Seberapa banyak Protactinium dapat menurunkan efisiensi siklus bahan bakar Thorium?

Salah satu tandingan dari siklus bahan bakar Thorium adalah bahwa Protactinium, yang dihasilkan dalam siklus ini menurunkan efisiensi reaktor dan dengan demikian perlu dihilangkan , setidaknya dari cairan fluorida atau reaktor garam cair. Namun, sejauh yang saya tahu, Protactinium tidak dihilangkan selama berfungsinya reaktor Thorium bahan bakar padat pertama, yang merupakan inti ketiga yang digunakan di Shippingport; atau paling tidak saya tidak menemukan penyebutan Protactinium (selama operasi) dalam laporan bahan bakar resmi .

Jadi, pertanyaan:

• Secara kuantitatif, seberapa buruk efisiensi reaktor dapat terdegradasi oleh Protactinium yang tidak dapat dihilangkan?
• Sampai sejauh mana degradasi ini tergantung pada jenis dan parameter lainnya (geometri, dll.) Dari reaktor?

Ini adalah pertanyaan yang agak rumit karena ada banyak variabel dan banyak desain yang diusulkan untuk mempertimbangkan siklus bahan bakar thorium; tetapi tampaknya minat utama Anda adalah apakah atau tidak meninggalkan Pa-233 dalam larutan akan berdampak buruk pada siklus nuklir thorium ke titik di mana lebih masuk akal untuk menghilangkan isotop ini untuk diperkenalkan kembali setelah beta meluruh ke U- yang sangat kita butuhkan 233 bahan bakar.

Untuk menjawab pertanyaan ini secara singkat, mari kita asumsikan reaktor termal (seperti dalam neutron yang dimoderasi dengan baik dan memiliki energi yang ideal untuk fisi U-233). Selanjutnya mari kita membuat asumsi tentang komposisi dengan 98% Th-232, 1% Pa-233 dan 1% U-233.

Potongan melintang dari masing-masing isotop ini (seberapa besar mereka dengan neutron termal) kira-kira: Th-232, 7,37 lumbung untuk penyerapan; Pa-233, 40 lumbung untuk penyerapan; U-233, 529 lumbung untuk fisi. Jika Anda tidak tahu apa itu 'lumbung', pada dasarnya itu tidak lebih dari menggambarkan ukuran 2D dari inti target sejauh memiliki interaksi dengan neutron yang masuk. 1 gudang = 10 ^-24 cm ² dan dinamai demikian karena pada skala atom, seperti kata pepatah lama, "... sama besar dengan gudang."

Informasi ini dapat digunakan untuk memperoleh jarak rata-rata yang akan dilalui oleh sebuah neutron sebelum ia memiliki 'tabrakan / interaksi' dengan salah satu dari atom-atom ini (juga dikenal sebagai transport mean path bebas). Fungsinya sebagai berikut:

Dimana:

• $l$ adalah transportasi berarti jalur bebas;
• $\sigma$ adalah penampang isotop;
• $N$ adalah kepadatan jumlah isotop;
• $A$ adalah jumlah proton dan neutron di isotop .

Karena mereka semua sangat mirip dalam jumlah proton dan neutron kita dapat menghilangkan istilah . Selain itu, fungsi ini terutama digunakan untuk menghamburkan dan menghitung kehilangan energi neutron melalui kedalaman material yang diberikan, tetapi berfungsi dengan baik untuk penyerapan yang membuat kami memiliki:$\frac{2}{3A}$

Rumus ini memberikan jarak rata-rata (ish) yang akan dilalui neutron melalui bahan sebelum berinteraksi dengan atom (penyerapan, fisi, hamburan, dll.).

Dengan beberapa angka cepat (melewatkan kepadatan jumlah yang tepat dan pergi dengan% komposisi) kita dapat dengan mudah melihat jarak rata-rata yang ditempuh oleh neutron melebihi urutan besarnya lebih pendek untuk U-233 dan Th-232 vs Pa -233 isotop sehingga efeknya pada 'efisiensi' reaktor ini dapat diabaikan.

Untuk menjawab pertanyaan Anda:

• Apakah pembentukan Pa-233 mempengaruhi efisiensi reaktor? Iya nih.
• Apakah penting untuk menghapus Pa-233 agar memiliki siklus bahan bakar thorium yang layak? Tidak.
• Apakah geometri efisiensi efek reaktor? Ya, tapi itu pertanyaan lain. ;)

Semoga ini membantu!

Pemisahan protactinium adalah manfaat yang baik dari reaktor thorium fluoride cair, dimungkinkan oleh kenyataan bahwa bahan bakar (dan protactinium) dalam bentuk cair. Mudah memompa dan melakukan hal-hal kimia.

Reaktor Shippingport adalah reaktor berbahan bakar padat (thorium oxide) dengan air sebagai pendingin dan moderator. Jadi protactinium akan terjebak dalam elemen bahan bakar.

Siklus bahan bakar lain (misalnya U-235) juga menghasilkan racun reaktor. Elemen-elemen bahan bakar padat yang sebenarnya tidak berguna sebelum semua bahan bakar dikonsumsi. Dimungkinkan untuk melelehkan bahan bakar dan memulihkan material yang berguna dan mudah terbelah. Proses ini belum menikmati tingkat adopsi yang mungkin disebabkan oleh politik, birokrasi dll. Seringkali, bahan bakar bekas dibuang begitu saja tanpa diproses ulang.

Jawabannya (percaya atau tidak) adalah tidak. Mengapa? Karena Protactinium sekarang sedang dibahas sebagai "aditif" pada reaktor nuklir untuk meningkatkan pembakaran bahan bakar. Biaya menghapus Protactinium tidak diperlukan sama sekali.

Keduanya fisi. Jadi, jawaban singkatnya adalah tidak.