Некоторые экономические аспекты снижения наработки америция в двухкомпонентной системе тепловых и быстрых реакторов

25.09.2023 2023 - №03 Топливный цикл и радиоактивные отходы

А.В. Гулевич В.И. Усанов В.М. Декусар В.А. Елисеев А.Л. Мосеев Е. С. Хныкина

https://doi.org/10.26583/npe.2023.3.04

Анализируются экономические аспекты снижения наработки америция при переходе от однокомпонентной ядерной энергетической системы (ЯЭС) на тепловых реакторах в открытом топливном цикле к двухкомпонентной системе с тепловыми и быстрыми реакторами в замкнутом ядерном топливном цикле. Моделируются сценарии развития этих систем в России до конца столетия. Рассматриваются два способа снижения наработки америция в двухкомпонентной ЯЭС с быстрыми натриевыми реакторами. Первый способ – замыкание топливного цикла по плутонию – заключается в использовании плутония из ОЯТ тепловых реакторов в реакторах БН с максимально коротким (по техническим условиям) временем изготовления МОКС-топлива, при котором основная масса плутония-241 не успевает превратиться в америций. Второй способ состоит в трансмутации америция. Исследование проводилось на основе математического моделирования топливного цикла ЯЭС с использованием кода CYCLE. Информационную базу исследования составили публикации российских специалистов и материалы специалистов Европейского союза, представленные в проекте МАГАТЭ/ИНПРО SYNERGIES. Результаты расчетных исследований показывают, что эффективность замыкания ЯТЦ по плутонию в быстрых натриевых реакторах сопоставима с рассмотренным в статье гомогенным вариантом трансмутации. Сочетание замыкания по плутонию и трансмутации могло бы существенно снизить темпы наработки америция в ЯЭС, но оцененные затраты на трансмутацию в рассмотренном гомогенном варианте могут значительно ухудшить экономические показатели быстрых натриевых реакторов.

Ссылки

1. Bergelson B., Gerasimov A., Zaritskaya T., Kiselev G., Volovik A. Decay Heat Power and Radiotoxicity of Spent Uranium, Plutonium and Thorium Fuel at Long-term Storage. 18th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology. Beijing: SMiRT18. – 2005.
2. International Atomic Energy Agency, Spent Fuel Reprocessing Options. IAEA-TECDOC-1587. IAEA. Vienna, 2018. 144 p.
3. Salvatores M., Slessarev I., Uematsu M. A Global Physics Approach to Transmutation of Radioactive Nuclei // Nuclear Science and Engineering. –1994. – Т.116. – № 1. – P. 1-18.
4. Адамов Е.О., Ганев И.Х., Лопаткин А.В., Муратов В.Г., Орлов В.В. Трансмутационный топливный цикл в крупномасштабной ядерной энергетике России / Монография. – М.: НИКИЭТ, 1999. – 273 с.
5. Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века. Иллюстрация основных положений. – М.: ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ», 2001. – 65 с.
6. International Atomic Energy Agency. Enhancing Benefits of Nuclear Energy Technology Innovation Through Cooperation Among Countries: Final Report of the INPRO Collaborative Project SYNERGIES // Nuclear Energy Series. No. NF-T-4.9. – 2018.
7. Кутьков В.А., Поленов Б.В., Черкашин В.А. Радиационная безопасность и радиационный контроль. – Обнинск: НОУ ЦИПК, 2008. – 244 с.
8. Разделить неделимое // АТОМНЫЙ ЭКСПЕРТ: ежемесячное информационное аналитическое изд. 2019. URL: https://atomicexpert.com/divide_indivisible/ (дата доступа: 19.01.2023).
9. Гусев Н.Г., Дмитриев П.П. Радиоактивные цепочки: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 112 с.
10. Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения. Публикация 38 МКРЗ. Часть 2, книга 2. – М.: Энергоиздат, 1987. – 480 с.
11. Коробейников В.В., Колесов В.В., Каражелевская Ю.Е., Терехова А.М. Исследования возможности выжигания и трансмутации Am-241 в реакторе с америциевым топливом. Препринт ФЭИ-3284. – Обнинск, 2018.
12. На Атомэкспо про сырьевое обеспечение ЯТЦ // Электронное периодическое издание ATOMINFO.RU. 2022. 5 дек. URL: http://www.atominfo.ru/newsz05/a0788.htm (дата доступа: 21.01.2023).
13. CEA Nuclear Energy Division. Report on sustainable radioactive waste management. Saclay Centre, France, December 2012. – 31 p.
14. Декусар В.М., Зродников А.В., Елисеев В.А., Мосеев А.Л. К вопросу накопления и реакторной утилизации америция в ядерной энергетике // ВАНТ. Cерия: Ядерно-реакторные константы. – 2019. – № 1. – С. 215-223.
15. Гулевич А.В. и др. Возможность выжигания америция в быстрых реакторах // Атомная энергия. – 2020. – Т.128. – № 2. – С.82–87.
16. Ларионов И.А., Лопаткин А.В., Лукасевич И.Б., Мороко В.И., Попов В.Е. Гомогенная трансмутация 237Np, 241Am, 243Am в быстром реакторе со свинцовым теплоносителем // Атомная энергия. – 2020. – Т. 129. – № 6. – С. 316–320.
17. Алексеев П.Н. и др. Двухкомпонентная ядерная энергетическая система с тепловыми и быстрыми реакторами в замкнутом ядерном топливном цикле /Под ред. Н.Н. Пономарева-Степно-го. – М.: Техносфера, 2016. – 160 с.
18. Тузов А.А. и др. К вопросу о начальном этапе замыкания ЯТЦ двухкомпонентной ядерной энергетики России // Атомная энергия. – 2022. – Т. 133. – № 2. – С. 71-76.
19. Декусар В.М., Мосеев А.Л., Пупко Л.П. Модель топливного цикла быстрого реактора, реализованного в коде CYCLE. Препринт ФЭИ-3298. – Обнинск. – 2022.
20. Калашников А.Г. и др. Развитие программного комплекса CYCLE для системного анализа ядерного топливного цикла // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 1. – C. 91-99. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2016.1.10

минорные актиниды тепловые реакторы быстрые реакторы замкнутый ядерный топливный цикл МОКС-топливо экономика трансмутации

Ссылка для цитирования статьи: Гулевич А.В., Усанов В.И., Декусар В.М., Елисеев В.А., Мосеев А.Л., Хныкина Е.С. Некоторые экономические аспекты снижения наработки америция в двухкомпонентной системе тепловых и быстрых реакторов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 3. – С. 45-56. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.3.04 .