Экспериментальная оценка эффективности гетерогенного выжигания минорных актинидов в боковых экранах реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем

18.05.2026 2026 - №02 Физика и техника ядерных реакторов

А.Л. Ижутов Д.А. Корнилов Ю.В. Набойщиков И.Ю. Жемков А.И. Меркулов О.В. Ишунина В.Н. Момотов С.В. Абрамов Д.Е. Тихонова Г.В. Шевляков А.В. Угрюмов Е.В. Пидопригора А.Ю. Хомяков

https://doi.org/10.26583/npe.2026.2.06

Рассматривается задача по утилизации минорных актинидов (МА), образующихся в ядерном топливе энергетических реакторов. Актуальность работы обусловлена высокой радиотоксичностью и длительным периодом полураспада МА (нептуний и америций), определяющих опасность хранения отработавшего ядерного топлива или продуктов его переработки. Представлены результаты экспериментальных исследований по подтверждению эффективности гетерогенного выжигания МА в боковых экранах реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. В реакторе БОР-60 проведены испытания трех партий экспериментальных выжигательных элементов (мавэлов) с оксидами МА (NpO₂ и AmO₂) в условиях жесткого спектра нейтронов (на границе активной зоны и бокового экрана) и в смягченном спектре (на периферии бокового экрана с замедляющими устройствами). В статье описаны сценарий и основные нейтронно-физические характеристики проведенного эксперимента. Проведен анализ результатов послереакторных неразрушающих материаловедческих исследований мавэлов и радиохимических исследований облученных МА. Представлены результаты сравнения расчетно-экспериментальных данных по эффективности выжигания МА в условиях бокового экрана быстрого натриевого реактора. Экспериментально подтверждены более высокие темпы выгорания МА в смягченном спектре нейтронов. Расчетные и экспериментальные данные по основным нуклидам согласуются в пределах 4–5%. Продемонстрирована реализуемость фабрикации мавэлов методом виброуплотнения и возможность переработки облученных МА. Завершены реакторные испытания мавэлов с рециклированными МА после первого этапа реакторных испытаний. Сделан вывод о перспективности утилизации МА в боковых экранах быстрого натриевого реактора с использованием технологии гетерогенного выжигания в смягченном спектре нейтронов. Планируются реакторные испытания макетов мавэлов в обоснование параметров проведения демонстрационного эксперимента по утилизации МА в энергетическом реакторе БН-800.

Ссылки

1. Actinide and Fission Product Partitioning and Transmutation, Status and Assessment Report. OECD-NEA, 1999. URL: https://www.oecd-nea.org/trw/docs/neastatus99/ (дата обращения 20.03.2026).
2. Advanced nuclear fuel cycles and radioactive waste management. OECD/NEA, 2006, Report No. 5990, 245 p. URL: https://www.oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2019-12/5990-advanced-nfc-rwm.pdf (дата обращения 20.03.2026).
3. Status of minor actinide fuel development. IAEA NUCLEAR ENERGY SERIES PUBLICATIONS. No. NF-T-4.6. Vienna, International Atomic Energy Agency, 2009. URL: https://www.iaea.org/publications/8224/status-of-minor-actinide-fuel-development (дата обращения 20.03.2026).
4. Fairhall G. Minor Actinide Transmutation. National Nuclear Laboratory, 2013.
5. Magwood W.D., Paillere H. Looking ahead at reactor development. Progress in Nuclear Energy. 2018;102:58–67. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2017.07.001
6. Accelerator-driven Systems (ADS) and Fast Reactors (FR) in Advanced Nuclear Fuel Cycles. A Comparative Study. NEA OECD, 2002, 350 p. URL: https://www.oecd-nea.org/ndd/reports/2002/nea3109-ads.pdf (дата обращения 20.03.2026).
7. Baldev Raj, P. Chellapandi, P.R. Vasudeva Rao. Sodium Fast Reactors with Closed Fuel Cycle. CRC Press Taylor & Francis Group, 2015.
8. Жемков И.Ю. Трансмутация младших актинидов как способ уменьшения высокоактивных отходов в ядерной энергетике. Сборник трудов АО «ГНЦ НИИАР», 2020, № 4, c. 10–18.
9. Жемков И.Ю., Набойщиков Ю.В. Уменьшение радиационной опасности младших актинидов при облучении в различных спектрах нейтронов. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» – 2024 г. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 2025, с. 31–35. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_82507811_67999246.pdf (дата обращения 20.03.2026).
10. Жемков И.Ю., Набойщиков Ю.В. Эффективность выжигания минор-актинидов в быстром и промежуточном спектрах нейтронов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы. 2025;1:31–43. URL: https://vant.ippe.ru/images/pdf/2025/issue2025-1-31-43.pdf (дата обращения 20.03.2026).
11. Жемков И.Ю., Набойщиков Ю.В., Погляд С.С. Гетерогенное выжигание младших актинидов в реакторе на быстрых нейтронах. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» – 2018 г. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 2019, с. 136–139. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=41550520&selid=41550568 (дата обращения 20.03.2026).
12. Гурьева М.Н., Жемков И.Ю., Ижутов А.Л., Момотов В.Н., Набойщиков Ю.В., Фокеева Е.В. Разработка и обоснование технологии гетерогенного выжигания младших актинидов в реакторе БОР-60. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» – 2021 г. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 2022, с. 23–27. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49749310 (дата обращения 20.03.2026).
13. Жемков И.Ю., Ижутов А.Л., Набойщиков Ю.В., Тузов А.А. Гетерогенное выжигание минор-актинидов в реакторе на быстрых нейтронах. Сборник докладов отраслевой научно-технической конференции, Сочи, 28–29 октября 2021 г. С. 137–146.
14. Варивцев А.В., Жемков И.Ю. Расчетные исследования характеристик ячейки реактора БОР-60 со «смягченным» спектром нейтронов. Сборник трудов ФГУП ГНЦ НИИАР, Димитровград, 2007, вып. 3, с. 34–40.
15. Жемков И.Ю., Набойщиков Ю.В. Эффективность выжигания младших актинидов при облучении в различных спектрах нейтронов. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» – 2023 г. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 2024, с. 34–37. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=74032245 (дата обращения 20.03.2026).
16. Жемков И.Ю., Набойщиков Ю.В., Полежаев А.А., Хасанова А.Э. Расчетные исследования эффективности выжигания младших актинидов. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» – 2019 г. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 2020, с. 27–30. URL: https://niiar.ru/sites/default/files/ngo-2019_sayt.pdf (дата обращения 20.03.2026).
17. Kamaev A.A., Klinov D.A., et al. Calculation and experimental analysis of the BN-800 reactor core neutronic parameters at the stage of reaching first criticality followed by rated power testing. FR-2017 Conference, IAEA-CN245-462.
18. Волков А.Ю., Тихонова Д.Е., Макаров А.О., Момотов В.Н., Хамдеев М.И., Пылаева А.А. Выделение и анализ состава нептуния и америция из облученных мавэлов. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» – 2022 г. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 2023, с. 191–193. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_60033444_20958535.pdf (дата обращения 20.03.2026).
19. Момотов В.Н., Волков А.Ю., Тихонова Д.Е. Послереакторные радиохимические исследования диоксидов нептуния и америция, облученных в реакторе БОР-60. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» за 2022 г. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 2023, с. 193–196. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_60033444_20958535.pdf (дата обращения 20.03.2026).
20. Тихонова Д.Е., Волков А.Ю., Момотов В.Н., Угрюмов А.В., Ишунин В.С. Результаты послереакторных радиохимических исследований америция, облученного в реакторе БОР-60. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» – 2024 г. Димитровград, АО «ГНЦ НИИАР», 2025, с. 184. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_82507811_67999246.pdf (дата обращения 20.03.2026).
21. Левченко Ю.В., Слюняев М.Н., Перегудов А.А., Мишин В.А., Лосев В.В., Жемков И.Ю., Ишунина О.В., Меркулов А.И., Набойщиков Ю.В. Анализ экспериментов по гетерогенному выжиганию МА в реакторе БОР-60 на основе тестовых моделей. Материалы ядерной техники: сборник тезисов докладов научно-технической конференции «Материалы ядерной техники (МАЯТ-2025)». Москва, АО «ВНИИНМ», 2025, 166 с.

минорные актиниды гетерогенное выжигание боковой экран реактора на быстрых нейтронах экспериментальные исследования смягченный спектр нейтронов

Ссылка для цитирования статьи: Ижутов А.Л., Корнилов Д.А., Набойщиков Ю.В., Жемков И.Ю., Меркулов А.И., Ишунина О.В., Момотов В.Н., Абрамов С.В., Тихонова Д.Е., Шевляков Г.В., Угрюмов А.В., Пидопригора Е.В., Хомяков А.Ю. Экспериментальная оценка эффективности гетерогенного выжигания минорных актинидов в боковых экранах реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2026. – № 2. – С. 83-96. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2026.2.06 .