Transmutação de rejeitos radioativos em sistemas híbridos de fusão-fissão
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Resumo
Uma proposta de reciclagem e transmutação de rejeitos altamente radioativos em reatores híbridos fusão-fissão é apresentada. Dois sistemas de fusão foram avaliados. Um Tokamak, baseado em confinamento magnético, e outro baseado em confinamento inercial. Estes sistemas foram modificados e projetados para inserir uma camada transmutadora, composta de transurânicos provenientes de combustíveis queimados em usinas nucleares. A proposta da camada transmutadora é a primeira apresentada na literatura para ser usada com combustível reprocessado pelo método UREX+ e posteriormente diluído em tório ou urânio empobrecido para reduzir a quantidade de material físsil, de forma a manter o sistema subcrítico. As avaliações foram realizadas variando parâmetros geométricos tais como a espessura da camada transmutadora e o raio da barra dependendo do caso para obter a maior eficiência para reduzir os transurânicos contidos no combustível. Os resultados mostram a possibilidade de redução dos transurânicos para cada modelo e sua eficiência de transmutação em relação à quantidade inicial de combustível reciclado para cada reator de fusão. Além disso, uma comparação de ambos sistemas híbridos de fusão-fissão é realizada, com o objetivo de encontrar o melhor sistema transmutador dentre eles.
Abstract
A fission-fusion hybrid reactor is proposed for recycling and transmutation of highly radioactive waste. Two fusion systems were evaluated. A Tokamak, based on magnetic confinement, and another based on inertial confinement. These systems have been modified and designed to place a transmutation layer loaded with transuranic elements from spent fuel of nuclear power plants. The transmutation layer is the first presented in specific literature to be used with fuel reprocessed by the method UREX + and further spiked with depleted uranium or thorium to reduce the amount of fissile material in order to keep a subcritical system. The evaluations were carried out by varying geometric parameters such as the thickness of transmutation layer and the radius of the fuel rod. Depending on the case this variations increase the efficiency to reduce the transuranic contained in the fuel. The results show the possibility of reducing the transuranic for each model and transmutation efficiency compared to the initial amount of recycled fuel for each fusion reactor. Furthermore, a comparison of both hybrid fusion-fission systems is performed in order to find the best system to reduce transuranics efficiently.
Assunto
Tokamaks, Engenharia nuclear, Fusão nuclear
Palavras-chave
Ciências e Técnicas Nucleares