PNE ve ICP füzyon reaktörlerinde muhtelif çalışma akışkanları için trityum üretimi ve enerji absorpsiyon özelliklerinin nötronik analizi

Abstract

ÖZET Bir PNE veya ICF reaktör odasında, farklı materyaller kullanılarak değişik soğutucu bölge kalınlıkları iğin trityum üretimi ve enerji absorbsiyon değerleri araştırılmıştır. HYLIFE-II uygulamalarında soğutucu olarak Flibe (Li.7BeF4) kullanılırken, MHD uygulamalarında buna ilaveten LiH, Tabii Lityum ve Li1_Pb_, için de analiz 1 / öo hallerde tabii halde kullanılmıştır. Lityum ve Li.-Pb-, için de analiz yapılmıştır. Lityum bütün 1 / öo Pacer uygulamalarında soğutucu akışkan su ve Flibe olarak seçilmiştir. Su ucuzluğunun yanında iyi bir test akışkanı olarak seçilirken, Flibe iyi nükleer özelliklerinden dolayı tercih edilmiştir. Her iki akışkan içinde, düşey yönde yapılan enjeksiyonda, akış, % 75 hava ve % 25 soğutucu şeklinde homojenize edilmiştir. Yeterli trityum üretimi (TBR = 1.15 - 1.20 ) ve enerji absorsiyonu için en uygun soğutucu bölge kalınlıkları LiH için 25 cm, LiPb için 130 cm, Flibe için 50-60 cm ve Lityum için 80 cm olarak hesaplanmıştır. Bunlardan LiPb düşük bir enerji absorbsiyon kabiliyeti göstermiştir. Çok büyük akışkan kütlesi gerektirdiğinden tabii lityum ve LiPb iyi bir soğutucu akışkan olarak görülmemiştir. Pacer uygulamasında, trityum üretimi ve enerji absorbsiyonu bakımından en uygun soğutucu kalınlığı 3 m- olarak tespit edilmiştir. Pacer uygulaması için 30 yıllık kullanım süresi sonunda PNE reaktör odasında, takip eden 1 yıl için yapılan aktivasyon kontrolünde »soğutucu kalınlığının DR=3 m. olması halinde, uluslararası 10 CFR 61 tüzüğüne göre, çelik bölgesinde sadece Nİ59 ve Mo93 izotoplarından yayınlanan 7 keV'lik X-işınlarının tehlike arzettigi görülmüştür. DR=5 m olması halinde aynı hal için herhangi risk gözlenmemiştir.

VI ABSTRACT The tritium breeding and energy absorption in an IFE (Inertial Fusion Energy) reactor chamber have been investigated with variable coolant zone thickness using different materials. Examples are given for HYLIFE-II (an IFE reactor design) and for MHD energy conversion chambers using Flibe (Li0BeF`) as coolant. MHD related investigations are extended to LiH, lithium and Li.-,Pb0.2.-eutectic as working fluid. Natural lithium is used in all cases. To achieve a usefull energy density for energy conversion purposes with sufficient tritium breeding (TBR = 1.15 to 1.20), coolant zone thickness values are found to be 25 cm for LiH, 50 to 60 cm for Flibe and 80 cm for lithium. Li Pbg3 requires a coolant zone thickness of 130 cm to obtain a sufficient tritium breeding, giving an extremly low energy deposition density. This and the large coolant mass make LiPb unsuitable for MHD nor HYLIFE-II applications. In the modified PACER concept [9-12] the explosion yield is reduced to 2 kt every 40 minutes in a cylindrical cavity with 20 m in radius, carefully engineered and lined with a stainless steel of 1 cm. The steam working fluid is replaced with molten salt, Li BeF (Flibe), in the form of vertically flowing jets, to absorb energy and pressure shocks. To achieve a usefull energy density for energy conversion purposes with sufficient tritium breeding, coolant zone thickness values are found to be 3 m for Flibe. The residual neutron activity in the liner and in the rock decreases with increasing coolant thickness. For Flibe with DR= 3 M, the induced neutron activity in the liner is higher than required by 10 CFR 61 regulations to use the PNE cavity as a shallow burial radioactive waste disposal site after final shut down of the PNE reactor. However, the most nuissant radionuclides with respect to 10 CFR 61 turn out to be only Ni-59 and Mo-93 which transmutate by electron capture with a low energy X-ray radiation emmission of 7 keV.