Pacer füzyon reaktöründe yakıt ve enerji üretiminin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada; PACER füzyon reaktörü eriyik tuz bölgesinde UF4 veya TI1F4 yakıtı kullanılarak, füzyon yakıtının farklı yanma verimleri için fisyon yapabilen yakıt ve enerji üretimi araştırılmıştır. Ağır metal tuzlarının molar karışımı % 2'den % 8'e kadar değişirken, karışımda ana bileşen olarak flibe alınmıştır. Bu reaktörde; önemli miktarda fisyon yapabilen yakıt üretimi, füzyon reaksiyonun devamı için yeterli trityum üretimi (TBR), yüksek enerji üretimi ve SS-304 çeliğinde düşük radyasyon hasarı elde edilmiştir. % 2 -% 8 mol arasında değişen ağır metal bileşimine sahip bütün eriyik tuz bileşimleri için TBR değeri 1.05'den büyüktür. Buna ilaveten, füzyon yakıtının yanma verimlerine ve ağır metal tipine bağlı olarak, başka reaktörlerde yakıt olarak kullanılabilecek fisyon yapabilen izotoplar (233U yada 239Pu) üretilmiştir. Füzyon yakıtının % 100 yanma veriminde, fisyon yapabilen izotop üretim miktarları, % 2 UF4 ve % 8 UF4 karışım oranında 239Pu izotopu için sırasıyla 752 kg/yıl ve 2060 kg/yıl olarak hesaplanırken, % 2 ThF4 ve % 8 ThF4 karışım oranında ise 233U izotopu için sırasıyla 762 kg/yıl ve 2103 kg/yıl olarak hesaplanmıştır. Genel olarak, fisyon yapabilen izotop üretimi ve enerji üretiminde TI1F4 yakıt karışımı UF4 yakıt karışımından daha iyi bir performans göstermiştir. Ayrıca; eriyik tuz bölgesinde yüksek enerjili nötronların reaksiyona girmesi sonucu, 30 yıllık işletim süresi boyunca reaktör zırhındaki atomik yer değişim (dp a) ve helyum gaz üretimi azalmaktadır. İşlem zamanı boyunca helyum üretimi <2 appm hesaplanırken, atomik yer değişim miktarı 1 dpa'dan düşük bulunmuştur. Bu, hesaplanan değerler radyasyon hasar sınırlarının oldukça altında olduğu tespit edilmiştir. Bilim Kodu : 708 Anahtar kelimeler : Füzyon, Fisyon, Eriyik tuz, Radyasyon hasarı, UF4, ThF4

In this study, fissile fuel breeding and energy production in PACER fusion reactor using either UF4 or ThF4 fuel in molten salt zone for various burning efficiencies of fusion fuel were investigated. The composition of these heavy metal salts changed from %2 moles to %8 moles while the flibe was taken as main constituent of the molten salt. In this reactor substantial amount of fissile fuel, sufficient tritium for fusion reactions, high energy production and low radiation damage in SS-304 steel were found. In molten salt zone, tritium breeding ratio was obtained greater than 1.05 for all investigated molten salt compositions having a heavy metal content range of 2 % - 8% mole. Furthermore, depending on the heavy metal composition used in molten salt and burning efficiencies of fusion fuel, fissile fuels ( U or Pu) were produced for use in external fission reactor. For the burning efficiencies of fusion fuel of % 100, ^'Pu production rates were obtained as 752 kg/year and 2060 kg/year for the molten salt with % 2 and % 8 UF4, respectively whereas U production rates were computed as 762 kg/year ve 2103 kg/year for the molten salt with % 2 and % 8 UF4, respectively. Generally, the mixtures with ThF4 show better performance than the mixture with UF4 in terms of more energy production and significant fissile fuel breeding. In addition due to reactions of high energetic fusion neutrons in the molten salt region, displacement per atom (dpa) and helium gas production decreased during the operation period of 30 years.In this operation period dpa was found lower than 1 dpa whereas helium production was calculated as <2 appm. These calculated values are fairly lower than radiation damage limits. Science code : 708 Key words : Fusion, Fission, Molten salt, Radiation damage, UF4, TI1F4