Time-dependent performance characteristics of fusion hybrid blankets
Description
Energy multiplication and fissile fuel production in fusion fission hybrid blankets have been the subject of numerous studies during the last years. While most of the blanket neutronics investigations refer to stationary problems, we examine here the time dependent relationships among the various blanket parameters in order to reveal their immediate and long term effect to the blanket performance. Based on an appropriate parametrisation we present a convenient analytical method for solving the dynamic balance equations of (i) the free neutrons, (ii) the isotopes engendered and consumed in the several nuclear reactions, as well as (iii) the power production in a fission blanket driven by D-T neutrons. As results we describe burn-up and build-up of the important nuclear species in the blanket, including also fission products, and we discuss the time variation of fissile fuel content and its effect on the subcriticality of the blanket assembly; further, we illustrate the breeding ratio and fissile fuel yield as functions of fuel residence time and determine a maximum fissile enrichment achievable with a specific blanket design. Also we demonstrate the variation of inherent neutron multiplication as affected by the blanket exposure to fusion neutrons. Finally, a criterion for subcriticality is exhibited posing constraints to blanket design parameters which in turn restrict the blanket management to a proper range of loading, residence and extraction of fuel materials. (orig.)
Abstract (German)
Die Moeglichkeit von Energiemultiplikation und Erzeugung von Kernbrennstoffen in Blanket von hybriden Fusions-Fissionsreaktoren ist in den letzten Jahren in zahlreichen Studien untersucht worden. Waehrend die meisten solchen Untersuchungen der Blanketneutronik stationaere Probleme betreffen, werden hier zeitabhaengige Beziehungen zwischen den verschiedenen Blanketparametern behandelt, sowie deren unmittelbarer und langzeitiger Einfluss auf die Leistungscharakteristik des Hybridblankets. Basierend auf einer geeigneten Parametrisierung wird eine analytische Methode zur Loesung eines Gleichungssystems praesentiert, das die Teilchendynamik der (i) freien Neutronen, (ii) verschiedenen Isotope, welche in den Kernreaktionen erzeugt und verbraucht werden, beschreibt wie auch (iii) die Energieproduktion in einem von D-T-Fusionsneutronen angetriebenen Spalt- und Bruetblanket. Es werden Abbrand und Anreicherung der interessierenden Isotopenarten unter Beruecksichtigung des Einflusses einer zunehmenden Spaltproduktkonzentration berechnet, und die Auswirkung der zeitlich veraenderlichen Isotopenzusammensetzung des Blankets auf seine Unterkritikalitaet diskutiert. Weiters werden die Bruetrate und die Netto-Kernbrennstofferzeugung als Funktionen der Spaltstoffanreicherung bzw. der Bruetstoffverweilzeit dargestellt und der jeweils fuer ein Blanket-Design spezifische maximal erreichbare Anreicherungsgrad bestimmt. Ferner wird auch beschrieben, wie sich die inhaerente Neutronenvervielfachung durch die dauernde Bestrahlung des Blankets mit Fusionsneutronen veraendert. Schliesslich wird noch ein Unterkritikalitaetskriterium angegeben, das den Betrieb eines Hydridblankets auf bestimmte Brennstofflade- und Entladeraten und Verweilzeiten von Bruetstoffmaterialien beschraenkt. (orig.)Additional details
Publishing Information
- Journal Title
- Atomkernenerg. Kerntech.
- Journal Volume
- 44
- Journal Issue
- 1
- Series
- CODEN: ATKEA.;Atomkernenerg. Kerntech.
- Journal Page Range
- 73-80
- ISSN
- 0171-5747
Conference
- Title
- 3. international conference on emerging nuclear energy systems.
- Dates
- 6-9 Jun 1983.
- Place
- Helsinki (Finland).
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 15026388
- Subject category
- S70: PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Conference
- Descriptors DEI
- BREEDING BLANKETS; FISSILE MATERIALS; HYBRID REACTORS; PERFORMANCE; PRODUCTION; THERMONUCLEAR FUELS; THERMONUCLEAR REACTORS; TIME DEPENDENCE
- Descriptors DEC
- FISSIONABLE MATERIALS; FUELS; MATERIALS