Научно-методический семинар

«Perspectives of accelerator driven subcritical reactors» (Перспективы подкритических электроядерных систем)

Параипан Михаела Мария (ЛФВЭ, Отделение №5 Научно–методических исследований и инноваций, Научно-методический отдел кремниевых трековых систем, Сектор №1 прикладных радиационных технологий )

A synthesis of the research developed in the frame of E&T collaboration, aimed to identify the conditions which maximize the efficiency of an accelerator driven subcritical reactor (ADSR) are presented. Experiments performed in the extended U target “Quinta” irradiated with deuteron and ¹²C beams with energies 0.5-4 AGeV and simulations realized with the toolkit Geant4 in enriched targets were meant to find on one hand, the optimal beam and energy for ADSR, and on the other hand, the core characteristics that maximize the energy gain G and the actinides incineration. Aspects related with the core geometry, the optimal value of the criticality coefficient k_eff, the material used for the converter, the enrichment were analyzed. A core with k_eff 0.985-0.988, Be converter and low enrichment ensure deep actinides burning during a cycle (20-25 % from the initial actinides mass).  The optimal proton energy is in the range 1-1.5 GeV, depending on the accelerator type (linear accelerator or cyclotron) with G values 12-14. Ion beams starting with ⁷Li realize significantly higher G, from 20-25 for 0.25 AGeV ⁷Li to 35-45 for ¹⁶O and ²⁰Ne with energy 0.75-1 AGeV. The influence of the fuel type on the ADSR performance was also, analyzed. Metallic, oxide and nitride fuels with various enrichment distributions were taken into account. The use of nitride fuel is preferable in ADSR because allows to accommodate high power densities.

Представлены результаты исследования, полученные в рамках коллаборации E&T, направленные на выявление условий, которые максимизируют эффективность подкритических  электроядерных систем (ADSR). Эксперименты, проведенные в протяженной мишени из природного урана “Квинта”, облученной пучками дейтронов и ¹²C с энергиями 0,5-4 АГэВ, и моделирование, реализованное с помощью кода Geant4 в обогащенных мишенях, были направлены на поиск, с одной стороны, оптимального пучка и энергии для ADSR, а с другой стороны, основных характеристик, которые максимизируют коэффициент прироста энергии G и сжигание актинидов. Были проанализированы аспекты, связанные с геометрией активной зоны, оптимальным значением коэффициента критичности k_eff,  материалом используемым для конвертера и уровнем обогащения. Активная зона с k_eff  0,985-0,988, конвертор из Be и низкое обогащение обеспечивают глубокое сжигание актинидов в течение цикла (20-25 % от исходной массы актинидов). Оптимальная энергия протонов находится в диапазоне 1-1,5 ГэВ, в зависимости от типа ускорителя (линейный ускоритель или циклотрон) со значениями G 12-14. Ионные пучки, начинающиеся с ⁷Li, обеспечивают значительно более высокую G, от 20-25 для ⁷Li с энергией 0,25 АГэВ и до 35-45 для ¹⁶O и ²⁰Ne с энергией 0,75-1 АГэВ. Также проанализировано влияние типа топлива на мощность ADSR. Были проанализированы металлические, оксидные и нитридные топлива с различным распределением обогащения. Использование нитридного топлива предпочтительнее в ADSR, поскольку позволяет обеспечить высокую плотность мощности.

Онлайн: https://lhep-volna.jinr.ru/seminar