Värmedeponering i en MSR

Sammanfattning

För att kunna möta den ökade efterfrågan av elektricitet börjar många kolla på kärnkraft som en lösning. En del påstår att den nuvarande tekniken är gammal och osäker, men för att tackla det problemet börjar nya reaktorkoncept dyka upp. Dock är värme en stor begränsning när det kommer till designen. En nygammal reaktorteknik bestående av smält salt har börjat fånga intresse för den fjärde generationens reaktorer. I och med denna nya reaktorteknik är det intressant att undersöka hur värmen deponeras för att kunna ta reda på designens begränsningar. Under detta arbete har Serpent 2 använts. Detta är ett reaktorsimuleringsprogram som använts för att beräkna värmedeponeringen. Under arbetet har jag använt mig av data från Transatomic Power koncept MSR reaktor jag utfört beräkningarna på. Denna reaktor är en termisk MSR reaktor med 5 % anrikat uran tillsammans med litiumfluorid som bränsle. Där moderatorn är zirkoniumhydrid stavar med kiselkarbid som kapslingsrör. Inledningsvis påbörjades en undersökning för att se hur resultatet skiljer sig beroende på vilken beräkningsmetod som används vid simulering. Därefter undersöktes hur fördröjda komponenter påverkade resultatet (fördröjda beta och gamma). Den stora skillnaden i de olika metoderna är möjligheten att beräkna deponeringen av värme från fission där man kan välja att beräkna bidraget från, prompta och fördröjda neutroner samt prompta och fördröja gamma. Nästa steg var att kolla hur K-eff påverkades av de olika metoderna. Reaktorn kördes i 365 dagar för de olika metoderna och därefter kontrollerades resultaten. Efter detta steg analyserades rest-effekten för att med den lyckas uppskatta hur värmen rör sig i en flytande härd. Detta gjordes genom att köra reaktorn i 30 dagar för att mätta rest-effekten. Därefter kontrollerades den totala rest-effekten varje sekund i tre minuter efter att reaktorn ställts av. Denna data användes för att estimera värmeeffekten som returnerar in i härden. För att estimera värmen som returnerar användes ett simpelt script tillsammans med data om rest-effekten och en antagen flödeshastighet. Den returnerade värmen antas endast bero på rest-effekten och att denna rest-effekt inte sprider sin värme till bränslet utanför härden och andra komponenter i reaktorn. Resultatet är att värmen som returnerar tillbaka in när en rörlig härd används är lägre än vid en statisk härd. Den högsta observerade värmeförlusten var 2,2% vid en mer realistisk flödeshastighet på 0,5 m/s. Dock är den absolut högsta värmeförlusten uppmätt till 3,3% vid en flödeshastighet på 0,1 m/s. Slutsatsen av detta arbete är att en MSR reaktor med rörlig härd får endast några procentenheter i värmeförlust. Detta kan tyckas vara lite men relativt till reaktoreffekten blir det några MW i värmeförlust.