Mischoxydbrennstoff, der allgemein auf als MOX Brennstoff verwiesen ist, ist Kernbrennstoff, der mehr als ein Oxyd des spaltbaren Materials enthält. MOX Brennstoff enthält Plutonium, das mit natürlichem Uran, neu bearbeitetem Uran oder entleertem Uran vermischt ist. MOX Brennstoff ist eine Alternative zum Brennstoff des niedrig bereicherten Urans (LEU), der in den leichten Wasserreaktoren verwendet ist, die Kernkraft-Generation vorherrschen. Zum Beispiel reagiert eine Mischung von 7-%-Plutonium und natürlichem 93-%-Uran ähnlich obwohl nicht identisch zum LEU Brennstoff.

Eine Anziehungskraft des MOX Brennstoffs besteht darin, dass es eine Weise ist, Überschusswaffenrang-Plutonium, eine Alternative zur Lagerung von Überschussplutonium zu verwerten, das gegen die Gefahr des Diebstahls für den Gebrauch in Kernwaffen würde gesichert werden müssen. Andererseits haben einige Studien gewarnt, dass das Normalisieren des globalen kommerziellen Gebrauches des MOX Brennstoffs und der verbundenen Vergrößerung der Kernwiederaufbereitung zunehmen, aber nicht, die Gefahr der Kernproliferation abnehmen wird, indem es vergrößerte Trennung von Plutonium vom verausgabten Brennstoff im Zivilkernbrennstoff-Zyklus gefördert wird.

Übersicht

In jedem Uran-basierten Kernreaktor-Kern gibt es beide Spaltung von Uran-Isotopen wie Uran 235 , und die Bildung von neuen, schwereren Isotopen wegen der Neutronfestnahme, in erster Linie durch Uran 238 . Der grösste Teil der Kraftstoffmasse in einem Reaktor ist. Das kann Plutonium 239 und durch aufeinander folgendes Neutronfestnahme-Plutonium 240 , Plutonium 241 , Plutonium 242 und anderer transuranic oder actinide nuclides. werden und, ist wie spaltbar. Kleine Mengen von Uran 236 , Neptunium 237 und Plutonium 238 werden ähnlich davon gebildet.

Normalerweise, mit dem Brennstoff, der alle drei Jahre oder so, dem meisten wird ändert, "verbrannt" im Reaktor zu sein. Es benimmt sich wie mit einer ein bisschen höheren bösen Abteilung für die Spaltung, und seine Spaltung veröffentlicht einen ähnlichen Betrag der Energie. Normalerweise ist das ungefähr ein Prozent des verausgabten von einem Reaktor entladenen Brennstoffs Plutonium, und ungefähr zwei Drittel des Plutoniums sind. Weltweit, fast 100 Tonnen Plutonium im verausgabten Brennstoff entsteht jedes Jahr. Eine einzelne Wiederverwertung von Plutonium nimmt zu die Energie ist auf das ursprüngliche Uran durch ungefähr 12 % zurückzuführen gewesen, und wenn auch wiederverwandt durch die Wiederbereicherung zu sein, das ungefähr 20 % wird. Mit der zusätzlichen Wiederverwertung des Prozentsatzes von spaltbaren (gewöhnlich Bedeutung der Sonderbar-Neutronzahl nuclides) in der Mischung nimmt ab und Gleich-Neutronzahl, Neutronaufsaugen nuclide Zunahme, das Gesamtplutonium und/oder den bereicherten Uran-Prozentsatz verlangend, vergrößert zu werden. Heute in Thermalreaktoren wird Plutonium nur einmal als MOX Brennstoff wiederverwandt und ausgegeben MOX Brennstoff, mit einem hohen Verhältnis von geringem actinides und sogar Plutonium-Isotopen, wird als Verschwendung versorgt.

Das Wiedergenehmigen geht der Einführung des MOX Brennstoffs in vorhandene Kernreaktoren voran. Häufig wird nur ein Drittel zur Hälfte der Kraftstofflast zu MOX geschaltet. Der Gebrauch von MOX ändert wirklich die Betriebseigenschaften eines Reaktors, und das Werk muss entworfen oder ein bisschen angepasst werden, um es zu nehmen. Mehr Kontrollstangen sind erforderlich. Für das MOX mehr als 50 % Laden sind bedeutende Änderungen notwendig, und ein Reaktor muss entsprechend entworfen werden. Das Palo Verde Kernkraftwerk in der Nähe vom Phönix, Arizona wurde für MOX 100-%-Kernvereinbarkeit entworfen, aber hat immer bis jetzt auf frischem niedrigem bereichertem Uran funktioniert. In der Theorie konnten die drei Reaktoren von Palo Verde den MOX verwenden, der aus sieben herkömmlich angetriebenen Reaktoren jedes Jahr entsteht, und würden frischen Uran-Brennstoff nicht mehr verlangen.

Gemäß der Atomenergie von Canada Limited (AECL) konnten CANDU Reaktoren MOX 100-%-Kerne ohne physische Modifizierung verwenden. AECL hat bei der Nationalen USA-Akademie des Wissenschaftskomitees auf der Plutonium-Verfügung berichtet, dass es umfassende Erfahrung in der Prüfung des Gebrauches des MOX Brennstoffs hat, der von 0.5 bis 3-%-Plutonium enthält.

Aktuelle Anwendungen

Die Wiederaufbereitung von kommerziellem Kernbrennstoff, um MOX zu machen, wird im Vereinigten Königreich und Frankreich, und in einem kleineren Ausmaß in Russland, Indien und Japan getan. China plant, schnelle Züchter-Reaktoren und Wiederaufbereitung zu entwickeln. Die Wiederaufbereitung von verausgabtem Kommerziell-Reaktorkernbrennstoff wird in den Vereinigten Staaten wegen Rücksichten der Nichtweitergabe von Atomwaffen nicht erlaubt. Alle diese Nationen haben lange Kernwaffen von vom Militär eingestellten Forschungsreaktorbrennstoffen außer Japan gehabt.

Die Vereinigten Staaten bauen ein MOX Werk an der Savanne-Flussseite in South Carolina. Obwohl Tennessee Valley Authority (TVA) und Herzog-Energie Interesse am Verwenden des MOX Reaktorbrennstoffs von der Konvertierung von Waffenrang-Plutonium ausgedrückt haben, hat TVA (zurzeit der wahrscheinlichste Kunde) im April 2011 gesagt, dass es eine Entscheidung verzögern würde, bis es sehen konnte, wie MOX Brennstoff beim Kernunfall an Fukushima Daiichi geleistet hat.

Thermalreaktoren

Ungefähr 30 Thermalreaktoren in Europa (Belgien, die Schweiz, Deutschland und Frankreich) verwenden MOX, und weiter 20 sind lizenziert worden, so zu tun. Die meisten Reaktoren verwenden es als ungefähr ein Drittel ihres Kerns, aber einige werden MOX bis zu 50 % Bauteile akzeptieren. In Frankreich hat EDF zum Ziel, alle seine 900 MWe Reihen von Reaktoren zu haben, die mit dem mindestens einem dritten MOX laufen. Japan hat zum Ziel gehabt, ein Drittel seiner Reaktoren mit MOX vor 2010 zu haben, und hat Aufbau eines neuen Reaktors mit einem ganzen Kraftstoffladen von MOX genehmigt. Des Gesamtkernbrennstoffs verwendet heute stellt MOX 2 % zur Verfügung.

Das Genehmigen und Sicherheitsprobleme, MOX Brennstoff zu verwenden, schließt ein:

• Da Plutonium-Isotope mehr Neutronen absorbieren als Uran-Brennstoffe, können Reaktorregelsysteme Modifizierung brauchen.
• MOX Brennstoff neigt dazu, heißer wegen des niedrigeren Thermalleitvermögens zu laufen, das ein Problem in einigen Reaktordesigns sein kann.
• Die Spaltungsgasausgabe in MOX Kraftstoffbauteilen kann die maximale Zeit der Brandwunde des MOX Brennstoffs beschränken.

Ungefähr 30 % des in den MOX Brennstoff ursprünglich geladenen Plutoniums werden durch den Gebrauch in einem Thermalreaktor verbraucht. Wenn ein Drittel der Kernkraftstofflast MOX und zwei Drittel-Uran-Brennstoff ist, gibt es Nullnettogewinn von Plutonium im verausgabten Brennstoff.

Alle Plutonium-Isotope sind entweder spaltbar oder, obwohl Plutonium 242 Bedürfnisse fruchtbar, 3 Neutronen vor dem Werden spaltbarer curium-245 zu absorbieren; in Thermalreaktoren isotopic Degradierungsgrenzen das Plutonium verwenden Potenzial wieder. Der ungefähr 1 % verausgabter Kernbrennstoff von aktuellem LWRs ist Plutonium, mit der ungefähren isotopic Zusammensetzung 52 %, 24 %, 15 %, 6 % und 2 %, wenn der Brennstoff zuerst vom Reaktor entfernt wird.

Schnelle Reaktoren

Weil sich die Spaltung, um Verhältnis des Neutronquerschnitts mit der hohen Energie oder den schnellen Neutronen zu gewinnen, zur Bevorzugungsspaltung für fast alle actinides, einschließlich ändert, können schnelle Reaktoren sie alle für den Brennstoff verwenden. Der ganze actinides, einschließlich TRU oder transuranium actinides kann veranlasste Spaltung des Neutrons mit ungemäßigten oder schnellen Neutronen erleben. Ein schneller Reaktor ist effizienter, um Plutonium und höher actinides als Brennstoff zu verwenden. Je nachdem, wie der Reaktor angetrieben wird, kann er entweder als ein Plutonium-Züchter oder Brenner verwendet werden.

Diesen schnellen Reaktoren wird für die Umwandlung anderen actinides besser angepasst, als Thermalreaktoren sind. Weil Thermalreaktoren langsame oder gemäßigte Neutronen verwenden, neigen die actinides, die nicht fissionable mit Thermalneutronen sind, dazu, die Neutronen statt fissioning zu absorbieren. Das führt, um sich schwereren actinides zu entwickeln, und senkt die Zahl von Thermalneutronen, die verfügbar sind, um die Kettenreaktion fortzusetzen.

Herstellung

Der erste Schritt trennt das Plutonium vom restlichen Uran (ungefähr 96 % des verausgabten Brennstoffs) und die Spaltungsprodukte mit anderer Verschwendung (zusammen ungefähr 3 %). Das wird an einem Kernwiederaufbereitungswerk übernommen.

Das trockene Mischen

MOX Brennstoff kann durch den Schleifen zusammen von Uran-Oxyd (UO) und Plutonium-Oxyd (PuO) gemacht werden, bevor das Mischoxyd in Kügelchen gedrückt wird, aber dieser Prozess hat den Nachteil, viel radioaktiven Staub zu bilden. MOX Brennstoff, aus mit entleertem Uran gemischtem 7-%-Plutonium bestehend, ist zum zu ungefähr 4.5 % bereicherten Uran-Oxydbrennstoff gleichwertig, annehmend, dass das Plutonium ungefähr 60-65 % hat. Wenn Waffenrang-Plutonium verwendet würde (> 90 %), wäre nur ungefähr 5 % Plutonium in der Mischung erforderlich.

Coprecipitation

Eine Mischung des uranyl Nitrats und Plutonium-Nitrats in Stickstoffsäure wird durch die Behandlung mit einer Basis wie Ammoniak umgewandelt, um eine Mischung von Ammonium diuranate und Plutonium-Hydroxyd zu bilden. Das nach der Heizung in 5-%-Wasserstoff in Argon wird eine Mischung des Uran-Dioxyds und Plutonium-Dioxyds bilden. Das resultierende Puder kann mit einer Basis in grüne Kügelchen mit einer Presse umgewandelt werden. Das grüne Kügelchen kann dann sintered ins Mischuran- und Plutonium-Oxydkügelchen sein. Während dieser zweite Typ des Brennstoffs mehr homogenous auf der mikroskopischen Skala ist (Elektronmikroskop scannend), ist es möglich, Plutonium reiche Gebiete und Plutonium schlechte Gebiete zu sehen. Es kann nützlich sein, an den Festkörper zu denken, als, einer Salami (mehr als eine feste materielle Gegenwart im Kügelchen) ähnlich zu sein.

Americium-Inhalt

Das Plutonium vom neu bearbeiteten Brennstoff wird gewöhnlich in MOX so bald wie möglich fabriziert, um Probleme mit dem Zerfall von kurzlebigen Isotopen von Plutonium zu vermeiden. Insbesondere verfällt zu Americium 241 , der ein Gammastrahl-Emitter ist, ein potenzielles Berufsgesundheitsrisiko verursachend, wenn das getrennte Plutonium mehr als fünf Jahre alt in einem normalen MOX Werk verwendet wird. Während ein Gammaemitter die meisten Fotonen ist, strahlt es aus sind in der Energie, so 1 Mm der Leitung niedrig, oder das dicke Glas auf einem glovebox wird den Maschinenbedienern sehr viel Schutz zu ihren Rümpfen geben. Wenn es mit großen Beträgen von Americium in einem glovebox arbeitet, besteht das Potenzial für eine hohe Dosis der an die Hände zu liefernden Radiation.

Infolgedessen kann altes Reaktorrang-Plutonium schwierig sein, in einem MOX Kraftstoffwerk zu verwenden, weil es Zerfall mit einer Halbwertzeit des kurzen 14.1 Jahres in den radioaktiveren enthält, der den Brennstoff schwierig macht, in einer Produktionsstätte zu behandeln. Innerhalb von ungefähr 5 Jahren würde typisches Reaktorrang-Plutonium zu viel (ungefähr 3 %) enthalten. Aber es ist möglich, das Plutonium zu reinigen, das das Americium durch einen chemischen Trennungsprozess trägt. Sogar unter den schlechtestmöglichen Bedingungen wird die Mischung des Americiums/Plutoniums nie so radioaktiv sein wie ein geistiger Verausgabt-Kraftstoffauflösungsgetränk, so sollte es relativ aufrichtig sein, um das Plutonium durch PUREX oder eine andere wässrige Wiederaufbereitungsmethode wieder zu erlangen.

Außerdem ist spaltbar, während die Isotope von Plutonium mit sogar Massenzahlen nicht sind (in allgemeinen Thermalneutronen, wird gewöhnlich Spaltungsisotope mit einer ungeraden Zahl von Neutronen, aber selten denjenigen mit einer geraden Zahl), so Zerfall zu Blatt-Plutonium mit einem niedrigeren Verhältnis von Isotopen verwendbar als Brennstoff und ein höheres Verhältnis von Isotopen, die einfach Neutronen gewinnen (obwohl sie spaltbare Isotope nach einer oder mehr Festnahmen werden können). Der Zerfall zu und die nachfolgende Eliminierung dieses Urans würden die entgegengesetzte Wirkung haben, aber beide haben eine längere Halbwertzeit (87.7 Jahre gegen 14.3) und sind ein kleineres Verhältnis des verausgabten Kernbrennstoffs., und alle haben viel längere Halbwertzeiten, so dass Zerfall unwesentlich ist. (hat eine noch längere Halbwertzeit, aber wird kaum durch die aufeinander folgende Neutronfestnahme gebildet, weil schnell mit einer Halbwertzeit von 5 Stunden verfällt gebend.)

Inhalt von Curium

Es ist möglich, dass sowohl Americium als auch curium zu einem U/Pu MOX Brennstoff hinzugefügt werden konnten, bevor es in einen schnellen Reaktor geladen wird. Das ist ein Mittel der Umwandlung. Die Arbeit mit curium ist viel härter als Americium, weil curium ein Neutronemitter ist, würde das MOX Fließband sowohl mit der Leitung als auch mit dem Wasser beschirmt werden müssen, um die Arbeiter zu schützen.

Außerdem erzeugt das Neutronausstrahlen von curium höher actinides wie Kalifornium, die die mit dem verwendeten Kernbrennstoff vereinigte Neutrondosis vergrößern; das hat das Potenzial, um den Kraftstoffzyklus mit starken Neutronemittern zu beschmutzen. Infolgedessen ist es wahrscheinlich, dass curium von den meisten MOX Brennstoffen ausgeschlossen wird.

Thorium MOX

MOX Brennstoff, der Thorium und Plutonium-Oxyde enthält, ist auch studiert worden. Gemäß einer norwegischen Studie, "ist die Kühlmittel-Leere-Reaktionsfähigkeit des Brennstoffs des Thorium-Plutoniums für den Plutonium-Inhalt bis zu 21 % negativ, wohingegen der Übergang an 16 % für den MOX Brennstoff liegt." Die Autoren haben aufgehört, "Brennstoff des Thorium-Plutoniums scheint, einige Vorteile gegenüber dem MOX Brennstoff hinsichtlich Kontrollstange und Bors worths, CVR und Plutonium-Verbrauchs anzubieten."

Siehe auch

• Kernbrennstoff-Zyklus
• Kernzüchter-Reaktor
• Verausgabte Kernbrennstoff-Schiffstonne
• Kernkraft
• Atomspaltung
• Kernkraftwerk
• Hanford Seite

Links

• Technische Aspekte des Gebrauches von Waffenplutonium als Reaktorbrennstoff
• Synergistische Kernbrennstoff-Zyklen der Zukunft
• Kernprobleme, die Papier 42 Einweisen
• Das Brennen von Waffenplutonium in CANDU Reaktoren
• Programm, um Plutonium-Bomben in Kraftstofferfolge zu verwandeln, lässt gegen einen Stumpf fahren