Published September 19, 2017 | Version v1
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Improvement of minor actinides transmutation performances in gen IV nuclear reactors: fuel cycle and reactors aspects

Description

Minor actinides transmutation is a solution written in the 2006 law on nuclear waste management. One option to carry out transmutation is to recover these heavy nuclides during fuel reprocessing and load them again in reactor cores to achieve fission and obtain shorter-lived fission products. However, minor actinides loading in the nuclear fuel cycle leads to penalties on core transient behavior and fuel reprocessing, such as a modification of core feedback coefficients or a higher neutron source and decay heat of the spent fuel. Following a complete analysis of the transmutation impacts, an optimization methodology of the reactor core taking into account all the fuel cycle and core behavior constraints is developed here. For the heterogeneous mode, where minor actinides are loaded in dedicated targets located at the core periphery, it is shown that the use of light elements to locally moderate the neutron spectrum in the blankets is an optimal solution, even when considering the negative impacts on the fuel cycle.For the homogeneous mode, where minor actinides are directly mixed with the fuel, it is shown that low void cores with axial heterogeneities are not impacted by minor actinides loading for loss-of-flow transients. It is demonstrated that core design results from a balance between core behavior in loss-of flow transient and reactivity insertion transient. Finally, it is shown that regardless of the minor actinides transmutation mode envisaged, fuel cycle constraints were challenging and requires significant R and D in support. (author)

Abstract (French)

La transmutation des actinides mineurs est une solution inscrite dans la loi de 2006 sur la gestion des dechets nucleaires a long terme. Une approche possible pour implementer cette technique consiste a recuperer ces noyaux lourds lors du retraitement du combustible nucleaire et a les recharger dans le oeur d'un reacteur. Cependant, l'ajout d'actinides mineurs dans le cycle du combustible nucleaire entraine l'apparition de penalites, tant sur le comportement du reacteur associe que sur les differentes etapes du retraitement. Apres une analyse des impacts de la transmutation, une methodologie d'optimisation du oeur d'un reacteur est developpee avec prise en compte de l'ensemble des contraintes liees au cycle du combustible et au fonctionnement du reacteur. Pour le mode heterogene, ou les actinides mineurs sont charges dans des assemblages dedies places en peripherie du oeur, il est demontre que l'utilisation d'elements legers pour moderer le spectre dans les cibles est une solution optimale. Pour le mode homogene, ou les actinides mineurs sont directement dilues dans le combustible du oeur, il est demontre que les oeurs a faible vidange presentant des heterogeneites axiales ne sont que peu impactes par le chargement en actinides mineurs pour les transitoires de type perte de debit. On montre que le design d'un oeur pour le transmutation doit resulter d'un arbitrage entre les performances pour un transitoire de perte de debit et celles pour un transitoire de type insertion de reactivite. Enfin, il a ete demontre que quelle que soit l'approche envisagee, les contraintes liees au cycle presentent des defis que seule une importante R et D dans ce domaine pouvait surmonter

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Original title (French)
Amelioration des performances de transmutation des actinides mineurs dans les reacteurs de quatrieme generation: aspects cycle et coeurs

Publishing Information

Imprint Pagination
288 p.
Report number
FRCEA-TH--9732

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
49083822
Subject category
S11: NUCLEAR FUEL CYCLE AND FUEL MATERIALS;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
ACTINIDES; FUEL CYCLE; RADIOACTIVE WASTE MANAGEMENT; REACTOR CORES; TRANSMUTATION
Descriptors DEC
ELEMENTS; MANAGEMENT; METALS; REACTOR COMPONENTS; WASTE MANAGEMENT

Optional Information

Notes
151 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Also available from Bibliotheques Universitaires, 163 Avenue de Luminy 13009 Marseille (France)