Study of an ADS Loaded with Thorium and Reprocessed Fuel

Abstract

Accelerator-driven systems (ADSs) are investigated for long-lived fission product transmutation and fuel regeneration. The aim of this paper is to investigate the nuclear fuel evolution and the neutronic parameters of a lead-cooled accelerator-driven system used for fuel breeding. The fuel used in some fuel rods was<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>232</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>hO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>for<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>U</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>233</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>production. In the other fuel rods was used a mixture based upon Pu-MA, removed from PWR-spent fuel, reprocessed by GANEX, and finally spiked with thorium or depleted uranium. The use of reprocessed fuel ensured the use of<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>232</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>hO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>without the initial requirement of<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>U</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>233</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>enrichment. In this paper was used the Monte Carlo code MCNPX 2.6.0 that presents the depletion/burnup capability, combining an ADS source and kcode-mode (for criticality calculations). The multiplication factor (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>eff</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>) evolution, the neutron energy spectra in the core at BOL, and the nuclear fuel evolution during the burnup were evaluated. The results indicated that the combined use of<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>232</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>hO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>and reprocessed fuel allowed<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>U</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>233</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>production without the initial requirement of<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>U</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>233</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>enrichment.