CANDU reaktörlerinde toryum kullanımı

Abstract

VI Özet Bu çalışmada CANDU reaktörlerinde toryum kullanım yöntemleri ele alındı, çevrimsiz Toryum-DUPIC döngüsü detaylarıyla incelendi. CANDU ticari güç rektörleri arasında en iyi nötron ekonomisine sahip olması nedeniyle birçok farklı yakıt döngüsü için uygundur. Bu çalışma dahi linde olası yakıt döngüleri de incelenerek korun nötronik özelliklerinde önemli etkiler yapmayan ve kor ile ilgili sistemlerde değişikik gerektirmeyen ekonomik bir yakıt döngüsü seçildi. CANDU korunun iyi bir modelini yaratmak amacıyla CANDU'nun sabit durum özellikleri incelendi. Yakıt yükleme işleminin yakıtların kor içinde sabit hızda gidiyor olmalarıyla modellenebileceği varsayımından yola çıkılarak zıt yönlerden yüklenen iki kanaldaki ortalama tesir kesitlerinin eksenel konum dan bağımsız olduğu hesaplandı. Bu sayede CANDU koru sadece silindirik geometride radyal yönde modellenebildi. CANDU korunun sabit durum modeli gerçek noktasal güç değerlerinden çıkılarak hazırlandı. Bu değerler sonuçlarda da arandı. Kontrol sistemleri modele yutma tesir kesiti ve difuzyon katsayısında düzeltmeler olarak sonradan eklendi. Sonuçların gerçek değerlerle uyum içinde olduğu gözlendi. Çeşitli toryum-DUPIC demet konfigürasyonları incelendi ve üçüncü hal kada 12 Th02 çubuğu olanın yanmaya bağımlı özelliklerinin doğal uranyum çubuğunkine benzer olduğu bulundu. Demet yaratılan kor modeliyle de denendi ve kullanılmakta olan yakıt yükleme sistemi ile uyumlu olarak çalışacağı, yani yakıtın kor içinde kalış süresinde veya kontrol sistemlerinde bir değişikliğe ihtiyaç duyulmadığı gözlendi. Fisil üretim oranı 0.82 olarak hesaplandı. Kordaki artık reaktivitenin kontrol sistemleriyle düzenlenebilecek bir miktar olan 0.01 Ak/k kadar azaldığı hesap landı.

IV Abstract In this study, means of thorium utilization in a CANDU reactor are considered. A once through thorium-DUPIC cycle is analyzed in detail. CANDU has the best neutron economy among the commercially avail able power reactors, which makes it suitable for many different fuel cycle op tions. A review of the available fuel cycles is also done in the scope of this study to select an economically viable cycle which does not impose profound changes in the neutronic properties of the core that require remodeling of core and related systems. To create a good model of the CANDU core for the necessary calcu lations, the steady state properties of CANDU reactor are analyzed. It is assumed that the approximation of refueling as moving the bundles at a con stant velocity is valid. This approximation leads to a corollary: The average cross sections of two adjacent bidirectionally refueled channels are independent of axial location. This is also verified. A result of this corollary the CANDU core can be modeled only in radial direction in cylindrical geometry. The steady state CANDU core model is prepared using the actual power values and these values are sought in the results. The control systems which effect the neutron flux shape are introduced into the model later in the form of additional absorption cross section and lower diffusion coefficient. The results are in good agreement with the actual values. Several different thorium-DUPIC fuel bundle configurations are con sidered and the one with 12 Th02 elements in the third ring is found to have similar burnup dependent cross-sections and location infinite multiplication factors. Using the model created, the bundle is tested also in the full core model and it is found that this bundle configuration complies with the current re fueling scheme. That is, no changes are necessary in the refueling rate or the control systems. A higher conversion ratio of 0.82 is attained, while the excessreactivity of the core is found to decrease by 0.01 Ak/k. This amount can be easily compensated by the control systems.