Исследование образования горючих газов и выхода радионуклидов при обращении с ОЯТ реактора АМ под водой

15.06.2021 2021 - №02 Топливный цикл и радиоактивные отходы

А.З. Гаязов А.Ю. Лещенко В.П. Смирнов П.А. Ильин В.Г. Теплов

https://doi.org/10.26583/npe.2021.2.07

Приведены результаты экспериментов по исследованию накопления горючих газов в условиях, моделирующих обращение с негерметичным ОЯТ реактора АМ в воде. Исследовались две топливные композиции: уран-молибденовое топливо с магниевым подслоем и карбид урана с кальциевым подслоем.

Измерен выход 137Cs при хранении уран-молибденового топлива под водой. Получены кинетики выхода водорода для обоих типов топливных композицией, а также кинетика образования метана для карбидного ОЯТ.

Кинетики наилучшим образом аппроксимируются экспоненциальными зависимостями, которые формально соответствуют химическим реакциям первого порядка.

Произведена расчетная оценка вклада радиолитического водорода в объеобразующихся в экспериментах газов. Показано, что определяющим источником образующихся газов является химическое взаимодействие материалов ОЯТ с водой.

Эксперимент с уран-молибденовым топливом показал ярко выраженный эффект пассивации химических процессов на поверхности топлива вследствие образования нерастворимых продуктов коррозии. В испытаниях карбидного ОЯТ наблюдался инкубационный период около 20-ти часов с последующим интенсивным выходом водорода и метана.

Проведен сравнительный анализ полученных результатов с опубликованными данными по поведению компонентов исследованных топливных композиций в воде.

Полученные данные могут использоваться для обоснования пожаро-взрывобезопасности технологий обращения с разрушенным ОЯТ с рассмотренными топливными композициями (ОЯТ реакторов АМ, АМБ, ЭГП-6 и др.) в воде, например, при обосновании технологий подготовки ОЯТ АМБ к переработке под слоем воды.

Ссылки

1. Гаязов А.З., Комаров С.В., Лещенко А.Ю., Ревенко К.Е., Смирнов В.П., Звир Е.А., Ильин П.А., Теплов В.Г. Исследование образования водорода и выхода радионуклидов при хранении разрушенного оксидного ОЯТ во влажной среде // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 3. – С. 125-136; DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.3.11 .
2. Кудрявцев Е.Г., Смирнов В.П. Создание технологий обращения с ОЯТ АМБ Белоярской АЭС // Безопасность окружающей среды. – 2010. – № 1. – С. 66–68.
3. Smirnov V. Proposals on AMB SNF Management. // Proc. of the International Conference on the Management of Spent Fuel from Nuclear Power Reactors; Vienna (Austria); 31 May – 4 Jun 2010. Электронный ресурс: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/SupplementaryMaterials/P1661CD/Session_9.pdf (дата обращения: 10.12.2020).
4. Kirillov S.N., Kolupaev D.N., Logunov M.V., Ermolin V.S., Fedorov Yu.S., Rodionov S.A., Zilberman B.Ya., Goletskiy N.D., Kudinov A.S., Shadrin A.Yu., Smelova T.V., Kudryavtsev E.G., Haperskaya A.V. Possibility of Various Types SNF Reprocessing at the PA Mayak exampled with AMB SNF // Procedia Chemistry – 2012. – Vol. 7. – PР. 98-103; DOI:https://doi.org/10.1016/j.proche.2012.10.018 .
5. Бугаенко Л.Т., Кузьмин М. Г., Полак Л. С. Химия высоких энергий. – М.: Химия, 1988. – 368 с.
6. Кабакчи С.А., Пикаев А.К. Методы расчета газовыделения и оценки взрывоопасности радиационно-химических аппаратов с водяным теплоносителем или биологической защитой. – М.: Энергоиздат, 1981. – 51 с.
7. Электронный ресурс: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/ASTAR.html (дата обращения: 10.12.2020).
8. Электронный ресурс: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/ESTAR.html (дата обращения: 10.12.2020).
9. Peplow D.E. MAVRIC: MONACO with automatic variance reduction using importance calculations. // ORNL/TM-2005/39/ – 2009. – Vol. I.
10. Scale: A Comprehensive Modeling and Simulation Suite for Nuclear Safety Analysis and Design, ORNL/TM-2005/39, Version 6.1. – Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, June 2011.
11. Голосов О.А., Николкин В.Н., Семериков В.Б. и др. Коррозия отработавшего ядерного топлива реакторов АМБ. / Сб. докладов X Российской конференции по реакторному материаловедению. Димитровград, 27-31 мая 2013 г. – Димитровград: НИИАР, 2013. – С. 253-288.
12. Владимирова М.В. Альфа-радиолиз водных растворов. // Успехи химии. – 1964. – Т. 33. – № 4. – С. 462-476; DOI: https://doi.org/10.1070/RC1964v033n04ABEH001397
13. Аллен А.О. Радиационная химия воды и водных растворов. – М.: Госатомиздат, 1963. – 204 с.
14. Петерсон З., Уаймер Р. Химия в атомной технологии. – М.: Атомиздат, 1967. – 430 с.
15. Bradley M.J., Goode J.H., Ferris L.M., Flanary J.R., Ullmann J.W. Hydrolysis of Neutron-Irradiated Uranium Monocarbide. // Inorg. Chem. – 1964. – Vol. 3. – No. 3. – PP. 454-454; DOI: https://doi.org/10.1021/ic50013a033 .
16. Bradley M.J., Ferris L.M. Processing of Uranium Carbide Reactor Fuels. I. Reaction with Water and HCl. // Report ORNL-3101. – 1961; DOI: https://doi.org/10.2172/4006980 .
17. Hori Y., Mukaibo T. Study on the Rate and the Products of the Reaction between Uranium Monocarbide and Water. // Journal of Nuclear Science and Technology. – 1967. – Vol. 4. – No. 9. – PP. 477-481; DOI: https://doi.org/10.1080/18811248.1967.9732790 .
18. Dyck R.W., Boase D.G., Taylor R., Gerwing A.F. A study of the hydrolysis of uranium monocarbide. Part II: Reaction in water between 25°C and 99°C. – Whifeshell Nuclear Research Establishment, Pinawa, Manitoba, AECL 4918, 1975.

пожаровзрывобезопасность разрушенное ОЯТ реактор АМ (АМБ) радиолиз водород метан хранение в воде

Ссылка для цитирования статьи: Гаязов А.З., Лещенко А.Ю., Смирнов В.П., Ильин П.А., Теплов В.Г. Исследование образования горючих газов и выхода радионуклидов при обращении с ОЯТ реактора АМ под водой. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 2. – С. 71-80. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.2.07 .