Published 1987 | Version v1
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Resonance absorption in HTR mixed cores from high and low-enriched uranium fuel

Description

Automatic translation: Since the consortium's pebble bed high-temperature reactor (HTR) went into operation Experimental Reactor (AVR) GmbH in Jülich was the resource-saving thorium-uranium cycle with highly enriched uranium fuel and thorium as breeding material for many years Reference fuel for this HTR line. Efforts came from the USA to reduce the degree of enrichment of the fuels in order to make the misuse of fissile material for weapons purposes more difficult and thus, among other things, the basis for the introduction of nuclear energy into politically insecure areas /INFCE/. In this context, the HTR based on the pebble bed principle offers the possibility of unrestricted power operation from highly enriched to medium or low enriched to change fuel and thus once again proves its high flexibility and topicality. The experimental reactor of the AVR is due to the many years of experience of its operating team in the implementation of experiments and last but not least because of the embedding in the scientific and technical infrastructure of the KFA the ideal test device for core physical Experiments, and so the conversion of his fuel cycle has been successful since mid-1982 demonstrated. This process, which is continuous with a pebble bed core, is very demanding to the computer simulation: Even if the graphite-moderated, helium-cooled HTR is characterized by an overall good-natured reactor-physical behavior is a correct one Treatment of resonance absorption in fertile matter is of great importance. Due the more homogeneous arrangement of fuel compared to other thermal reactors and moderator, the resonance integrals are 2 to 3 times higher. The transition to low enriched fuel due to the higher U-238 inventory brought in with it Build-up of plutonium formed in it by resonance absorption. pronounced Fission resonances of Pu-239 in the thermal regime suggest that Pu-239 in burns to a greater extent in situ in the reactor, so a non-negligible proportion of the power generation has. Furthermore, the low-lying plutonium resonances have a great influence on the Core dynamics and from this point of view require an exact computational recording of the plutonium inventory. Last but not least requires the correct treatment of the decay heat of irradiated fuel precise knowledge both with regard to disposal and for incident considerations of the current uranium, plutonium and transplutonium vectors /IREl/.

Abstract (German)

Seit der Inbetriebnahme des Kugelhaufen-Hochtemperaturreaktors (HTR) der Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor (AVR) GmbH in Jülich war der die Ressourcen schonende Thorium-Uran-Zyklus mit hoch angereichertem Uranbrennstoff sowie Thorium als Brutstoff über lange Jahre Referenzbrennstoff für diese HTR-Linie. Aus den USA kamen Bestrebungen, die Anreicherungsgrade der Brennstoffe zu reduzieren, um so den Mißbrauch von Spaltmaterial für Waffenzwecke zu erschweren und damit u.a. die Grundlage für die Einführung der Kernenergie in politisch unsichere Gebiete zu schaffen /INFCE/. Der HTR nach dem Kugelhaufenprinzip bietet in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, bei uneingeschränktem Leistungsbetrieb von hoch angereicherten auf mittel bzw. niedrig angereicherten Brennstoff umzustellen und stellt damit erneut seine hohe Flexibilität und Aktualität unter Beweis. Der Versuchsreaktor der AVR ist aufgrund der langjährigen Erfahrungen seiner Betreibennannschaft in der Durchführung von Versuchen und nicht zuletzt wegen der Einbettung in die wissenschaftliche und technische Infrastruktur der KFA das ideale Testgerät für corephysikalische Experimente, und so wird die Umstellung seines Brennstoffkreislaufes seit Mitte 1982 erfolgreich demonstriert. Dieser bei einem Kugelhaufencore kontinuierliche Prozeß stellt einen hohen Anspruch an die rechnerische Simulation: Auch wenn der graphitmoderierte, heliumgekühlte HTR sich durch ein insgesamt gutmütiges reaktorphysikalisches Verhalten auszeichnet, ist eine korrekte Behandlung der Resonanzabsorption in den Brutstoffen von großer Wichtigkeit. Bedingt durch die im Vergleich zu anderen thermischen Reaktoren homogenere Anordnung von Brennstoff und Moderator sind hier die Resonanzintegrale um das 2 bis 3 fache höher. Der Übergang auf niedrig angereicherten Brennstoff bedingt durch das damit eingebrachte höhere U-238 Inventar einen stärkeren Aufbau von Plutonium, welches durch Resonanzabsorption in diesem gebildet wird. Ausgeprägte Spaltungsresonanzen von Pu-239 im thermischen Bereich lassen verstehen, daß Pu-239 in höherem Maße in situ im Reaktor verbrennt, also einen nicht zu vernachlässigenden Anteil an der Leistungserzeugung hat. Die niedrig liegenden Plutoniumresonanzen bedingen desweiteren einen großen Einfluß auf die Coredynamik und erfordern aus dieser Sicht eine exakte rechnerische Erfassung des Plutoniuminventars. Nicht zuletzt verlangt die korrekte Behandlung der Nachzerfallswärme von bestrahltem Brennstoff sowohl in Hinblick auf die Endlagerung als auch für Störfallbetrachtungen eine genaue Kenntnis der aktuellen Uran, Plutonium und Transplutoniumvektoren /IREl/.

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Original title (German)
Resonanzabsorption in HTR Mischcores aus hoch und niedrig angereichertem Uranbrennstoff

Publishing Information

Imprint Pagination
70 p.
Report number
INIS-DE--22M0873

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Notes
30 figs.