Optimalizace skladování vyhořelého jaderného paliva

Ing. Jiří ZÁVORKA

Doctoral thesis

Optimization of spent nuclear fuel storage

Abstract:

Legislative and criticality safety margins are commonly achieved by placing neutron absorbers in the cask basket design. Currently, boron content in steel or aluminium alloy is exclusively used in spent nuclear fuel transport and storage facilities absorber components as the absorber material. The reason is that the mechanical and chemical properties of light boron nuclei can be added directly to basket tube materials or placed in extra sheets between the tubes, and boron is a very good neutron absorber. Nevertheless, with higher fuel enrichment and a limit on boron content in alloys, criticality safety criteria are not easily met. A unique solution presented in this dissertation thesis is based on special fixed neutron absorbers placed directly within the fuel assembly. A neutron absorber, permanently connected in specially designed tubes, decreases system reactivity more efficiently than absorber sheets between the assemblies. This solution is more efficient than absorber tubes even with a neutron flux trap. Hence, it allows significant basket design changes (e.g., lowering boron content in steel or decreasing fuel assembly pitch in the basket resulting in lower cask wall diameter and total cask mass). It is even possible to use absorbers to increase the capacity of the spent fuel pool. Absorbers allow safe storage in a more compact rack with increased capacity.

Abstract:

Legislativní a bezpečnostní limity jsou v současné době dosahovány pomocí neutronového absorbátoru umístěného v obalových souborech. Díky svým mechanickým, chemickým a hlavně neutronickým vlastnostem je používána směs oceli a neutronového absorbátoru v podobě bóru. Výsledná slitina je používána pro transportní i skladovací komponenty. Bór je možné přidávat přímo do obalových souborů nebo zvlášť do plátů mezi trubky. Nicméně, se zvyšujícím se obohacením paliva je stále složitější bór ve slitině mechanicky zpracovávat, zároveň však dochází ke zmenšování bezpečnostních rezerv. Představené unikátní řešení je založeno na speciálních fixních neutronových absorbátorech vložených přímo do palivového souboru. Neutronový absorbátor je trvale spojen ve speciálně navržených pouzdrech. Prezentované řešení efektivněji snižuje reaktivitu systému než standardně používané absorbční pláty vložené mezi soubory i s použitím neutronové pasti. Nový přístup umožňuje výrazně změnit konstrukci obalových souborů (kontejnerů na vyhořelé palivo). Například snížením obsahu bóru ve slitině nebo zmenšením rozteče mezi palivovými soubory, což umožňuje snížit tloušťku materiálu kontejneru a tím i jeho celkovou hmotnost. Navíc je možné použít absorbátory i na zvětšení kapacity bazénu použitého paliva. Absorbátory umožňují výrobu kompaktnější mříže skladování s větší kapacitou.

Keywords

vyhořelé jaderné palivo, jaderná bezpečnost, obalový soubor na vyhořelé palivo, neutronové absorbátory, jaderný palivový cyklus

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 12. 2022

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Prof. Ing. Radek Škoda, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Information Technology / Electrical Engineering and Information Technology