Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6908

Investigations related to the generation of reaction products in the target of Accelerator Driven Systems for nuclear waste incineration

Véronique Baylac-Domengetroy

Abstract
For many years, many countries have been considering Accelerator Transmutation of Waste (ATW) as a solution for processing the nuclear waste as well as a mean of generating power with a subcritical system. Several research groups are now working on this topic all over the world and this has already led to the proposal of Accelerator Driven Systems (ADS) concepts. The main objective of these systems is the incineration of long-lived isotopes from the spent fuel of actual and future reactors.

At the Institut für Reaktorsicherheit (IRS) of the Forschungszentrum Karlsruhe, some of the actual activities are focussed on the near future developments of ADS. In this scope, IRS is participating within the 5th European Community Framework Program to MEGAPIE, MUSE and XADS projects. Development and experimental qualification of theoretical tools for core design and safety evaluations of accelerator driven sub-critical systems are important current topics investigated at IRS.

In particular, for the analysis of accelerator driven systems (ADS), the coupling of a proton source with a sub-critical reactor system may be investigated with the current version of MCNPX, a code developed at LANL and for which IRS is beta-tester. The present work was done in the scope of this Beta-Testing activity. We analysed the applied theoretical models for investigations of spallation physics as well as their application in the code MCNPX. We vali-dated our application of MCNPX by making comparisons with available benchmark results and with experimental data for neutron yields per proton, for thin target cross-section meas-urements and for a thick target activation experiment. We also calculated several parameters related to important reaction products for the MEGAPIE project.

Untersuchungen zur Erzeugung von Reaktionsprodukten im Target von Beschleuniger-getriebenen Systemen für die Verbrennung von nuklearen Abfällen

Zusammenfassung
Seit einigen Jahren wird die sogenannte “Accelerator Transmutation of Waste (ATW)“ als eine mögliche Lösung für die Behandlung und Wiederverwertung nuklearer Abfälle sowie als eine Möglichkeit, Energie mit einem unterkritischen System zu erzeugen, betrachtet. Haupt-ziel von ATW ist die Verminderung der Gefahr der langfristigen Lagerung von nuklearem Brennstoff.

Am Institut für Reaktorsicherheit (IRS) des Forschungszentrums Karlsruhe konzentrieren sich einige der zur Zeit ausgeführten Arbeiten auf die kurzfristige Entwicklung von Beschleuni-ger-getriebenen Systemen. In diesem Sinne nimmt IRS an den MEGAPIE, MUSE und XADS Projekten im Rahmen des “5th European Community Framework Program“ teil. Die Entwick-lung und die Validierung der theoretischen Mittel zum Kern Design und Sicherheitsberech-nungen für Beschleuniger-getriebene Systeme sind wichtige Themen, die zur Zeit am IRS untersucht werden.

Insbesondere für die Analyse der Beschleuniger-getriebenen Systeme soll die Kopplung zwi-schen einer Protonenquelle und einem unterkritischen System mit MCNPX untersucht wer-den. IRS ist “Beta-Tester“ von MCNPX, ein Monte Carlo Code, der im LANL (Los Alamos National Laboratory) entwickelt worden ist. Diese Arbeit wurde im Rahmen des “Beta-Testing“ von MCNPX gemacht. Die im MCNPX angewandten theoretischen Modelle wurden analysiert. Wir haben unsere Anwendung von MCNPX durch Vergleiche mit Benchmark Er-gebnissen und experimentellen Daten für Neutronenausbeute, für Wirkungsquerschnitts-Messungen in „Thin targets“ sowie für Aktivitätsmessungen in “Thick targets“ validiert. Wir haben auch verschiedene Größen für bestimmte wichtige Isotope für das MEGAPIE Projekt berechnet..

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