MUNKATERV/BESZÁMOLÓ. György Hunor Sándor Ph.D. hallgató 5. szemeszter (2014/2015 tanév 1. félév)

Átírás

1 MUNKATERV/BESZÁMOLÓ György Hunor Sándor Ph.D. hallgató 5. szemeszter (2014/2015 tanév 1. félév) cím: állami ösztöndíjas* költségtérítéses nappali* költségtérítéses levelező* Témaleírás: A PhD téma címe: A negyedik generációs reaktortípusok tórium-urán üzemanyagciklusban való alkalmazhatóságának vizsgálata A témavezető neve, tud. fokozata: Czifrus Szabolcs, PhD A PhD program rövid ismertetése. Több mint egy évtizeddel ezelőtt, a negyedik generációs reaktorokkal szemben támasztott követelmények megfogalmazásakor elsősorban a fenntarthatóság, a proliferáció-állóság, a súlyos balesetek nagyon kis valószínűsége, és az eddigieknél jobb termikus hatásfok kapott jelentős hangsúlyt. A perspektivikusnak tekinthető reaktortípusok kiválasztásánál főként az adott reaktorkoncepció egyedi tulajdonságai domináltak, a tágabb értelemben vett üzemanyagciklus, illetve a különböző típusok esetleges közös (szimbiotikus) atomenergia-rendszerré szervezésének kérdései háttérben maradtak. A részletesebb vizsgálatra kiválasztott hat típus közül azonban három koncepció egyértelműen gyorsreaktornak tekinthető, amelyek komoly szerepet játszhatnak zárt üzemanyagciklusban is. Ezzel függhet össze, hogy az elmúlt évtizedben megnőtt az érdeklődés az egyes típusok radioaktívhulladék-transzmutálási és üzemanyag-hasznosítási potenciáljának vizsgálata iránt. A szakirodalomban fellelhető publikációk döntő többsége uránplutónium ciklust feltételez, a tórium-urán ciklussal kapcsolatos vizsgálatok ritkák. Ugyanakkor egy, a Nukleáris Technikai Intézetnél folytatott kutatásból kiderült, hogy a szuperkritikus nyomású vízzel hűtött reaktor (SCWR) esetében tórium-urán üzemanyaggal sokkal kedvezőbb üzemeltetési és üzemanyag-hasznosítási jellemzők érhetők el, mint urán-plutónium ciklussal. Ez az eredmény motiválta a doktori munka feladatkitűzését, azaz annak vizsgálatát, hogy a különböző gyors és termikus neutronspektrumú negyedik generációs reaktorok milyen reaktorfizikai és üzemanyag-hasznosítási előnyökkel rendelkeznek tórium-urán vagy kevert (tóriumurán-plutónium) üzemanyagciklus esetén. A PhD munka során a doktorandusz feladata először annak feltérképezése lesz, hogy a hatféle negyedik generációs reaktortípus közül melyekben lehetséges jó hatásfokkal az ezen típusokra megszabott követelmények fenntartása mellett a tórium alkalmazása. Ki kell választani a legígéretesebb típusokat és azokat részletesen meg kell vizsgálni ebből a szempontból. Vizsgálni kell többek között

2 a rendszer konverziós tényezőjét, az optimális zónaelrendezést, a szabályozórudak eredeti koncepciókhoz képest szükséges módosítását, illetve amennyiben van a moderátor anyagát, hatását. Elemicella- és zónaszintű vizsgálatokat kell végezni mind determinisztikus, mind Monte Carlo kódok alkalmazásával. Meg kell határozni a tórium alapú üzemanyag alkalmazásával kialakított aktív zónák biztonsági vonatkozású reaktorfizikai paramétereit. Vizsgálni kell azt is, van-e az új üzemanyagfajta alkalmazásának hatása a rendszer hűthetőségére. A munka során természetesen a kapott eredményektől függően akár új, az eddigi negyedik generációs elképzeléseket ötvöző reaktortípus modellje is kialakulhat. KÖVETKEZŐ FÉLÉV KUTATÁSI FELADATAI A PhD képzés 5. szemeszterében az alábbi kutatási tevékenységet tervezem: Az eddigi kutatási eredményeim azt mutatták, hogy a tórium felhasználása a nátriumhűtésű, illetve az ólomhűtésű reaktorokban a legígéretesebbek az általam vizsgált paraméterek szempontjából. A következő félév során tehát erre a két reaktortípusra fókuszálok, elemezve a sokszorozási-tényező, a spektrum, az izotópösszetétel, valamint reaktivitástényezők változását a tórium mennyiségének függvényében. Az előzetes eredmények mindkét esetben azt mutatták, hogy már egy kevés tórium hozzáadása a rendszerhez nagyban megnövelheti a kampány hosszát, illetve a biztonságra is előnyös hatást gyakorolhat. A számításaimat kezdetben kazetta modellekkel végzem, reflektív határfeltételekkel, így az egyes koncepciók optimalizálására is lehetőségem nyílik, viszonylag kis számításigénnyel. A kapott eredmények alapján később zónaszintű elemzéseket is szándékomban áll elvégezni. ELŐZŐ FÉLÉV KUTATÁSI EREDMÉNYEI A PhD képzés 4. szemeszterében az alábbi kutatási tevékenységeket végeztem el: Az 4. szemeszter Hollandiában, a Delfti Műszaki Egyetemen töltöttem, mint vendégkutató. A szakmai gyakorlat alatt számos, a doktori munkámat jelentősen elősegítő területet ismerhettem meg. A kutatásom a számítási eredmények bizonytalanság-analízisére koncentrált. A számításokhoz és szimulációkhoz felhasznált adatokból eredő bizonytalanság meghatározása mindig kritikus kérdés. A napjainkban üzemelő atomreaktorok jelentős többsége termikus reaktor, de az általam is vizsgált hat negyedik generációs reaktortípusból négy egyértelműen gyorsreaktor. Mivel korábban a hatáskeresztmetszet adatok meghatározásakor főleg a termikus tartományra fókuszáltak, a gyors tartományban megadott értékek jelentős hibával terheltek lehetnek. Az adjungált módszer segítségével, mely egy hagyományos bizonytalansági analízis, lehetőség nyílik a fentebb említett effektus elemzésére. Szükség lehet azonban a gyártásból, összeszerelésből, stb. származó bizonytalanságok meghatározására is. Ezekre a tradicionális módszerek

3 alkalmatlanok, így egy új eljárást, a polinomiális módszert alkalmazzák, mellyel lehetőség nyílik az összetétel, geometria, sűrűség hatásának vizsgálatára is. A hollandiai kutatásom során megismerkedtem, és elsajátítottam mind az adjungált, mind a polinomiális módszer elméletét illetve gyakorlatát. Az elvégzett számításokhoz szükség volt továbbá a Scale programcsomag megtanulására, mely a nukleáris területen széleskörűen alkalmazott modulok összessége. Az inputok legyártásának egyszerűsítése, automatizálása érdekében a Perl, illetve a cluster működtetéséhez szükséges Bash programnyelveket sajátítottam el. Ezek segítségével analíziseket végeztem a gázhűtéses gyorsreaktor egy tervezett pálcájára. Az eredményeimet előadások keretein belül ismertettem a külföldi kollégák előtt. A KUTATÁSI EREDMÉNYEK ÖSSZESÍTETT MUTATÓI A PhD képzés során eddig szerzett kutatási kreditpontok összege: 87 A PhD témakörében készült publikációk teljes listája (cím, társszerző, kiadvány, preprint/benyújtva/elfogadva): The effect of rhenium on the multiplication factor of Gas-Cooled Fast Reactors, Czifrus Szabolcs, Progress in Nuclear Energy, átdolgozás alatt Burnup calculation of the Generation IV reactors, Czifrus Szabolcs, Progress in Nuclear Energy, benyújtva Szemináriumi előadás (megnevezés, hely, cím): A negyedik generációs atomreaktorok kiégésvizsgálata, Nukleáris technika PhD szeminárium 4, NTI, R214, KÖVETKEZŐ FÉLÉV TANULMÁNYI TERVE Tantárgyak (előadó, cím, /ELTE): Kiss Attila: Atomerőművi anyagvizsgálatok (TE80MF15) Dr. Varga Gábor: Számítógépes modellezés (TE119778) ÖSSZESÍTETT TANULMÁNYI EREDMÉNYEK A PhD képzés során korábban teljesített tárgyak listája, vastag betűvel kiemelve az előző félévben teljesített tárgyakat (előadó, cím, /ELTE): Dr. Horváth Róbert: Numerikus módszerek fizikusoknak (TE92AF03), Csikja Rudolf, Dr. Horváth Róbert: Numerikus módszerek laboratórium fizikusoknak (TE92AF04),

4 Dr. Szatmáry Zoltán: Mérésiadat-feldolgozás 1 (TE804348), Dr. Czifrus Szabolcs: Nukleáris technika PhD szeminárium 1 (TE807010), Dr. Jeney Gábor: Dokumentumszerkesztés (VIHIJV47), Dr. Légrády Dávid: Nukleáris technika PhD szeminárium 2 (TE807011), Dr. Légrády Dávid, Szieberth Máté: Monte Carlo részecsketranszport módszerek (TE80MF33), Dr. Légrády Dávid: Nukleáris technika PhD szeminárium 3 (TE807012), Dr. Mihály György: Intenzív PhD kurzus (TETO7091), Dr. Légrády Dávid: Nukleáris technika PhD szeminárium 3 (TE807013), A korábban hallgatott tárgyak után szerzett kreditpontok száma: 24 KÖVETKEZŐ FÉLÉV OKTATÁSI TERVE Monte Carlo módszerek (TE80MF41) tárgy gyakorlatainak és előadásainak egy része ÖSSZESÍTETT OKTATÁSI TELJESÍTÉS Oktatási feladat vállalásáért eddig kapott kreditpontok összege: György Hunor Sándor Ph.D. ösztöndíjas

5 TÉMAVEZETŐI NYILATKOZAT: A munkatervet jóváhagyom Dr. Czifrus Szabolcs témavezető