del ciclo que al comienzo del ciclo. En el proceso de fisión, se generan dos tipos de neutrones. Estos se llaman neutrones rápidos y tardíos. Los neutrones rápidos se generan en el evento de fisión real y aparecen dentro de 10E-14 segundos de la fisión. Esto es demasiado rápido para que responda cualquier sistema de control. Se dice que un reactor que se vuelve crítico o supercrítico solo en neutrones rápidos es rápido crítico o rápido supercrítico (Chernobyl se volvió rápido supercrítico y, en última instancia, permitió su destrucción). Los neutrones retardados se producen como resultado de la descomposición radiactiva de los productos de fisión (llamados precursores de neutrones retardados) y aparecen desde una fracción de segundo hasta aproximadamente un minuto después del evento de fisión. En física del reactor, nos referimos a la cantidad de neutrones retardados como la fracción de neutrones retardada. Es la fracción de neutrones retardada la que nos permite controlar la potencia del reactor y determina qué tan rápido proceden varios transitorios y accidentes. La idea es que el reactor se toma casi crítico con neutrones rápidos y luego se toma el resto del camino a crítico con neutrones retrasados. La fracción de neutrones retardada (la fracción de neutrones de los productos de fisión) para Pu239 es aproximadamente 1/3 de la fracción de neutrones retardada para U235. Esto hace que los transitorios vayan más rápido y alcancen una mayor potencia antes de que los sistemas de control y seguridad del reactor puedan responder. Por lo tanto, la producción y el uso de Pu239, incluso en reactores no reproductores, es importante e incluso operamos el núcleo de formas especiales para maximizar la producción de Pu239.

Answer 2

Primero verifiquemos que los números 70,000 MWd son 6.048 * 10 ^ 15 julios . Según Wikipedia, obtenemos 83.14 * 10 ^ 12 julios por kg de uranio-235 o 4.16 * 10 ^ 15 julios por 50 kg U235 en una tonelada de combustible. Por lo tanto, la declaración / reclamo es válida.

Respuesta: Los neutrones de la fisión U235 engendrarán U238 en Plutonio 239, lo que hará que la fisión vuelva a liberar energía. Hasta qué punto está ocurriendo este “mejoramiento” depende de los detalles del diseño del reactor y de cuánto tiempo se utilizará el combustible. Efectivamente también quema una proporción del U238.

Hay un diseño de reactor experimental / propuesto llamado reactor Breeder, que generaría más Plutonio239 del que consumiría U235 y, por lo tanto, podría (a través del reprocesamiento del combustible) quemar la mayor parte del U238 en Uranio natural.