Výpočetní simulace urychlovačem řízeného jaderného reaktoru pro transmutaci vyhořelého jaderného paliva

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá využitím vyhořelého (spotřebovaného) jaderného paliva, z jaderných elektráren dnešního typu, v jaderných elektrárnách nové generace – urychlovačem řízených transmutačních elektrárnách, které by výrazně zmenšovaly obsah nebezpečných dlouho žijících radioizotopů a navíc by dokázaly využít jeho velký energetický potenciál díky rychlému spektru neutronů. V úvodu práce jsou uvedeny základní poznatky a aspekty o vyhořelém jaderném palivu spolu s jeho možností přepracování a dalšího využití s minimalizací dopadu na životní prostředí. Další část se zabývá detailním popisem urychlovačem řízených systémů a jejich jednotlivých prvků. V návaznosti na tuto rešerši následují jednotlivé chronologicky seřazené projekty světového významu s objasněním jejich aktuálního vývoje. Důraz je kladen především na projekt SAD a MYRRHA, jelikož se jedná o projekty, ze kterých se následně vychází při výpočtech. Tato poslední, výpočetní část, se zabývá vytvořením geometrie podkritického transmutačního reaktoru řízeného urychlovačem a následným vyhodnocením, která sestava při změně terče, jaderného paliva a chladiva/moderátoru je nejefektivnější jak pro transmutaci, tak pro energetické účely.

This master’s thesis deals with usage of burn-up (spent) nuclear fuel in nuclear power plants of next generation – accelerator driven transmutation plants which is produced in current nuclear power plants. This system could significantly reduce the volume of dangerous long-lived radioisotopes and moreover they would be able to take advantage of its great energy potential due to fast neutron spectrum. In the introduction are listed basic knowledge and aspects of spent nuclear fuel along with its reprocessing and the possibility of further use while minimizing environmental impact. As another point detailed description of accelerator driven systems is described together with its basic components. In addition this search is followed by individual chronological enumeration of projects of global significance concerning their current development. Emphasis is placed on SAD and MYRRHA projects, which are used like base for calculations. This last, computational part, deals with the creation of the geometry of subcritical transmutation reactor driven by accelerator and subsequent evaluation which assembly is the most effective for transmutation and energy purposes along with changing of target, nuclear fuel and coolant/moderator.