Spallationsneutronenerzeugung und reine U-238-Reaktoren

Hauptfrage: Ist es möglich, eine Nettostromerzeugung basierend auf einem linearen Protonenbeschleuniger und einem U-238-Ziel zu erreichen?

In dem vorgeschlagenen Reaktordesign gibt es einen Protonenstrahl mit einer Energie von ~10 GeV und auf einem U-238-Target, wo diese Protonen eine Kaskadenneutronenerzeugung und eine U-238-Spaltung mit hochenergetischen Neutronen erzeugen sollten.

Das Problem ist jedoch, dass es einige Meinungsverschiedenheiten über Energieverluste und die Neutronenmultiplizität gibt.

Meine Einschätzung und mein Verständnis sind folgende:

  1. 60 % der einfallenden Protonenenergie gehen in Wärme über.
  2. Für hochenergetische Protonen (> 1 GeV) gibt es erhebliche Verluste beim Pi-0-Zerfall, daher ist die Verwendung von Protonenenergie über 1-1,5 GeV ineffizient. Gibt es andere signifikante Möglichkeiten, Energie zu verlieren?
  3. Die geschätzte Anzahl der erzeugten Neutronen beträgt 120-250 pro ankommendem 10-GeV-Proton auf einem Uran-Target.
  4. Nur ein Bruchteil solcher Neutronen hat eine Energie, die hoch genug ist, um die Spaltung von U-238 zu unterstützen
  5. Wenn nur 25% dieser Neutronen 1 Spaltung verursachen würden, hätten wir nur ~180/4*0,2=9 GeV Spaltung + vergleichbare Energiemenge in Neutronen und hochenergetischem Gamma (aus dem Pi-0-Zerfall).

Scheint das richtig zu sein? Gibt es irgendwelche Papiere, die die Möglichkeit einer spallationsbasierten Nettostromerzeugung in U-238/Thorium-Reaktoren untersuchen? (also ohne klassische Spaltstoffe wie U-235, U-233 oder Plutonium)

Basierend auf den veröffentlichten Spezifikationen des Spallations-Neutronengenerators SINQ-2 habe ich seine Neutronenerzeugungseffizienz auf 0,024 % der Protonenstrahlleistung berechnet. Selbst wenn wir das Spallations-Target durch ein Uran-Target ersetzen, beträgt seine Effizienz bestenfalls 0,1662 %. Offensichtlich können wir mit einer solchen Effizienz die Nettostromerzeugung nicht unterstützen. Bedeutet das, dass diese Idee nicht umsetzbar ist?

Gute Frage. Meine Baucherwartung ist, dass dies nicht funktionieren wird, nur weil Beschleuniger erbärmlich ineffiziente Maschinen sind, aber ich habe nicht genug Zahlen zur Hand, um das zu belegen.

Antworten (1)

Dies ist eine nette Idee, die gründlich untersucht wurde und weiterhin untersucht wird. Sie sprechen von einer Art unterkritischer Reaktoren, die als Accelerator Driven Systems (ADS) bezeichnet werden. Hier ist ein schöner Überblick Review:Basics of Accelerator Driven Subcritical Reactors , in dem Verweise auf frühere Studien gegeben werden. Informationen zu modernen Fortschritten finden Sie auf der iTHEC-Website .

Aber nur damit Sie es wissen, bevor Sie in die Literatur einsteigen, Thorium hat sich aus mehreren Gründen als der vielversprechendste Brennstoff für diese Idee herausgestellt, und sein Verbrennungszyklus geht durch 233 U .

Nun, das ist kein ADS. Der Unterschied besteht darin, dass wir nicht auf die Akkumulation spaltbarer Isotope warten, sondern U-238 direkt mit relativistischen Neutronen verbrennen.
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