Appendice H – Calcolo della composizione del combustibile CERCER

Appendice H - Calcolo della composizione del combustibile CERCER 239

Appendice H – Calcolo della composizione del combustibile CERCER

La composizione di riferimento proposta e testata dalla CEA, da cui sono state ricavate le quantità dei vari componenti il combustibile nei calcoli da noi effettuati, è la seguente[4.18]:

Fuel plates di tipo “efficient” CERCER con composizione: • 70% in volume di UPuC, 30 % SiC

• UPuC con densità ρ pari all’85% della densità teorica ρTD

• Composizione percentuale in atomi/cm3_{: 84% in UC e 16% in PuC}

• Composizione isotopica: a. Uranio:

Isotopo Frazione atomica [%]

U-235 0.7

U-238 99.3

b. Plutonio e MA:

Isotopo Frazione atomica [%]

Pu-238 2.7 Pu-239 56.0 Pu-240 25.9 Pu-241 7.4 Pu-242 7.3 Am-241 0.7

Si conoscono inoltre le densità dei materiali componenti: ρSic=3.16 g/cm3

ρTDfuel=13.63 g/cm3

ρCERCER=0.3·ρSic +0.7·0.85·ρTDfuel =9.058 g/cm3 Calcolo delle quantità dei vari componenti:

1 cm3 di CERCER contiene:

o 0.3 cm3 di SiC (Massa molecolare del SiC MSic=40 g/mol), pertanto si hanno:

• 3.16⋅0.3=0.948g SiC/ cm3 fuel ovvero: 01427 . 0 10 40 10 023 . 6 948 . 0 24 23 = ⋅ ⋅ ⋅

atomi SiC/cm·b e quindi 0.01427 atomi Si/cm·b

0.01427 atomi C/cm·b

o 0.7 cm3 di (U,Pu)C (Massa molecolare media M=250 g/mol), pertanto si hanno:

• Essendo UC pari all’84% come frazione atomica e, al suo interno, U238_{C=99.3% sempre}

come frazione atomica avremo per cm3 di CERCER:

U238C=0.83412 atomi

U235C=0.00588 atomi(pari cioè allo 0.7%)

Appendice H - Calcolo della composizione del combustibile CERCER 240 11 . 8 85 . 0 7 .

0 ⋅ ⋅

ρ

_TDfuel = g per cui avremo: 2 10 244 . 3 250 11 . 8 _{= ⋅} − _{mol di (U,Pu)C} In definitiva: 01629 . 0 10 10 244 . 3 10 023 . 6 83412 . 0 24 2 23 = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − atomi U238_{C/ cm·b} In maniera analoga si ricava:

Per l’U235C: 0.000114837 atomi/cm·b

• Considerazioni analoghe valgono per il PuC. Per cm3 _{di CERCER abbiamo}

0.16 atomi PuC così suddivisi: 00432 . 0 100 7 . 2 16 . 0 ⋅ = atomi Pu238C e quindi 000084344 . 0 10 10 244 . 3 10 023 . 6 00432 . 0 ₂₄ 2 23 = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − atomi Pu238C/cm·b Analogamente si trova: Pu239C: 0.0017506 atomi/cm·b Pu240C: 0.0008097 atomi/cm·b Pu241C: 0.0002313 atomi/cm·b Pu242C: 0.0002282 atomi/cm·b Am241C: 0.000021884 atomi/cm·b o In totale si hanno: (0.01427+0.01629+0.000114837+0.000084344+0.0017506+0.0008097+0.0002313+ +0.0002282+0.00002188)=0.0338 atomi C/cm·b

Riassumiamo nella tabella seguente i valori trovati:

Elemento Frazione atomica [atomi/cm·b] C 0.0338 Si 0.01427 U238 0.01629 U235 0.00014837 Pu238 0.000084344 Pu239 0.0017506 Pu240 0.0008097 Pu241 0.0002313 Pu242 0.0002282 Am241 0.000021844