О возможности крупномасштабного производства 238Pu для радиоизотопных термоэлектрических генераторов в легководном реакторе со сверхкритическими параметрами теплоносителя

20.09.2024 2024 - №03 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

А.Н. Шмелев В.А. Апсэ В.Б. Глебов Г.Г. Куликов Е.Г. Куликов А.Е. Кругликов

https://doi.org/10.26583/npe.2024.3.12

Анализируется возможность накопления низкофонового плутония, пригодного для использования в радиоизотопных термоэлектрических генераторах, в легководном реакторе со сверхкритическими параметрами теплоносителя (реактор типа ВВЭР-СКД). В качестве стартового материала рассматривалась двуокись нептуния из состава младших актинидов, основных компонентов трансурановых радиоактивных отходов. Получение полезного низкофонового плутония из бесполезных радиоактивных отходов можно оценивать как один из путей к обезвреживанию отходов ядерной промышленности. Сборка, содержащая стартовый материал, размещалась в центре активной зоны реактора, в зоне максимальной плотности потока нейтронов для интенсификации наработки плутония. В расчетных исследованиях применен мультифизический подход с взаимосвязанным анализом нейтронно-физических и теплогидравлических процессов в активной зоне реактора ВВЭР-СКД. Показано, что накопление значимых количеств низкофонового плутония, удовлетворяющего требованиям по низкому содержанию ²³⁶Pu и по высокому содержанию ²³⁸Pu, возможно при выполнении следующих условий. Первое – решетка нептуниевых стержней в центральной сборке должна быть достаточно просторной с высокой объемной долей теплоносителя. Второе – центральная сборка должна окружаться сборками, создающими защитный барьер против быстрых нейтронов деления, усиливающих пороговую ²³⁷Np(n, 2n)²³⁶Pu-реакцию. Такой барьер могут создать сборки, содержащие природный или радиогенный свинец. Приведены расчетные оценки темпа накопления низкофонового плутония в центральной сборке с просторной решеткой нептуниевых стержней, окруженной свинцовыми защитными сборками.

Ссылки

1. Wong A.S. Chemical analysis of Plutonium-238 for space applications. / AIP Conf. Proc., 2001, 552, pp. 753 – 757. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1358003
2. Start-up Plan for Plutonium-238 Production for Radioisotope Power Systems. Электронный ресурс: https://www.energy.gov/sites/default/files/2015/09/f26/Final_Startup_Plan_for_Plutonium238.pdf (дата доступа 01-04-2024).
3. Sutliff T.J., Bishop T., Hamley J., Sandifer C., McCallum P., McCune M.C. Radioisotope Power Systems – an Interagency Program Status. / Nuclear and Emerging Technologies for Space, American Nuclear Society Topical Meeting, Richland, WA, February 25 – February 28, 2019. Электронный ресурс: https://anstd.ans.org/NETS-2019-Papers/Track-5--Radioisotope-Power-Systems/abstract-85-0.pdf (дата доступа 01-04-2024).
4. Комбинат «Маяк» приступил к проектированию новейшего исследовательского реактора. Электронный ресурс: https://tass.ru/ural-news/2304431 (дата доступа 01-04-2024).
5. INFCIRC/153. The structure and content of agreements between the Agency and States required in connection with the Treaty on the non-proliferation of nuclear weapons. – IAEA, February 2008. Электронный ресурс: https://www.iaea.org/sites/default/files/publications/documents/infcircs/1972/infcirc153.pdf (дата доступа 01-04-2024).
6. Shmelev A.N., Geraskin N.I., Apse V.A., Kulikov G.G., Kulikov E.G., Glebov V.B. The problem of large-scale production of plutonium-238 for autonomous energy sources. // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – Vol. 1689. – № 1. Электронный ресурс: https://iopscience.iop.org/year/1742-6596/Y2020 (дата доступа 01-04-2024).
7. Shmelev A.N., Geraskin N.I., Apse V.A., Glebov V.B., Kulikov G.G., Kulikov E.G. A possibility for large-scale production of 238Pu in light-water reactor VVER-1000. // Journal of Nuclear Engineering. – 2022. – № 3. PP. 263 – 276. DOI: https://doi.org/10.3390/jne3040015
8. Лапин А.С., Бобряшов А.С., Бландинский В.Ю., Бобров Е.А. Исследование системных характеристик реактора со сверхкритическими параметрами теплоносителя. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2020. – № 3. – С. 93 – 101. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.3.09
9. Международный форум «Поколение IV». Электронный ресурс: https://ru.frwiki.wiki/wiki/Forum_international_G%C3%A9n%C3%A9ration_IV (дата доступа 01-04-2024).
10. Деев В.И., Круглов А.Б., Маслов Ю.А., Махин В.М., Харитонов В.С., Чуркин А.Н. Ядерные реакторы с водой сверхкритического давления (основы теплового расчета). – Учебное пособие, Москва, НИЯУ МИФИ, 2015, 156 с. Электронный ресурс: http://library.mephi.ru/pdftunnel.php?Z21FAMILY=%D0%BC%D0%B0%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B2%D0%B0&Z21ID=62665&PATH=book-mephi%2FDeev_Yadernye_reaktory_s_vodoy_sverkhkriticheskogo_davleniya_2015.pdf (дата доступа 01-04-2024).
11. Глебов А.П., Клушин А.В. Развитие реакторов, охлаждаемых водой сверхкритических параметров, в России и за рубежом. // Атомная энергия. – 2014. – Т. 116. – Вып. 5. – С.267 – 273. Электронный ресурс: https://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t116-5_2014/p267/ (дата доступа 01-04-2024).
12. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Водоохлаждаемые АЭС четвертого поколения ВВЭР-СКД. Реальные перспективы и программа исследований. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 4. – С. 5 – 19. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.4.01
13. Кузьмин А.М., Шмелев А.Н., Апсэ В.А. Моделирование физических процессов в энергетических ядерных реакторах на быстрых нейтронах. – Учебное пособие, М.: Издательский дом МЭИ, 2015, 128 с.
14. Интернет-программа WaterSteamProCalculator. Электронный ресурс: www.wsp.ru/ru (дата доступа 01-04-2024).
15. Абагян Л.П., Базазянц Н.О., Николаев М.Н., Цибуля А.М. Групповые константы для расчета реакторов и защиты. – Москва, Энергоатомиздат, 1981. – 232 с.
16. Шмелев А.Н., Гераскин Н.И., Апсэ В.А., Куликов Г.Г., Куликов Е.Г., Глебов В.Б. Оценка возможности крупномасштабной наработки 238Pu в энергетическом реакторе типа ВВЭР-1000. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 3. – С. 118 – 126. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.3.10

236Pu 238Pu радиоизотопные термоэлектрические генераторы легководные реакторы со сверхкритическими параметрами

Ссылка для цитирования статьи: Шмелев А.Н., Апсэ В.А., Глебов В.Б., Куликов Г.Г., Куликов Е.Г., Кругликов А.Е. О возможности крупномасштабного производства 238Pu для радиоизотопных термоэлектрических генераторов в легководном реакторе со сверхкритическими параметрами теплоносителя. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2024. – № 3. – С. 153-165. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.3.12 .