Физические основы обезвреживания долгоживущих радиоактивных отходов стр.25

Рис. 3.6. Зависимость утечки термоядерных нейтронов и полной утечки нейтронов (в расчете на один нейтрон источника) от толщины слоя свинцового размножителя:

Видно, что при использовании свинцового размножителя толщиной 25-30 см более 90% термоядерных нейтронов провзаимо-действовали с материалом размножителя, и полная утечка с его правой границы достигла насыщения. Здесь также показано, что учет первой стенки (Бе, толщина 2 см), расположенной перед размножителем, заметно ослабляет эффект размножения. Необходимо также учитывать паразитное поглощение нейтронов в конструкционных материалах, в замедлителе, теплоносителе и потери за счет утечки. Поэтому величину генерации нейтронов на нужды трансмутации в бланкете термоядерной установки можно определить следующим образом (в расчете на одну (Л)-реакцию):

Оценки показывают, что для термоядерной установки типа ITER при толщине первой стенки 2 см (нержавеющая сталь) и использовании свинца (толщина 25 см) в качестве размножителя число размноженных нейтронов (на одну (Л)-реакцию) составит 1,50. Примем, что паразитное поглощение в теплоносителе, конструкционных материалах и замедлителе составляет 0,15. Тогда с учетом расхода нейтронов на воспроизводство трития Л-гритий = 1,06, на нужды трансмутации может быть использовано 5^тр ~ 0,3 нейтрона на одну (Л)-реакцию. Полная энергия (около 22 МэВ), которая выделяется в бланкете, складывается из энергии, образующейся в результате (Л)-реакции синтеза, расхода энергии на эндотермическую (п,2п)-реакцию размножения нейтронов и энергии, связанной с захватом нейтронов в бланкете.

Оценим, сколько нужно осуществлять (Л)-реакций по отношению к числу делений в ядерных реакторах для того, чтобы транс-мутировать появляющиеся долгоживущие продукты деления. Это можно определить из балансного соотношения между генерацией нейтронов и их расходом на трансмутацию:

Соотношение между термоядерной энергией и энергией деления может быть оценено, если известно соотношение между числом реакций синтеза и числом реакций деления

В табл. 3.4 приведены эти соотношения при различном расходе нейтронов на трансмутацию долгоживущих продуктов деления.

Таблица 3.4

Соотношение между числом реакций синтеза и числом реакций деления, а также между термоядерной энергией и энергией деления в зависимости от расхода нейтронов на трансмутацию

Можно видеть, что доля термоядерных мощностей, которые необходимо ввести в ядерную энергосистему, оказывается относительно невелика. Если, например, на трансмутацию долгоживущих продуктов от одного деления потребуется Птр = 0,5 нейтр./дел., то доля термоядерных мощностей составит около 15% мощности всей системы. Если же для этой цели использовать ЭЛЯУ, то доля мощностей, связанная с ЭЛЯУ (обеспечение энергией ускорителей), составит более 60% (см. табл. 3.2).

З.2.2.2. О трансмутации радионуклидов - продуктов деления термоядерными нейтронами с использованием (п,2п)-реакции

Энергия термоядерных нейтронов, рождающихся в (А)-реакции синтеза Еп = 14,1 МэВ, что заметно выше порога (п,2п)-реакций на ядрах продуктов деления (8-10 МэВ). Поэтому, в принципе, они могут использоваться для трансмутации по этому каналу. Такая трансмутация привлекательна тем, что она происходит без расхода нейтронов, а наоборот, с их размножением. Однако для того чтобы трансмутация была эффективной, необходима достаточно высокая плотность потока термоядерных нейтронов. Как уже рассматривалось выше, нужно, чтобы время жизни трансмутируемого нуклида в нейтронном поле составляло, по крайней мере, несколько десятилетий, не более. Оценим требуемую для этого плотность потока термоядерных нейтронов. Предположим, что сечение (п,2п)-реак-ции для трансмутируемого нуклида составляет ~ 1 барн, и потребуем, чтобы среднее время жизни долгоживущего радионуклида в нейтронном поле было ~ 50 лет. Тогда плотность потока нейтронов, найденная из соотношения


⇐ вернуться назад | | далее ⇒