Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Возможность использования свинца, обогащенного изотопом свинца-208, из торийсодержащих руд и минералов для нужд атомной энергетики

14.07.2012 2012 - №02 Физика и техника ядерных реакторов

Г.Л. Хорасанов А.И. Блохин А.А. Вальтер

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2012.2.04

УДК: 621.039.534

Исследуется возможность использования в качестве теплоносителя быстрых реакторов (БР) и ускорительно-управляемых систем (УУС) радиогенного свинца, который может быть извлечен из торийсодержащих руд и минералов. В этих природных образованиях радиогенный свинец, продукт радиоактивного распада тория, высоко обогащен стабильным изотопом свинца-208, который обладает чрезвычайно низким сечением радиационного захвата нейтронов в области малых и промежуточных энергий нейтронов (5 эВ–50 кэВ). Теплоноситель БР и УУС, состоящий из свинца-208, привлекателен как материал, сберегающий нейтроны для экономной загрузки реакторов ядерным топливом, расширенного воспроизводства ядерного топлива и трансмутации долгоживущих радиотоксичных отходов атомной энергетики. В статье обсуждаются, с одной стороны, физико-технические вопросы приемлемости и преимущества использования радиогенного свинца различного изотопного состава в ядерно-энергетических установках и, с другой стороны, геолого-минералогические и экономические вопросы получения радиогенного свинца в больших количествах, исчисляемых десятками и сотнями тонн. Поскольку на территориях России и Украины в настоящее время ведется эксплуатация месторождений коренных руд и россыпей минералов, в отвалах которых содержатся торий и свинец-208, то в статье дан анализ целесообразности и возможности рентабельного получения природного свинца, высокообогащенного 208 изотопом. Формулируются требования к объемам переработки торийсодержащих руд и минералов, при которых попутно с производством ценной редкометалльной продукции (титан, ниобий, тантал, цирконий и др.) могут быть получены торий и свинец-208 по приемлемой цене и в количествах, необходимых для атомной энергетики 2020–2030 гг.

Ссылки

  1. Хорасанов Г.Л., Иванов А.П., Блохин А.И. Материалы ядерной техники с регулируемым изотопным составом химических элементов//Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерные константы. – 2006. – Вып. 1-2. – С. 99-109 (ISSN 0207-3668).
  2. Khorasanov G.L., Ivanov A.P., Blokhin A.I. Reduction of the induced radioactivity in an ADS target by changing the target material isotope composition//Nuclear Engineering and Design. – 2006. – V. 236. – № 14-16. – Р. 1606-1611 (ISSN 0029-5493).
  3. Апсэ В.А., Шмелев А.Н., Сироткин А.М. Некоторые преимущества использования радиогенного свинца в качестве теплоносителя быстрых реакторов//Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2010. – № 4. – С. 5-15.
  4. Куликов Г.Г., Шмелев А.Н., Апсэ В.А., Куликов Е.Г. Свинец, содержащий изотоп pb-208, – тяжелый замедлитель и отражатель нейтронов. Его нейтронно-физические свойства/Научная сессия МИФИ-2011. Т.1 – Инновационные ядерные технологии. – С. 49.
  5. Хорасанов Г.Л., Коробейников В.В., Иванов А.П., Блохин А.И. Минимизация уран-плутониевой загрузки быстрого реактора путем использования в качестве теплоносителя мало поглощающего нейтроны обогащенного свинца-208/В сб. докл. XII Международной научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул и в лазерных, плазменных и нанотехнологиях» (31 марта – 4 апреля 2008 г., Звенигород, Россия)/Под редакцией В.Е. Черковца. – М.: ЦНИИатоминформ, г. Троицк, ГНЦ РФ ТРИНИТИ, 2008. – С. 384-391 (ISBN 978-5-89513-133-6).
  6. Khorasanov G.L., Korobeynikov V.V., Ivanov A.P., Blokhin A.I. Minimization of an initial fast reactor uranium-plutonium load by using enriched lead-208 as a coolant//Nuclear Engineering and Design. – 2009. – V. 239. – № 9. – Р. 1703-1707 (ISSN 0029-5493).
  7. Хорасанов Г.Л., Блохин А.И. Макроскопические сечения радиационного захвата нейтронов теплоносителем, ураном-238 и технецием-99 в активной зоне подкритического реактора, охлаждаемого природным и обогащенным свинцом/Специальный выпуск №8 журнала «Перспективные материалы», февраль 2010. – С. 361-365. – Изд. ООО «Интерконтакт Наука» (ISSN 1028-978X).
  8. Khorasanov G.L. and Blokhin A.I. Macroscopic cross sections of neutron radiation capture by Pb-208, U-238 and Tc-99 nuclides in the accelerator driven subcritical core cooled with molten Pb-208/In CD-ROM Proceedings of the International Conference PHYSOR 2010 – Advances in Reactor Physics to Power the Nuclear Renaissance (Pittsburgh, Pennsylvania, USA, May 9-14, 2010). – Paper #286 at the Session 5C «Advanced Reactors Design».
  9. Хорасанов Г.Л., Блохин А.И. Теплоноситель с малым поглощением нейтронов для быстрых реакторов и ускорительно-управляемых систем. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерные константы. – 2010. – Вып. 1 (ISSN 0207-3668).
  10. Блохин Д.А., Земсков Е.А., Хорасанов Г.Л. Влияние теплоносителя на основе изотопа свинца-208 на нейтронные характеристики активной зоны быстрого реактора//Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерные константы. – 2010. – Вып. 1 (ISSN 0207-3668).
  11. Khorasanov G.L. and Blokhin A.I. A low neutron absorbing coolant for fast reactors and accelerator driven systems/In the book «Cooling Systems», Editor Aaron L. Shanley, Chapter 5, Edition: Nova Science Publishers, Inc., USA, 2011, in press (ISBN 978-1-61209-379-6).
  12. ISTC # 2573 project: «Investigation of Processes of High – Performance Laser Separation of Lead Isotopes by Selective Photoreactions for Development of Environmentally Clean Perspective Power Reactor Facilities», Project Manager: A.M. Yudin (Saint-Petersburg, Efremov Institute, NIIEFA), Project Submanagers: G.L. Khorasanov (Obninsk, Leypunsky Institute, IPPE) and P.A. Bokhan (Novosibirsk, Institute for Semiconductor Physics, ISP), 2004-2005.
  13. Бортнянский А.Л., Демидов В.Л., Мотовилов С.А., Подтыкан Ф.П., Савченко Ю.И., Усанов В.А., Юдин А.М., Яценко Б.П. Экспериментальный лазерный комплекс для разделения изотопов свинца посредством селективных фотохимических реакций/В сб. докл. X Международной научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул» (3-7 октября 2005 года, г. Звенигород, Россия). – М: ЦНИИатоминформ, 2005. – С. 76-82 (ISBN 5-85389-122-7).
  14. Borisevich V.D., Sulaberidze G.A., Smirnov A.Yu. Production of highly enriched lead-208: separation problems/Paper presented at the Russian-Chinese Bilateral Workshop «Possibility of using stable isotope lead-208 in nuclear engineering and its acquisition» (12-13 October, 2010. Tsinghua University, Beijing, P.R. China).
  15. Мантуров Г.Н., Николаев М.Н., Цибуля А.М. Система групповых констант БНАБ-93. Часть 1. Ядерные константы для расчета нейтронных и фотонных полей излучения//Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерные константы. – 1996. – Вып. 1. – С. 59-98 (ISSN 0207-3668).
  16. Алексеев П.Н., Васильев А.В., Микитюк К.О., Субботин С.А., Фомиченко П.А., Щепетина Т.Д. Оптимизация концептуальных решений для свинцово-висмутового быстрого реактора РБЕЦ-М// Атомная энергия. – 2004. – Т. 97. – Вып. 2. – С. 115-125; http://www.iaea.org/NuclearPower/SMR/crpi25001/html/).
  17. MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 4C. LA-13709-M/J.F. Briesmeister, Ed. – Los Alamos National Laboratory, 2000.
  18. Блохин А.И., Демин Н.А., Манохин В.Н., Сипачев И.В., Блохин Д.А.,Чернов В.М. Расчетный комплекс ACDAM для исследований ядерных физических свойств материалов в условиях длительного нейтронного облучения//Перспективные материалы. – 2010. – № 2. – С. 46-55. – Изд. ООО «Интерконтакт Наука» (ISSN 1028-978X).
  19. Декусар В.М., Зильберман Б.Я., Николаев А.И., Майоров В.Г., Колесникова М.С. Анализ потенциальных источников удовлетворения ближайших потребностей в тории с учетом различных возможных сценариев вовлечения тория в ЯЭ России/Препринт ФЭИ-3186. – Обнинск, 2010. – 36 с.
  20. Seneda J.A., C.A.L.G. de O. Forbicini, C.A. da S. Queiroz, M.E. de Vasconcellos, S. Forbicini, S.M. da R. Rizzo, Vera L.R. Salvador and A. Abrгo. Study on radiogenic lead recovery from residues in thorium facilities using ion exchange and electrochemical process//Progress in Nuclear Energy. – 2010. – V. 52. – № 3. – Р. 304-306.
  21. Куликов Г.Г., Шмелев А.Н., Апсэ В.А., Артисюк В.В. О возможности использования радиогенного свинца в ядерной энергетике//Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2010. – № 3 (ISSN 0204-3327).
  22. Алексеев А.А., Бергман А.А., Берлев А.И., Коптелов Э.А., Самылин Б.Ф., Труфанов А.М., Фурсов Б.И., Шорин В.С. Исследования деления ядер на нейтронном спектрометре по времени замедления в свинце СВЗ 100: 243Cm(n,f)/Препринт ИЯИ – 12312009. – М.: Институт ядерных исследований РАН, 2009. – 22 с.
  23. Юревич В.И. Образование нейтронов в толстых мишенях протонами высоких энергий//Физика элементарных частиц и атомного ядра. – 2010. – Т. 41. – Вып. 5. – С. 1451-1530 (ISSN 0367-2026).
  24. Андреев А.A. Возраст, геохимические особенности и возможные источники происхождения монацита территории Украины/Дисс. уч. ст. к.геол.наук. Киев-2011, 190 с.
  25. Шнюков С.Е., Андреев А.В., Белоусова Е.А. и др. Рентгенофлуоресцентный анализ микронавесок вещества в геохимии акцессорных минералов: исследовательские возможности и сопоставление с локальными аналитическими методами// Минералогический журнал. – 2002. – № 1-2 . – С.80-95.
  26. Biarrotte J.L. The LINAC Accelerator for MYRRHA/Proc. of the Wokshop «From MYRRHA towards XT-ADS» (Mol, Belgium, 23 November 2004).

Pb-208 радиогенный свинец торий жидкометаллический теплоноситель быстрые реакторы ускорительно-управляемые системы торийсодержащие руды и минералы