Evaluation of a tritium breeding layer in a fusion-fission hybrid system
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Avaliação de uma camada de reprodução de trítio em um sistema híbrido fusão-fissão
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Resumo
A transmutation layer in a Tokamak system was designed with a spent nuclear fuel matrix composed by transuranic nuclides spiked with thorium. A previous study evaluated the transmutation layer localization in a fusion-fission hybrid system and results showed among all liquid metal coolants studied, the lead (Pb) and the lead-bismuth (LBE) coolants presented the higher transmutation rates. However, by not using lithium-based coolants, the tritium production is substantially decreased and it is required to maintain the D-T fusion reactions. So, the aim of this work is to analyze and compare what material could be used as a tritium breeder layer and how its insertion and localization could affect the system. The neutron flux and reaction rates were analyzed to evidence the best tritium breeder material at the breeder layer localization. The first results have shown that pure lithium at the chose tritium breeder layer location is more effective regarding the tritium production and also maintaining a harder neutron spectrum in transmutation layer.
Abstract
Uma camada de transmutação em um sistema Tokamak foi projetada com uma matriz de combustível nuclear gasta composta por nuclídeos transurânicos enriquecidos com tório. Um estudo anterior avaliou a localização da camada de transmutação em um sistema híbrido fusão-fissão e os resultados mostraram que entre todos os refrigerantes de metal líquido estudados, os refrigerantes chumbo (Pb) e chumbo-bismuto (LBE) apresentaram as maiores taxas de transmutação. No entanto, ao não usar refrigerantes à base de lítio, a produção de trítio é substancialmente diminuída e é necessária para manter as reações de fusão D-T. Assim, o objetivo deste trabalho é analisar e comparar qual material pode ser utilizado como camada criadora de trítio e como sua inserção e localização podem afetar o sistema. O fluxo de nêutrons e as taxas de reação foram analisados para evidenciar o melhor material reprodutor de trítio na localização da camada criadora. Os primeiros resultados mostraram que o lítio puro no local escolhido da camada criadora de trítio é mais eficaz em relação à produção de trítio e também mantém um espectro de nêutrons mais duro na camada de transmutação.
Assunto
Combustíveis nucleares, Tokamaks, Transmutação (Química), Fusão nuclear, Trítio
Palavras-chave
Fusion-fission hybrid system, Tritium breeders
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