Reaktorin polttoaineessa käytön aikana tapahtuvat nuklidikoostumuksen muutokset

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan reaktorin polttoaineen nuklidikoostumuksen muutoksia. Työssä lasketaan Serpent-reaktorifysiikkakoodilla palamalaskuja käyttäen BEAVRS benchmark -reaktorin lähtötietoja, sekä tutustutaan kirjallisuuden avulla nuklidikoostumuksen muutoksiin ja kiinteän palavan absorbaattorin käyttöön. Tarkoituksena on muodostaa kuvaajat kuvaamaan palavan absorbaattorin (gadolinium) vaikutusta reaktiivisuuteen sekä palaman vaikutusta uraanin ja plutoniumin isotooppien vähenemiseen ja kertymiseen. Aluksi työssä perehdytään reaktorin toimintaan perusfysiikalla ja tutkitaan kirjallisuuden avulla palavan absorbaattorin toimintaa sekä reaktorin latausstrategiaa, sitten tutustutaan laskentaohjelmistoon ja esitellään laskennan lähtötiedot.

Tuloksissa havaitaan uraanin väheneminen palaman suhteen. Plutoniumin kertymisessä pystyy havaitsemaan gadoliniumin merkityksen. Palava absorbaattori gadolinium kasvattaa plutoniumin määrää. Gadoliniumin merkitys reaktorin kasvutekijään toistaa samanlaista käyrää kuin kirjallisuudesta löytyvissä lähteissä. Ensimmäisillä palama-askelilla nähdään kasvutekijässä nopea lasku, joka johtuu xenonin vaikutuksesta. Sen jälkeen kasvutekijä lähtee hetkellisesti kasvuun. Kasvupiikin kohdalla gadolinium palaa loppuun, minkä jälkeen kasvutekijä lähtee loivaan laskuun, kuten ilmankin palavaa absorbaattoria. Tässä työssä Serpentillä mallinnettuja laskuja verrataan kirjallisuudesta löytyviin vastaaviin ja tulokset ovat samankaltaisia.

In this bachelor thesis burnup calculations are conducted using Serpent code. The model is built according to BEAVRS benchmark reactor. Goal is to plot changes in reactivity, with and without burnable absorbers (gadolinium), and decay of uranium and build-up of plutonium. First there is introduction to basic reactor physics, then overview of Serpent and calculation code forming.

In results, reduction of uranium and gadolinium, increase of plutonium and change of multiplication factor are shown as function of burnup. The effect of burnable absorber gadolinium can be seen in plutonium quantity as the burnable absorber increases the plutonium quantity. Gadoliniums effect on multiplication factor can be seen. Due to Xenon multiplication factor has a rapid decrease in the first phase of burnup before temporary growth as the gadolinium is burned away. At the end of the growth all the gadolinium has burned away, and the multiplication factor starts to decrease as the uranium quantity is decreasing and plutonium quantity is increasing.