Comparison of spallation and fusion neutron sources in a fusion-fission system (FFS)

Abstract

Este estudo analisa o efeito da fonte externa de nêutrons em um sistema de fusão-fissão (FFS), que utiliza uma câmara de fusão central cercada por múltiplas camadas (mantas) de multiplicadores de nêutrons e moderadores, que incluem câmaras de refrigeração, berílio (Be), camada multiplicadora, uma manta de fissão fértil e um refletor de seixo de grafite. O objetivo é investigar o comportamento neutrônico dos sistemas sob diferentes fontes de nêutrons e analisar a evolução do combustível, utilizando combustível reprocessado há 10 anos. Para isso foram analisadas duas fontes de nêutrons, ambos foram distribuídos homogeneamente por toda a esfera central. Uma das fontes de nêutrons simulados foram os nêutrons com energia de 14,1 MeV produzidos pelas reações de fusão D – T e a outra era uma fonte de nêutrons de reações nucleares de alta energia (spallation). Além disso, dois combustíveis reprocessados ​​pela técnica GANEX foram usadas no sistema para ambas as fontes externas de nêutrons, uma enriquecida com cerca de 79% de urânio empobrecido e o outro enriquecido com cerca de 75% de tório. O gasto combustíveis utilizados nas simulações têm composição equivalente ao combustível irradiado descarregado do PWR ANGRA-I brasileiro, com enriquecimento inicial de 3,1%. A simulação de queima de combustível foi realizado em código ORIGEN 2.1 por três ciclos, com burnup de aproximadamente 11.000 MWd/tHM em cada ciclo, seguindo o histórico de potência ANGRA-I de ciclos reais. Depois disso, todos os as simulações foram realizadas utilizando o código SERPENT Monte Carlo versão 2.1.31. Os resultados do sistema de fusão-fissão mostram que a diminuição da criticidade foi consideravelmente menor durante o queima quando a fonte de fusão foi usada. Portanto, a fonte de fusão é a melhor opção para fornecer um extensão de queima. Contudo a fonte de spallation rendeu mais U-233 do que a fonte de fusão, alcançando os melhores resultados para regeneração de combustível.