Abstract
Most nuclear reactors under operation are thermal reactors, which consume 235U in once-through fuel cycle resulting in ineffective resource utilization and dramatic SNF volume growth. However, sustainable nuclear energy system (NES) should provide NFC closing for all hazardous radionuclides to minimize its life-time within NES and to make risk to be proportional to NES capacity, rather than total energy produced. These two basic principles require enough amount of neutrons for both energy generation and hazardous radionuclides transition to fission products. Therefore, taking into account politic, economic and technological risks and uncertainties, these issues can be solved in terms of two-component NES consisting of both thermal and fast reactors. In this work two methods to estimate neutron balance in NES are discussed. The fist method is based on the analysis of nuclear transformation chain due to radioactive decays and neutron induced reactions. The second one is the most complete one and relies on reaction rates comparison. Neutron balance estimation approach is demonstrated for two-component NES case study.
Kurzfassung
Die meisten in Betrieb befindlichen Kernreaktoren sind thermische Reaktoren, die 235U im Durchlaufbrennstoffkreislauf verbrauchen, was zu einer ineffektiven Ressourcenausnutzung und einem deutlichen Wachstum des Abfallvolumens führt. Ein nachhaltiges Kernenergiesystem (NES) sollte eine Schließung des Kreislaufes für alle gefährlichen Radionuklide vorsehen, um die Lebensdauer innerhalb von NES zu minimieren und das damit einhergehende Risiko proportional zur NES-Kapazität zu entwickeln und nicht zur gesamten erzeugten Energie. Diese beiden Grundprinzipien erfordern eine ausreichende Menge an Neutronen sowohl für die Energieerzeugung als auch für den Umwandlung gefährlicher Radionuklide in Spaltprodukte. Unter Berücksichtigung politischer, wirtschaftlicher und technologischer Risiken und Unsicherheiten können diese Probleme daher im Sinne einer Zweikomponenten-NES-Lösung gelöst werden, die aus thermischen und schnellen Reaktoren besteht. In dieser Arbeit werden zwei Methoden zur Abschätzung der Neutronenbilanz in NES diskutiert. Die erste Methode basiert auf der Analyse der nuklearen Zerfallskette infolge radioaktiver Zerfälle und neutroneninduzierter Reaktionen. Die zweite ist die vollständigste und basiert auf dem Vergleich der Reaktionsraten. Der Ansatz zur Abschätzung des Neutronenhaushalts wird am Beispiel der Zweikomponenten-Fallstudie für das NES beschrieben.
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