Сборник тезисов докладов IX Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2006

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Ядерное нераспространение»

Все доклады секции


ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СФЕРИЧЕСКИХ СБОРОК ДЕЛЯЩИХСЯ НУКЛИДОВ

Егоров А.В., Филимонов С.Н., Артисюк В.В., Коровин Ю.А.

Обнинский государственный технический университет
атомной энергетики

Современное развитие ядерной энергетики сдерживается двумя основными проблемами, связанными с обращением с отходами ядерного топливного цикла и несанкционированным распространением ядерных материалов. По мере выгорания ядерного топлива в энергетических реакторах накапливаются трансурановые элементы, плутоний и минорные актиниды, которые в дальнейшем могут возвращаться в топливный цикл в силу их способности подвергаться делению. Плутоний с самого начала развития ядерных технологий рассматривался в качестве оружейного материала, так что в настоящее время существуют критерии оценки его опасности с точки зрения несанкционированного распространения [1]. Для минорных актинидов такие критерии отсутствуют [2].

Цель работы - определение основных кинетических параметров сферических сборок из минорных актинидов, для последующих оценок материальных барьеров против распространения. К последним, прежде всего, следует отнести критическую массу сферы без отражателя и время жизни мгновенных нейтронов, которые определяют возможность осуществления и мощность ядерного взрывного устройства.

Указанные параметры определялись расчетным путем с помощью программного комплекса SCALE 5 на основе библиотеки ядерных данных ENDF/B-5 [3]. Начальный этап расчетных исследований состоял в верификации расчетного комплекса на широко известных критических экспериментах. В частности, моделировалась сфера из высокообогащенного урана GODIVA [4]. Результаты расчета критической массы совпали с экспериментальными данными в пределах 0,33%. Расчеты времени жизни мгновенных нейтронов в GODIVA сравнивались с экспериментальными данными, приведёнными в работе [5]. Было достигнуто согласие в пределах 2,74%. Следует отметить, что комплекс SCALE позволяет проводить как прямые, так и обратные (через рассмотрение сопряженных функций потоков) задачи. Данные по критической массе были проверены двумя указанными способами. Согласие между критическими массами, полученными по прямой и сопряженным задачам, 0,52%.

За исключением нептуния экспериментальные данные по критическим массам минорных актинидов отсутствуют [6]. Кроме того, критические массы трансплутониев сильно зависят от используемых компьютерных кодов и библиотек. Например, в случае 243Am, расчетные критические массы отличаются в два раза [7]. Поэтому в представляемой работе акцент ставился на изучение изотопов америция. Приводятся зависимости эффективного коэффициента размножения нейтронов и времени жизни мгновенных нейтронов для широкого диапазона плотностей материала.

Программный комплекс SCALE позволяет с помощью встроенного контрольного модуля TSUNAMI [8] провести анализ чувствительности параметров, влияющих на нейтронную кинетику. В данной работе представлен анализ чувствительности по отношению к реакциям упругого и неупругого рассеяния, нейтронного захвата и деления. Выявлена область энергии нейтронов, для которой важно иметь надежные ядерные данные для уточнения основных параметров кинетики.

Литература

1.              Proliferation Resistance Fundamentals for Future Nuclear Energy Systems, IAEA Publications, Itern. Technical Meeting, Como, Italy, October 2002

2.              L.Koch, et al, Nuclear Materials Safeguards for P&T, Proc. Int. Conf on Future Nuclear Systems, GLOBAL’97, Yokohama, Japan, October 5- 10, 1997, p.876 (1997)

3.              SCALE-5, SCALE: A Modular Code System for Performing Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation, RSICC, CCC-725

4.              Intercomparisons of Calculation Made for GODIVA and JEZEBEL. JEFF Report 16, NEA/OECD (1999)

5.              T.F. Wimett, J.D. Orndoff, Applications of GODIVA II Neutron Pulses, UN International Conference “Atom for Peace”, Geneva, p/419 (1957)

6.              International Handbook of evaluated Criticality Safety Benchmark Experiments. NEA/NSC/DOC(95)03 2004

7.              H.Dias,et al, Critical mass calculations for 241Am, 242mAm, 243Am, http://typhoon.tokai.jaeri.go.jp/icnc2003/Proceeding/paper/6.5_022.pdf

8.              Rearden T.B., TSUNAMI-3D: Control module for three-dimensional cross-section sensitivity and uncertainty analysis
for criticality, ORNL/TM-2005/39