Физические основы обезвреживания долгоживущих радиоактивных отходов стр.19

Как уже ранее рассматривалось (см. раздел 2.3), плотность потока нейтронов в экране быстрого реактора невысока, и, даже с учетом смягчения спектра нейтронов, время жизни ядер радионуклидов в таком нейтронном поле оказывается неприемлемо долгим (столетия и даже тысячелетия). Поэтому быстрые реакторы, повидимому, могут рассматриваться как установки для трансмутирования только 99Тс, 1291 (без изотопного отделения от стабильного

127    107

I ) и Pd после его предварительного изотопного выделения.

Для эффективной трансмутации остальных долгоживущих радионуклидов требуются более высокие плотности потока нейтронов. А поскольку уровень нейтронного потока в экране быстрого реактора связан с уровнем потока нейтронов в активной зоне, то увеличение плотности нейтронного потока повлечет за собой необходимость увеличения плотности энерговыделения в активной зоне, что имеет ограничения по теплогидравлике, работоспособности твэлов и безопасности.

3.2. Системы с внешним источником нейтронов

В настоящее время известны два принципа генерации нереакторных нейтронов в больших количествах: реакции глубокого расщепления тяжелых ядер под действием ускоренных заряженных частиц (электроядерный метод) и термоядерный синтез тяжелых изотопов водорода в установках с магнитным или инерционным удержанием плазмы.

3.2.1. Электроядерный метод генерации нейтронов

Метод основан на взаимодействии ускоренных заряженных частиц с ядрами мишени из вещества с большой атомной массой. Процесс взаимодействия высокоэнергетических частиц с ядрами носит каскадный характер, когда первичная частица выбивает из ядер мишени множество вторичных частиц с достаточно большой энергией, чтобы в свою очередь выбивать следующие частицы. Таким образом, при поглощении в мишени пучка ускоренных частиц в ней возбуждаются реакции глубокого расщепления с последующим каскадно-испарительным размножением нейтронов, включая реакции (п,хп). При этом в делящихся мишенях происходит деление ядер нуклонами с энергиями от нескольких МэВ до сотен и тысяч мегаэлектронвольт.

З.2.1.1. Внутриядерный и межъядерный каскад

Первичная ускоренная заряженная частица ф, d, №, ионы легких элементов), взаимодействуя с нуклонами ядра, передает им часть своей энергии и в результате внутриядерных взаимодействий (внутриядерного каскада) рождается множество вторичных частиц ф, d, а, t, п, п, ц). Из этого множества частиц (рис. 3.1) те, которые заряжены, будут терять свою энергию на ионизацию и в процессе замедления взаимодействовать с ядрами до тех пор, пока их энергии достаточны, чтобы преодолеть кулоновский барьер (межъядер-ный каскад).

Рис. 3.1. Размножение частиц в каскадно-испарительном процессе ядерных взаимодействий

Нейтроны же, естественно, будут распространяться, сталкиваясь с ядрами и участвуя в неупругих реакциях, в том числе в реакциях (п,хп). В итоге заряженные частицы со все меньшей энергией уже не будут способны порождать внутриядерный каскад, а будут только тормозиться в материале мишени до остановки. Таким образом, все заряженные частицы затормозятся, и останется только поток рожденных нейтронов, которые также участвовали во внутриядерном и межъядерном каскаде. В результате неупругих взаимодействий частиц с ядрами возникают возбужденные «горячие» ядра. Возбуждение этих ядер может сниматься путем испарения частиц из горячего ядра (преимущественно нейтронов), за счет высоко энергетического деления, сопровождаемого эмиссией дополнительных нейтронов, а также путем у-излучения.


⇐ вернуться назад | | далее ⇒