22.351 Análise de Sistemas do Ciclo de - mit

22.351 Análise de Sistemas do Ciclo de Combustível Nuclear
2º Trimestre de 2003
Conjunto de Problemas nº 7
Por motivos de simplicidade, considere um reator ideal, infinitamente homogêneo, contendo U-235
puro e um moderador essencialmente não absorvente. Você pode presumir absorção de ressonância e
fissão rápida desprezível, para que o reator possa ser tratado como um sistema totalmente térmico. O
foco desta questão recai sobre o uso dos absorventes (tóxicos) controladores e combustíveis. [Ver
páginas 81-84. Para um caso mais realista, veja que o tóxico combustível em um sistema heterogêneo é
descrito em “Linear Reactivity Model for Nuclear Fuel Management”, páginas 90-98.]
No começo de vida, um tóxico combustível é distribuído uniformemente para tornar crítico um reator
supercrítico a combustível limpo. O reator deve operar em um fluxo constante de Φ n/cm² -sec, que é
suficientemente baixo para que o desenvolvimento de xenônio e samário possa ser ignorado. Após um
tempo operacional de T segundos, o reator deve ficar apenas crítico, sem usar nenhum tóxico.
(1) Deduza uma expressão para o corte transversal microscópico requerido para o tóxico combustível,
necessário para fornecer o tempo de vida desejado.
Presuma que um tóxico combustível com o corte transversal microscópico desejado, digamos σ0, não
pode ser encontrado, mas que há elementos com cortes transversais microscópios maiores ou menores
que o valor desejado.
(2) Considere o caso em que o reator é tornado crítico em t=0, com um tóxico combustível cujo corte
transversal microscópico é menor que σ0. Para manter o reator crítico, utiliza-se hastes de controle
externas ou tóxicos solúveis. Esboce a forma da quantidade de reatividade controlada pelo sistema
de controle externo para o intervalo de tempo 0 a T (você pode presumir que o controle externo é
distribuído uniformemente). Explique qualitativamente.
(3) Considere o caso em que o reator é tornado crítico em t=0, com um tóxico combustível cujo corte
transversal microscópico é maior que σ0. Para manter o reator crítico, utiliza-se hastes de controle
externas ou tóxicos solúveis. Esboce a forma da quantidade de reatividade controlada pelo sistema
de controle externo para o intervalo de tempo 0 a T (você pode presumir que o controle externo é
distribuído uniformemente). Explique qualitativamente.
(4) Para os três vestígios de tóxico combustível (A, B e C), na Figura 3.3 em “Linear Reactivity Model
for Nuclear Fuel Management”, discuta as vantagens e desvantagens de cada esquema para
operação de um núcleo real.