Tentamen i Tillämpad Kärnkemi den 9 mars 2000
1. a. Vad menas med ett fördröjt kritiskt system? (max 2p), b. Varför bör en reaktor drivas som ett fördröjt kritiskt system? (max 2p), c. När bör man vara speciellt uppmärksam på detta? (max 1p).
2. Man tänker lösa upp UO2 anrikad till 30% med aveende på 235U i 98.2 liter 2 M salpetersyra. Försumma volymen av urandioxiden och ändringen i total volym vid bildning av uranylnitrat. Ett cylindriskt kärl med diametern 50 cm och höjden 100 cm används för ändamålet. För att förhindra oavsiktlig kriticitet måste man begränsa mänden UO2 som satsas. Använd moderatordata för rent vatten, tvärsnitt för 235U och 238U med termiska neutroner, antag att e*p=1, samt försumma inverkan av nitratjoner etc. Hur måga kilogram UO2 kan satsas för att precis nå gränsen för kriticitet? (10p)
3. Ett kraftföretag köpte 20 ton 3.5% anrikat uran från Urencos anläggning i Holland. Man betalade därvid ett pris på 4833 kr/kg U. Priset för det använda natururanet var 140 kr/kg U3O8, kostnaden för konvertering till UF6 var 75 kr/kg U, samt anrikningskostnaden var 700 kr/kgSWU. Vilken isotopsammansättning hade det avrikade uranet från centrifugprocessen? (Försumma halten av 234U vid beräkningarna). (10p).
4. En pinne MOX-bränsle med ytterdiametern 0.95 cm i en BWR-bränslepatron drivs normalt med en maximal linjär effekt på 50 kW/m. Höljesröret av zircaloy-2 har en väggtjocklek på 0.7 mm och värmeledningsförmågan 0.16 W cm-1 K-1. Bränslet är UO2+PuO2 med en normal täthet på 10.3 g/cm3 och en värmelednings- förmåga på 0.032 W cm-1 K-1. Värmeöverföringskoefficienten i det 0.1 mm stora gapet mellan hölje och bränsle är normalt 4 W cm-2 K-1. Kylmedlet har temperaturen 257oC och temperatursprånget till pinnens yta är 5oC. Genom en felaktighet i tillverkningen av MOX-kutsar fick en sats av dessa tätheten 10.5 g/cm3 efter sintringen (vikten oförändrad). Härigenom ökar den linjära effekten något och samtidigt minskar värmeöverföringskoefficienten mellan hölje och kutsar till 75% av sitt normala värde. Beräkna maximaltemperaturen för en MOX-pinne med dessa felaktiga kutsar om värmeledningsförmågan i kutsarna är oförändrad. (10p).
5. Hur och varför flyttas bränslepatroner mellan olika positioner i härden på en tryckvattenreaktor vid årlig omladdning? (5p).
6. Vi kan förenkla dagsläget i Sverige genom att antaga att landet nu har 3 kraftreaktorer på vardera 500 MWe och 8 kraftreaktorer på vardera 1000 MWe i drift. Dessa kan antas ha en genomsnittlig termisk verkningsgrad på 33% och en genomsnittlig lastfaktor på 85%. Bränslet anses då få en medelutbränning på 38 MWd/kg oanvänt bränsle. Beräkna med dessa antaganden den totala mängden använt kärnbränsle som skall slutlagras från och med nu om alla reaktorerna drivs under ytterligare 40 år. (10p)
Maxpoäng är 50 och gränsen för godkänt är 25 poäng.