Diseño de un Mini Reactor nuclear Subcrítico

Abstract

Se diseño un mini reactor nuclear subcrítico formado por un medio moderador de agua ligera, uranio como combustible, una fuente isotópica de neutrones de 239PuBe. El diseño se hizo mediante métodos Monte Carlo con el código MCNP5 en el cuál se modeló el uranio en un arreglo de cilindros huecos concéntricos de 8.5, 14.5, 20.5 26.5, 32.5 cm de radio interno y 3 cm de espesor, de 36 cm de altura. Se hicieron diferentes modelos desde un solo cilindro de combustible (Uranio natural) hasta cinco. En el centro del mini reactor se ubicó la fuente de neutrones de 239PuBe, en cada arreglo se puso agua como moderador. Se usaron las bibliotecas de secciones eficaces ENDF/VI y el número de historias fue lo suficientemente grande para garantizar una incertidumbre menor al 3 %. Para cada caso se calculó el factor de multiplicación efectivo keff, el factor de amplificación y la potencia. Se Calcularon en los diferentes casos, en el exterior del mini reactor la dosis equivalente ambiental H*(10). El valor de la keff , el factor de amplificación (ν) y la potencia (P) se relacionan directamente con el número de cilindros de Uranio como combustible. A pesar de que la energía promedio de los neutrones del 239PuBe está entre 4.5 y 5 MeV, en el caso del mini reactor para uno cilindro, en el espectro de neutrones no existe la presencia de neutrones térmicos, por lo que las fisiones producidas son con neutrones rápidos, y en los diseños de dos y tres anillos, el espectro de neutrones muestra la presencia de neutrones térmicos, sin embargo las fisiones que se están generando son con neutrones rápidos, finalmente en los casos cuatro y cinco la cantidad del moderador es suficiente para termalizar los neutrones y así producir la fisión. El valor máximo para la keff fue de 0.82, este valor se aproxima bastante al ensamble de la UAZ que genera una keff de 0.86. De acuerdo a las normas de seguridad y protección radiológica para los diseños del mini reactor de uno, dos y tres cilindros cumplen con la seguridad establecida, mientras para los diseños de cuatro y cinco cilindros no cumplen.