Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕЖИГАНИЯ МИНОРНЫХ АКТИНИДОВ В ЯДЕРНОЙ УСТАВНОКЕ С ТВЕРДЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
Легенький А.А.
Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности
В данный момент основными требованиями, предъявляемыми к атомным установкам, являются безопасность и экономичность. Наличие нескольких степеней защиты, внутренних свойств безопасности, низкая себестоимость электроэнергии и обеспечение нераспространения являются критериями оценки конкурентоспособности ядерной энергетической установки. По этой причине большими возможностями для развития обладают проекты высокотемпературных реакторов. Важная их особенность заключается в возможности достижения высокой (не ниже 750oС) температуры теплоносителя на выходе из активной зоны, что позволяет иметь высокий КПД установки.
В ядерной энергетике все более актуальной становится также проблема пережигания минорных актинидов. В долгосрочной перспективе минорные актиниды будут определять радиационный фон РАО. Поэтому предлагается отделять минорные актиниды от остальной массы РАО для последующей их утилизации в ядерных установках.
Проведено исследование возможности трансмутации Np, Am, Cm в высокотемпературной ядерной установке с твердым теплоносителем. В отличие от других проектов высокотемпературных реакторов, в которых рассматривается газовый теплоноситель, в ВРТТ используется твердый теплоноситель, представляющий собой частицы из графита с пироуглеродным покрытием со средним диаметром 1 мм.
Проведен обзор литературы, связанной с возможностями различных ядерных установок по выжиганию минорных актинидов. Изучена модель высокотемпературного реактора с твердым теплоносителем. Рассмотрен вариант активной зоны на основе оружейного плутония. Состав минорных актинидов взят из выгружаемого отработанного MOX-топлива реактора типа PWR. Изучено влияние величины радиуса керна микротвэлов, загрузки микротвэлов в компакт, шага решетки твэлов и загрузки минорных актинидов на размножающие свойства ячейки и длительность кампании топлива. Выбран оптимальный энергетический спектр для сжигания минорных актинидов с помощью варьирования некоторых перечисленных выше параметров. Произведено сравнение варианта на основе плутония с аналогичными вариантами, где источником нейтронов для трансмутации служили изотопы урана. Оценена эффективность трансмутации и длительность кампании в данном реакторе.
Максимальная загрузка минорных актинидов достигнута в варианте с 233U и составила 65%. Но для его осуществления требуется наработка данного изотопа-источника, для чего необходимо вовлекать торий в топливный цикл.
Более реальным и необходимым на данный момент является вариант на основе оружейного плутония. В нем достигается достаточно высокая эффективность трансмутации, которая позволяет одновременно обслуживать 7-10 реакторов типа ВВЭР-1000. К числу плюсов относится возможность утилизации оружейного плутония, что также является актуальным вопросом ядерной энергетики уже в настоящее время.
Литература
1. Адамов Е.О., Ганев И.Х., Лопаткин А.В. и др. Трансмутационный топливный цикл в крупномасштабной ядерной энергетике России. Монография, НИКИЭТ, 1999.
2. Ганев И.Х., Лопаткин А.В., Орлов В.В. Гомогенная трансмутация Am, Cm, Np в активной зоне реактора типа БРЕСТ. – Атомная энергия, 2000, т.89, вып. 5, с. 355-361.
3. Синцов А.Е., Апсэ В.А., Шмелев А.Н. Некоторые особенности сжигания
кюриевой фракции младших актинидов в нейтронном поле.- Ядерная энергетика, 2004,
№ 1, с. 98-106.
4. Черников А.С. Топливо и твэлы ВТГР. – Атомная энергия, 1988, т. 65, вып.1, с.32-38.
5. JEF-PC - A personal computer program for displaying nuclear data from the Joint Evaluated File library. User manual version 2.0. - NEA/OECD, 1997.
6. Бергельсон Б.Р., Герасимов А.С., Зарицкая Т.С., Киселев Г.В., Мырцымова Л.А. Радиотоксичность и остаточное энерговыделение актиноидов и продуктов деления отработавшего ядерного топлива ВВЭР при длительном хранении. – Атомная энергия, 2000, т.89, вып.3, с. 215-220.
7. Benedict M., Pigford T.H., Levi H.W. Nuclear Chemical Engineering. Second Edition. - McGraw Hill 1981.-P. 369-370.
8. Герасимов А.С., Зарицкая Т.С., Киселев Г.В., Мырцымова Л.А. Условия трансмутации плутония, америция, кюрия в ядерных установках.– Атомная энергия, 2000, т.89, вып. 2, с.150-155.
9. Ганев И.Х., Лопаткин А.В., Орлов В.В. Гетерогенная трансмутация Am, Cm, Np в активной зоне реактора типа БРЕСТ. - Атомная энергия, 2000, т.89, вып. 5, с. 362-365.
10. Карпов В.А. Топливные циклы и физические особенности высокотемпературных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1985. – (Физика ядерных реакторов; Вып. 27).
11. Денискин В.П., Дмитриев А.М., Наливаев В.И., Федик И.И. (НИИ НПО «Луч»), Ермаков Н.И., Мусаэлян Р.Н. (ООО «Независимый координационно-экспертный совет») Некоторые результаты исследования и перспективы развития высокотемпературного энергетического реактора с твердым теплоносителем.- Атомная энергия, ноябрь 2005, т.99, вып. 5, с. 358-365.