Βελτιστοποίηση πειραματικών/παραγωγικών δυνατοτήτων ερευνητικών πυρηνικών αντιδραστήρων
Authors: Χρυσανθοπούλου Νεφέλη 
Published: September 2021

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση υλικών και μεθόδων που αποσκοπούν στη μετατροπή του νετρονικού φάσματος που επικρατεί σε θέσεις ακτινοβόλησης θερμικού ερευνητικού αντιδραστήρα, σε ένα τυπικό φάσμα αντιδραστήρα ταχέων νετρονίων υγρού νατρίου. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν νετρονικοί υπολογισμοί που αφορούσαν την εισαγωγή μίας διάταξης στην περιοχή του ανακλαστή του αντιδραστήρα Jules Horowitz (JHR, Jules Horowitz Reactor). Η αλληλεπίδραση των νετρονίων με τα υλικά της διάταξης οδηγεί στην προσαρμογή του επικρατούντος νετρονικού φάσματος του JHR στην ενεργειακή νετρονική κατανομή που χαρακτηρίζει έναν SFR. Ο JHR είναι ένας θερμικός ερευνητικός αντιδραστήρας και ένας από τους κύριους στόχους του είναι η έρευνα και η μελέτη υλικών για τους πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας 2ης, 3ης και 4ης γενιάς. Για αυτό το λόγο μία από τις κύριες δραστηριότητες του είναι η ανάπτυξη διατάξεων που θα παρέχουν συνθήκες ακτινοβόλησης των δομικών υλικών και των καυσίμων αντιπροσωπευτικές του περιβάλλοντος όπου αυτά πρόκειται τελικά να χρησιμοποιηθούν.Στο πλαίσιο της διατριβής πραγματοποιήθηκε μελέτη της σχετικής υπάρχουσας (ήδη σε χρήση, υπό ανάπτυξη ή προτεινόμενης) τεχνολογίας, η οποία αποτέλεσε υπόβαθρο για την προσέγγιση επίλυσης του προβλήματος και παρουσιάζεται περιεκτικά στην αρχή της διατριβής. Η ρύθμιση του φάσματος επιτυγχάνεται με την ενίσχυση του λόγου ταχέων προς θερμικά νετρόνια, δηλαδή, είτε με την εγκατάσταση υλικών που απορροφούν αποτελεσματικά τα θερμικά νετρόνια ή/και με την προσθήκη σχάσιμου υλικού, ενισχύοντας έτσι την συνιστώσα των ταχέων νετρονίων. Και οι δύο μέθοδοι σχετίζονται με αλληλεπιδράσεις νετρονικής σύλληψης. Με άξονα τις μεθόδους που έχουν ήδη αναπτυχθεί, πραγματοποιήθηκε εκτεταμένη μελέτη των υλικών που παρουσιάζουν ισχυρή ικανότητα απορρόφησης θερμικών νετρονίων καθώς και της επίδρασής τους στο φάσμα αναφοράς (JHR-ανακλαστής). Στη συνέχεια, ακολουθώντας τις μεθόδους που αναφέρονται στη βιβλιογραφία, διερευνήθηκε η επίδραση της προσθήκης σχασίμου υλικού στο εσωτερικό του JHR-ανακλαστή. Επιπλέον, θεωρήθηκε ικανή ποσότητα νατρίου ως περίβλημα του σχάσιμου υλικού προκειμένου να μελετηθεί εάν η παρουσία του μπορεί να προκαλέσει μετατόπιση του φάσματος. Οι τεχνικές αυτές, αν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετατροπή ενός θερμικού φάσματος σε φάσμα ταχέων νετρονίων, αποτυγχάνουν να προσομοιώσουν το SFR φάσμα. Δεδομένου αυτού, η εργασία οδηγήθηκε στην προσαρμογή του φάσματος κάνοντας χρήση των αλληλεπιδράσεων σκέδασης.Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι μία διάταξη υλικών που χαρακτηρίζονται από σημαντικές μικροσκοπικές διατομές ανελαστικής σκέδασης περί το 1 MeV, μπορεί να δημιουργήσει ένα νετρονικό φάσμα που προσεγγίζει σε αρκετά ικανοποιητικό βαθμό αυτό του SFR, χωρίς καν να απαιτείται η ενίσχυση της συνιστώσας ταχέων νετρονίων με σχάσιμο υλικό. Οι παράγοντες που προσδιορίζουν αποτελεσματικούς ανελαστικούς σκεδαστές περιλαμβάνουν την πυκνότητα και την μικροσκοπική ενεργό διατομή ανελαστικής σκέδασης καθώς και τις ενεργειακές περιοχές όπου αυτή λαμβάνει χώρα. Για την πρόταση μιας διάταξης που μπορεί να επιτύχει την απαιτούμενη τροποποίηση του φάσματος όλοι οι παραπάνω παράγοντες πρέπει να εξετάζονται ξεχωριστά. Προκαταρκτικοί νετρονικοί υπολογισμοί έδειξαν ότι η εισαγωγή μίας τέτοιας διάταξης στον ανακλαστή του JHR δεν εγείρει ζητήματα ασφάλειας.