Насколько Protactinium может ухудшить эффективность топливного цикла тория?

Одним из противодействий ториевого топливного цикла является то, что протактиний, который генерируется в этом цикле, снижает эффективность реактора и, следовательно, должен быть удален , по крайней мере, из реакторов с жидкими фторидами или расплавленными солями. Однако, насколько я могу судить, Protactinium не был удален во время работы первого твердотопливного ториевого реактора, который был третьим ядром, используемым в Shippingport; или, по крайней мере, я не могу найти упоминания об удалении протактиния (во время работы) в официальном топливном отчете .

Итак, вопрос (ы):

• Количественно, насколько плохо может быть снижена эффективность реактора из-за того, что Протактиния не удаляют?
• В какой степени эта деградация зависит от типа и других параметров (геометрия и т. Д.) Реактора?

Это довольно сложный вопрос, поскольку существует множество переменных и множество предлагаемых конструкций для ториевых топливных циклов; но, по-видимому, ваш основной интерес заключается в том, не повлияет ли оставление Pa-233 в растворе на ядерный цикл тория, и в таком случае более разумно будет удалить этот изотоп, который будет вновь введен после его бета-распада до нашего столь необходимого U- 233 топлива.

Чтобы вкратце ответить на этот вопрос, давайте сначала предположим, что тепловой реактор (так как нейтроны хорошо модерируются и имеют энергии, идеальные для деления U-233). Далее давайте сделаем предположение о составе с 98% Th-232, 1% Pa-233 и 1% U-233.

Сечения каждого из этих изотопов (насколько они велики для теплового нейтрона) примерно равны: Th-232, 7,37 амбара для поглощения; Па-233, 40 сараев для поглощения; У-233, 529 амбаров для деления. Если вы не знаете, что такое «сарай», то, по сути, это не что иное, как описание двумерного размера ядер мишени до степени взаимодействия с входящим нейтроном. 1 амбар = 10 ^-24 см ² и был назван так, потому что в атомных масштабах, как гласит старая пословица, «... такой же большой, как сарай».

Эта информация может быть использована для получения среднего расстояния, которое нейтрон пройдет, прежде чем он столкнется / взаимодействует с одним из этих атомов (также известный как длина свободного пробега транспорта). Функция выглядит следующим образом:

Куда:

• $l$
• $\sigma$
• $N$
• $A$

$\frac{2}{3A}$

Эта формула дает среднее (ish) расстояние, которое нейтрон пройдет через материал до взаимодействия с атомом (поглощение, деление, рассеяние и т. Д.).

С некоторым быстрым вычислением чисел (пропуская точные плотности чисел и переходя на% составов) мы можем легко видеть, что среднее расстояние, пройденное нейтроном, более чем на порядок меньше для U-233 и Th-232 по сравнению с Pa. -233 изотопа, поэтому его влияние на «эффективность» этого реактора будет незначительным.

Чтобы ответить на ваши вопросы:

• Влияет ли образование Pa-233 на эффективность реактора? Да.
• Важно ли удалить Pa-233, чтобы иметь жизнеспособный ториевый топливный цикл? Нет .
• Влияет ли геометрия реактора на эффективность? Да, но это совсем другой вопрос. ;)

Надеюсь это поможет!

Разделение протактиния является хорошим преимуществом реакторов с жидким фторидом тория, что стало возможным благодаря тому, что топливо (и протактиний) находятся в жидкой форме. Это легко качать и делать химические вещи с.

Реактор Shippinghip представлял собой реактор на твердом топливе (оксид тория) с водой в качестве теплоносителя и замедлителя. Таким образом, протактиний застрял бы в топливных элементах.

Другие топливные циклы (например, U-235) также генерируют реакторные яды. Они фактически делают твердые топливные элементы бесполезными до того, как все топливо израсходовано. Можно расплавить топливо и извлечь полезный расщепляющийся материал. Этот процесс не получил такого уровня усыновления, каким он мог бы быть из-за политики, бюрократии и т. Д. Часто отработавшее топливо просто утилизируется без переработки.

Ответ (хотите верьте, хотите нет) - нет. Зачем? Потому что протактиний сейчас обсуждается как «добавка» к ядерным реакторам для улучшения сжигания топлива. Стоимость удаления Protactinium не является необходимой вообще.

Оба делятся. Итак, короткий ответ - нет.