प्रोटोरिनियम थोरियम ईंधन चक्र की दक्षता को कितना कम कर सकता है?

Question

थोरियम ईंधन चक्र के काउंटरपॉइंट्स में से एक यह है कि प्रोटैक्टिनियम, जो इस चक्र में उत्पन्न होता है, रिएक्टर दक्षता को कम करता है और इस तरह कम से कम तरल फ्लोराइड या पिघला हुआ नमक रिएक्टरों को हटाने की आवश्यकता होती है । हालाँकि, जहाँ तक मैं बता सकता हूँ, प्रोटैक्टिनियम को पहले ठोस-ईंधन थोरियम रिएक्टर के कामकाज के दौरान नहीं हटाया गया था, जो शिपिंगपोर्ट में इस्तेमाल होने वाला तीसरा कोर था; या कम से कम मैं आधिकारिक ईंधन रिपोर्ट में प्रोटैक्टीनियम को हटाए जाने (संचालन के दौरान) का कोई उल्लेख नहीं पा सकता हूं ।

तो, प्रश्न:

• मात्रात्मक रूप से, प्रोटैक्टिनियम द्वारा निकाले जाने से रिएक्टर दक्षता कितनी खराब हो सकती है?
• यह गिरावट रिएक्टर के प्रकार और अन्य मापदंडों (ज्यामिति आदि) पर किस हद तक निर्भर करती है?

Comments

यह इस साइट पर मैंने देखे गए अधिक दिलचस्प सवालों में से एक है।

— फ्रेड

Answer 1

यह एक जटिल सवाल है क्योंकि थोरियम ईंधन चक्रों के लिए कई चर और कई प्रस्तावित डिजाइन भी हैं; लेकिन ऐसा लगता है कि आपके प्राथमिक हित में समाधान में पीए 233 को छोड़ना है या नहीं, यह थोरियम परमाणु चक्र को उस बिंदु पर प्रतिकूल रूप से प्रभावित करेगा, जहां यह इस आइसोटोप को हटाने के लिए अधिक समझ में आता है, क्योंकि यह हमारी जरूरत के लिए बीटा के पुन: परिचय के बाद हमारे लिए आवश्यक है- 233 ईंधन।

इस प्रश्न का संक्षेप में उत्तर देने के लिए आइए पहले एक थर्मल रिएक्टर मान लें (जैसे न्यूट्रॉन अच्छी तरह से संचालित होते हैं और ऊर्जा को U-233 के विखंडन के लिए आदर्श मानते हैं)। आगे चलकर 98% Th-232, 1% Pa-233 और 1% U-233 के साथ रचना के बारे में एक धारणा बनाते हैं।

इनमें से प्रत्येक आइसोटोप के क्रॉस सेक्शन (एक थर्मल न्यूट्रॉन से कितने बड़े हैं) लगभग हैं: अवशोषण के लिए Th-232, 7.37 बार्न्स; Pa-233, अवशोषण के लिए 40 खलिहान; U-233, 529 विखंडन के लिए। यदि आप नहीं जानते कि एक 'खलिहान' क्या है, तो मूल रूप से यह लक्ष्य नाभिक के 2 डी आकार का वर्णन करने के अलावा और कुछ नहीं है, जहां तक ​​कि आने वाले न्यूट्रॉन के साथ बातचीत है। 1 खलिहान = 10 ^-24 सेमी ² और इस तरह नामित किया गया था क्योंकि परमाणु तराजू पर, जैसा कि पुरानी कहावत है, "... एक खलिहान जितना बड़ा है।"

इस जानकारी का उपयोग औसत दूरी को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है एक न्यूट्रॉन इन परमाणुओं में से एक के साथ 'टकराव / अंतःक्रिया' करने से पहले यात्रा करेगा (जिसे परिवहन मुक्त पथ भी कहा जाता है)। फ़ंक्शन निम्नानुसार है:

$$l=\frac{1}{\sigma N-\frac{2}{3A}}$$

कहा पे:

• $l$ परिवहन का मतलब मुक्त मार्ग है;
• $\sigma$ आइसोटोप क्रॉस सेक्शन है;
• $N$ आइसोटोप की संख्या घनत्व है;
• $A$ , आइसोटोप में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या है ।

चूंकि वे सभी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या में बहुत समान हैं, इसलिए हम शब्द को समाप्त कर सकते हैं । इसके अलावा, इस फ़ंक्शन का उपयोग मुख्य रूप से सामग्री की दी गई गहराई के माध्यम से न्यूट्रॉन के ऊर्जा नुकसान को बिखरने और गणना करने के लिए किया जाता है, लेकिन यह हमारे साथ छोड़ने के अवशोषण के लिए भी काम करता है:$\frac{2}{3A}$

$$l \sim \frac{1}{\sigma N}$$

यह सूत्र औसत (ईश) दूरी देता है एक न्यूट्रॉन एक परमाणु (अवशोषण, विखंडन, बिखरने, आदि) के साथ बातचीत होने से पहले एक सामग्री के माध्यम से यात्रा करेगा।

कुछ त्वरित संख्या क्रंचिंग (सटीक संख्या घनत्वों को छोड़ना और रचनाओं के% के साथ जाना) के साथ हम आसानी से देख सकते हैं कि न्यूट्रॉन द्वारा यात्रा की गई औसत दूरी U-233 और Th-232- बनाम पा के लिए कम परिमाण के एक आदेश से अधिक है। -233 समस्थानिक इसलिए इस रिएक्टर की 'दक्षता' पर इसका प्रभाव नगण्य होगा।

अपने सवालों के जवाब देने के लिए:

• क्या Pa-233 गठन रिएक्टर दक्षता को प्रभावित करता है? हाँ।
• क्या व्यवहार्य थोरियम ईंधन चक्र होने के लिए पा -233 को हटाना महत्वपूर्ण है? नहीं।
• क्या रिएक्टर की ज्यामिति प्रभाव क्षमता को प्रभावित करती है? हां, लेकिन यह एक संपूर्ण प्रश्न है। ;)

उम्मीद है की यह मदद करेगा!

Comments

कृपया प्रारूपित होने के बाद अपने समीकरणों की शुद्धता की दोबारा जाँच करें। मुझे यकीन नहीं है कि किस संपत्ति / मात्रा "# इन आइसोटोप" का उल्लेख किया गया है, इसलिए प्रतीक के रूप में एक जेनेरिक एन का उपयोग किया गया है।

— एयर

अच्छी तरह से संपादित हवा। "# इन आइसोटोप्स का" परमाणु संख्या घनत्व का एक संदर्भ है जो कि राजधानी 'एन' का उपयोग करने के लिए होता है, जो सभी मामलों में अच्छी तरह से किया जाता है! मेरी केवल गलतफहमी यह स्पष्ट है कि मुझे अपने लेटेक्स कौशल पर काम करने की आवश्यकता है ...

— eatscrayons

Answer 2

प्रोटैक्टीनियम पृथक्करण तरल फ्लोराइड थोरियम रिएक्टरों का एक अच्छा लाभ है, इस तथ्य से संभव है कि ईंधन (और प्रोटैक्टिनियम) तरल रूप में हैं। कि आसपास पंप करना और केमिस्ट्री-सामान करना आसान है।

शिपिंगपोर्ट रिएक्टर एक ठोस ईंधन (थोरियम ऑक्साइड) रिएक्टर था जिसमें शीतलक और मॉडरेटर के रूप में पानी होता था। इसलिए प्रोटोक्टिनियम ईंधन तत्वों में फंस गया होगा।

अन्य ईंधन चक्र (जैसे U-235) रिएक्टर जहर भी उत्पन्न करते हैं। ये वास्तव में ठोस ईंधन तत्वों को बेकार कर देते हैं इससे पहले कि ईंधन का सभी उपभोग किया गया हो। ईंधन को पिघलाने और उपयोगी विखंडनीय सामग्री को पुनर्प्राप्त करना संभव है। इस प्रक्रिया को अपनाने के स्तर का आनंद नहीं लिया गया है कि यह राजनीति, नौकरशाही आदि के कारण हो सकता है। अक्सर, खर्च किए गए ईंधन को बस पुनर्संसाधन के बिना निपटाया जाता है।

Comments

ओपी ने विशेष रूप से दक्षता पर मात्रात्मक प्रभाव के बारे में पूछा, लेकिन आपको ऐसा बिल्कुल नहीं लगता है। क्या आपके पहले पैराग्राफ में तकनीक का कोई वास्तविक-विश्व कार्यान्वयन है, जिसका उपयोग आप अपने उत्तर का वर्णन करने के लिए कर सकते हैं?

— एनर्जीन्यूज

रैपिड प्रोटैक्टीनियम निष्कर्षण पर अधिक हाल के लेखों में से एक: dx.doi.org/10.1080/19443994.2012.664263

— हिरण हंटर

@EnergyNumbers, मैं कहूंगा कि आप काफी सही हैं। मैं देखता रहूंगा, लेकिन मेरे पास जो किताबें हैं, वे केवल यू -235 चक्र (ज्यादातर एक्स द्वारा) जहर के बारे में बात करते हैं। के रूप में यह मेरा जवाब बहुत कमजोर है खड़ा है।

— दान

Answer 3

उत्तर (विश्वास है या नहीं) नहीं है। क्यूं कर? क्योंकि ईंधन जलाने में सुधार के लिए अब परमाणु रिएक्टरों के लिए "एडिटिव" के रूप में प्रोटैक्टीनियम पर चर्चा की जा रही है। प्रोटैक्टीनियम को हटाने की लागत बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है।

$$\begin{gather} 238\text{Th} + 1\text{n}= 233\text{Pa} = 233\text{U} \\ 233\text{Pa}+1\text{n}=\text{U}234+1\text{n}=\text{U}235 \end{gather}$$

दोनों ही विखंडनीय हैं। तो, संक्षिप्त उत्तर नहीं है।