Tentamen i tillämpad kärnkemi den 25 april 1998

Tillåtna hjälpmedel: Allt utom lösta exempel och beräkningsmallar Gräns för godkänt: 25 poäng (= 50%).

1. Ett kraftföretag köper in ett parti U₃O₈ för 320 kr/kg på spotmarkanden och låter konvertera detta till UF₆ till en kostnad av 32 kr/kg uran. Uranhexafluoriden anrikas sedan till en ²³⁵U-halt på 3.5%. För anrikningsarbetet betalar man 600 kr/kgSWU vid en halt på 0.2% ²³⁵U i det avrikade uranet. Av det anrikade uranet låter man tillverka färdigt kärnbränsle och betalar för tillverkningen 720 kr/kgU. Bränslet används i en kokvattenreaktor med verkningsgraden 34% till en slutlig utbränning på 45 MWd/kgU. Hur stor blir bränslekostnaden per kWh el i detta fall? (10p)

2. I avsikt att förstöra ²³⁷Np tänker man bestråla detta i ett högt neutronflöde. Därvid bildas primärt ²³⁸Np via en (n,gamma) reaktion. Bildat ²³⁸Np kan sedan antingen sönderfalla radioaktivt till ²³⁸Pu eller klyvas. Hur stort flöde krävs då för att 90% av bildat ²³⁸Np skall klyvas? Antag att nuklidkartans data är användbara. (10p)

3. Bränslet i en stor natriumkyld bridreaktors centralhärd består av MOX med 16% Pu och resten avrikat uran. Bränslepinnarna måste kapslas i rostfritt stål med en väggtjocklek på 0.75 mm. Pinnarna får ha en linjär värmebelastning på 60 kW/m. Man vill kunna uppnå en utbränning på 100000 MWd/ton MOX efter 840 dygns drift vid full effekt. Vad skall pinnarnas ytterdiameter vara om använd MOX har tätheten 10.4 g/cm³? (10p)

4. En tryckvattenreaktor på 3000 MWth körs med full effekt och nödstoppas plötsligt genom ett turbinfel. Felsökning och utbyte av en trasig reglerventil till ångturbinen tar 4 dygn. Antag att reaktorn innehåller 90 ton uran med 3.5% ²³⁵U. Försumma n-tvärsnitten för moderator, konstruktionsmaterial och styrstavar. För reaktorn gäller att B = 1.5/m och M = 6.2 cm. Hur stort värde på produkten epsilon*p krävs för att reaktorn skall kunna starta när ventilfelet lagats om vi kan betrakta reaktorn som homogen? (10p)

5. Det svenska mellanlagret för använt kärnbränsle (CLAB) beräknas nu innehålla 3000 ton använt bränsle, vilket motsvarar 2800 ton initialt uran. Vi antar att bränslet tillförts i satser om 250 ton, en gång per år. Bränslet har tidigare lagrats ett år vid respektive reaktor. Vi antar slutligen att bränslet kommer från PWR med en utbränning av 33 MWd/kg U. Hur stor är då totala värmeutvecklingen i CLAB nu? (10p)

När Du räknat färdigt finns lösningarna här