Сравнение эффективности трансмутации америция в вариантах реакторов на быстрых нейтронах с уран-ториевым топливом

08.12.2021 2021 - №04 Топливный цикл и радиоактивные отходы

В.В. Коробейников В.В. Колесов А.В. Михалёв

https://doi.org/10.26583/npe.2021.4.04

С точки зрения ядерного сырья вопрос о вовлечении тория в топливный цикл не является крайне актуальным. Однако при масштабном развитии атомной энергетики обращение к использованию тория является вполне закономерным. Использование уран-ториевого топлива в реакторе на быстрых нейтронах вместо традиционного уран-плутониевого позволит существенно сократить наработку минорных актинидов, что делает его привлекательным для трансмутации уже накопленных и постоянно накапливающихся долгоживущих радиоактивных изотопов америция, кюрия, нептуния.

В связи с отсутствием в природе урана-233 использование тория в энергетике требует замкнутого топливного цикла. На начальном этапе развития уран-ториевого цикла в качестве ядерного топлива предлагается использовать уран-235 вместо урана-233.

Проведены исследования по трансмутации минорных актинидов в реакторе на быстрых нейтронах, в котором реализован уран-ториевый цикл. Рассмотрено несколько вариантов структуры активных зон такого реактора. Показано, что гетерогенное размещение америция приводит к более высоким темпам его трансмутации, чем гомогенное.

Ссылки

1. Use of Fast Reactors for Actinide Transmutation. / Proc. of the Specialists Meeting Held in Obninsk. Russian Federation. 22-24 September 1992. IAEA-TECDOC-693. – IAEA.1993. – 125 p.
2. Matveev V.I., Ivanov A.P., Efimenko E.M. Concept of Specialized Fast Reactor for Minor Actinide Burning. – In [1]. P. 114.
3. Гай Е.В., Игнатюк А.В., Работнов Н.С., Шубин Ю.Н. Концепция обращения с долгоживущими ядерными отходами. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 1994. – № 1. – С. 17-21.
4. 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. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1011334030442 .
5. Герасимов А.С.. Киселев Г.В. Научно-технические проблемы создания электроядерных установок для трансмутации долгоживущих радиоактивных отходов и одновременного производства энергии (российский опыт). // Физика элементарных частиц и атомного ядра. – 2001. – Т. 32. – Вып. 1. – С. 188. Электронный ресурс: http://www1.jinr.ru/Pepan/v-32-1/v-32-1-4.pdf (дата доступа 24.02.2021).
6. Попов В.Е., Стребков Ю.С., Сысоев А.Г., Кутеев Б.В., Шпанский Ю.С. Гибридный бланкет термоядерного источника нейтронов и его нейтронно-физические характеристики. / Труды V Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики.» 2 – 5 октября 2018 г., Москва. – М.: АО «НИКИЭТ, 2018. – С. 215-217.
7. Fazio C., Rineiski A., Salvatores M. et al. Study on partitioning and transmutation as a possible option for spent fuel management within a nuclear phase-out scenario. / Proc. of the GLOBAL 2013: International Nuclear Fuel Cycle Conference, September 29 – October 3; 2013, Salt Lake City, Utah, USA.
8. Коробейников В.В., Колесов В.В., Терехова А.М., Каражелевская Ю.Е. Исследования возможности выжигания и трансмутации 241Am в реакторе с америциевым топливом. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 2. – С. 153-163. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.2.13 .
9. Иванов В.К., Чекин С.Ю., Меняйло А.Н. и др. Сравнительный анализ уровней «радиотоксичности» отдельных радионуклидов. ОЯТ реакторов БРЕСТ и ВВЭР при различных временах выдержки на основе современных моделей «доза-эффект» МКРЗ. // Радиация и риск. – 2018. – Т. 27. – № 4. – С. 8-27. DOI: https://doi.org/10.21870/0131-3878-2018-27-4-8-27 .
10. Казанский Ю.А. Романов М.И. Трансмутация малых актинидов в спектре нейтронов реактора на тепловых нейтронах. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2014. – № 2. – С. 140-146. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2014.2.15 .
11. Алексеев П.Н., Алексеев С.В., Андрианова Е.А. и др. Двухкомпонентная ядерная энергетическая система с тепловыми и быстрыми реакторами в замкнутом ядерном топливном цикле. / Под ред. академика РАН Пономарева-Степного Н.Н. – Москва: Техносфера, 2016. – 160 с. ISBN 978-5-94836-434-6.
12. Алексеев С.В., Зайцев В.А. Торий в ядерной энергетике. – М.: Техносфера, 2014. – 288 с. ISBN 978-5-94836-394-3.
13. Алексеев П.Н., Васильев А.В., Микитюк К.О., Субботин С.А., Фомиченко П.А., Щепе6 тина Т.Д. Оптимизация концептуальных решений для свинцово-висмутового быстрого реактора РБЕЦ-М. // Атомная энергия. – 2004. – Т. 97. – Вып. 2. – С. 115. Электронный ресурс: http://www.iaea.org/NuclearPower/SMR/crpi25001.html/ (дата доступа 24.02.2021).
14. Leppanen Jaakko. PSG2/SERPENT – A Continious Energy Monte-Carlo Reactor Physics Burnup Calculation Code, – Helsinki: VTT Technical Research Centre of Finland, 2015. Электронный ресурс: http://montecarlo.vtt.fi/download/Serpent_manual.pdf (дата доступа 24.02.2021).

трансмутация малые актиниды отработавшее топливо уранториевый топливный цикл радиоактивность биологическая опасность хранение отработавшего топлива

Ссылка для цитирования статьи: Коробейников В.В., Колесов В.В., Михалев А.В. Сравнение эффективности трансмутации америция в вариантах реакторов на быстрых нейтронах с уран-ториевым топливом. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 4. – С. 43-52. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.4.04 .