Protactinium สามารถลดประสิทธิภาพของวัฏจักรเชื้อเพลิงทอเรียมได้เท่าใด?

หนึ่งในความแตกต่างของวัฏจักรเชื้อเพลิงทอเรียมคือ Protactinium ซึ่งถูกสร้างขึ้นในวงจรนี้จะทำให้ประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ลดประสิทธิภาพลงและอย่างน้อยก็ต้องกำจัดอย่างน้อยจากฟลูออไรด์หรือเครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว อย่างไรก็ตามเท่าที่ฉันสามารถบอกได้ Protactinium ก็ไม่ได้ถูกกำจัดออกไปในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ Thorium เชื้อเพลิงแข็งซึ่งเป็นแกนที่สามที่ใช้ใน Shippingport; หรืออย่างน้อยฉันสามารถหาเอ่ยถึงโพรโทแอกทิเนียมไม่ถูกลบออก (ระหว่างการดำเนินการ) ในรายงานเชื้อเพลิงอย่างเป็นทางการ

ดังนั้นคำถาม:

• ปริมาณเครื่องปฏิกรณ์ที่สามารถลดประสิทธิภาพโดย Protactinium จะแย่แค่ไหน?
• การย่อยสลายนี้ขึ้นอยู่กับระดับของประเภทและพารามิเตอร์อื่น ๆ (รูปทรงเรขาคณิต ฯลฯ ) ของเครื่องปฏิกรณ์อย่างไร

นี่เป็นคำถามที่ค่อนข้างซับซ้อนเนื่องจากมีตัวแปรหลายตัวและการออกแบบที่เสนอหลายอย่างสำหรับวัฏจักรเชื้อเพลิงทอเรียมเพื่อพิจารณาเช่นกัน แต่ดูเหมือนว่าความสนใจหลักของคุณคือการออกจาก Pa-233 ในการแก้ปัญหาหรือไม่จะส่งผลเสียต่อวัฏจักรนิวเคลียร์ทอเรียมจนถึงจุดที่เหมาะสมกว่าที่จะลบไอโซโทปนี้เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่หลังจากเบต้าสลายไป 233 เชื้อเพลิง

เพื่อตอบคำถามสั้น ๆ ก่อนอื่นให้เราสมมติเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน (ในนิวตรอนนั้นมีการควบคุมที่ดีและมีพลังงานที่เหมาะสำหรับการแยกตัวของ U-233) ต่อไปให้สมมุติเกี่ยวกับการแต่งเพลงด้วย 98% Th-232, 1% Pa-233 และ 1% U-233

ภาพตัดขวางของไอโซโทปเหล่านี้แต่ละอัน (มีขนาดใหญ่แค่ไหนต่อนิวตรอนความร้อน) มีค่าประมาณ: Th-232, 7.37 ยุ้งข้าวเพื่อดูดซับ; Pa-233, 40 ยุ้งฉางสำหรับดูดซับ; U-233, 529 ยุ้งฉางเพื่อแยกส่วน ถ้าคุณไม่รู้ว่า 'โรงนา' คืออะไรโดยพื้นฐานแล้วมันไม่มีอะไรมากไปกว่าการอธิบายขนาด 2 มิติของนิวเคลียสเป้าหมายเท่าที่มีปฏิสัมพันธ์กับนิวตรอนที่เข้ามา 1 barn = 10 ^-24 cm ²และได้รับการตั้งชื่อเช่นนี้เพราะในระดับอะตอมตามที่คำพูดเดิมบอกว่า "... มีขนาดใหญ่เท่ากับยุ้งฉาง"

ข้อมูลนี้สามารถใช้ในการหาระยะทางเฉลี่ยที่นิวตรอนจะเดินทางก่อนที่จะมี 'การชน / การปฏิสัมพันธ์' กับหนึ่งในอะตอมเหล่านี้ (หรือที่เรียกว่าเส้นทางการขนส่งหมายถึงเส้นทางอิสระ) ฟังก์ชั่นมีดังนี้:

ที่ไหน:

• $l$
• $\sigma$
• $N$
• $A$

$\frac{2}{3A}$

สูตรนี้ให้ระยะทางเฉลี่ย (ish) ที่นิวตรอนจะเดินทางผ่านวัสดุก่อนที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอม (การดูดซับการแตกตัวของอะตอมการกระเจิง ฯลฯ )

ด้วยการข้ามตัวเลขอย่างรวดเร็ว (ข้ามความหนาแน่นของจำนวนที่แน่นอนและไปกับ% ขององค์ประกอบ) เราสามารถเห็นระยะทางเฉลี่ยที่เดินทางโดยนิวตรอนนั้นอยู่เหนือลำดับของขนาดที่สั้นกว่าสำหรับ U-233 และ Th-232 เทียบกับ Pa -233 ไอโซโทปดังนั้นผลกระทบที่มีต่อ 'ประสิทธิภาพ' ของเครื่องปฏิกรณ์นี้จะเล็กน้อย

เพื่อตอบคำถามของคุณ:

• การก่อตัวของ Pa-233 ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์หรือไม่? ใช่.
• การกำจัด Pa-233 มีวัฏจักรเชื้อเพลิงทอเรียมเป็นสิ่งสำคัญหรือไม่ เลขที่
• เรขาคณิตของเครื่องปฏิกรณ์มีประสิทธิภาพหรือไม่? ใช่ แต่นั่นเป็นคำถามอื่นทั้งหมด ;)

หวังว่านี่จะช่วยได้!

การแยกโปรโตติเนียมนั้นเป็นประโยชน์อย่างมากของเครื่องปฏิกรณ์ทอเรียมฟลูออไรด์เหลวซึ่งเกิดขึ้นได้จากการที่เชื้อเพลิง มันง่ายที่จะปั๊มไปมาและทำเรื่องเคมีด้วย

เครื่องปฏิกรณ์ Shippingport เป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่มีเชื้อเพลิงแข็ง (ทอเรียมออกไซด์) ที่มีน้ำเป็นสารหล่อเย็นและผู้ดำเนินรายการ ดังนั้น Protactinium ก็จะติดอยู่ในองค์ประกอบเชื้อเพลิง

รอบเชื้อเพลิงอื่น ๆ (เช่น U-235) สร้างสารพิษจากเครื่องปฏิกรณ์เช่นกัน องค์ประกอบเชื้อเพลิงแข็งเหล่านี้ไร้ประโยชน์จริง ๆ ก่อนที่เชื้อเพลิงจะถูกใช้หมด มันเป็นไปได้ที่จะละลายเชื้อเพลิงลงและกู้คืนวัสดุฟิชชันที่เป็นประโยชน์ กระบวนการนี้ไม่ได้มีความสุขกับระดับของการยอมรับว่ามันอาจเป็นเพราะการเมืองข้าราชการ ฯลฯ บ่อยครั้งที่เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วจะถูกกำจัดโดยไม่ต้องปรับกระบวนการใหม่

คำตอบ (เชื่อหรือไม่) คือไม่ ทำไม? เพราะขณะนี้มีการหารือกันว่า Protactinium เป็น "สารเติมแต่ง" กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อปรับปรุงการเผาไหม้เชื้อเพลิง ค่าใช้จ่ายในการกำจัด Protactinium นั้นไม่จำเป็นเลย

ทั้งสองสามารถแยกส่วนได้ ดังนั้นคำตอบสั้น ๆ คือไม่