Физические основы обезвреживания долгоживущих радиоактивных отходов стр.32

При помещении этой смеси в нейтронное поле для трансмутации будет реализовываться цепочка нуклидных превращений, показанная на рис. П.1.5.

Рис. П.1.5. Цепочка нуклидных превращений при трансмутации 135С8 (в смеси изотопов осколочного цезия) в нейтронном поле

По виду этой цепочки можно сделать следующие заключения.

Во-первых, поскольку радионуклид 136С8 является весьма корот-коживущим (Т1/2 = 13,2 сут), то следующий изотоп 137С8 практически не связан с остальными изотопами цепочки. Учитывая также, что нуклид 137С8 сам довольно быстро распадается (Гш = 30 лет) и имеет малое сечение захвата нейтронов (0,14 барн при Еп = = 0,025 эВ), радиоактивный распад является основным каналом, определяющим уменьшение его содержания.

Во-вторых, по существу, характер трансмутации долгоживущего 135С8 будет определяться изотопными переходами в трехзвенной цепочке

При нейтронном облучении содержание 135С8 будет снижаться за счет (п,у)-реакции (собственно трансмутация), и одновременно будет происходить его пополнение за счет цепочки реакций

133    134    135

С8(п,у) С8(п,у) С8. Количественно величина этого пополнения будет зависеть от отношения (с(134)-Ф)А,134, характеризующего соотношение интенсивности каналов реакций для 134С8. Если А,134 >> >> (с(134) - Ф), то подпитка 135С8 будет пренебрежимо мала, и трансмутация 135С8 будет происходить так, как будто он - выделенный изотоп, а присутствие 133С8 и 134С8 будет сказываться только на увеличении общего расхода нейтронов вследствие захвата в этих изотопах.

Если же А,134 < (с(134)-Ф), то образование 135С8 через реакцию 134С8(п,у) 135С8 обусловит дополнительный расход нейтронов на его трансмутацию.

Зависимость сечений захвата от энергии нейтронов для рассматриваемых изотопов цезия показана на рис. П.1.6.

Рис. П.1.6. Сечение захвата для 133С8, 134С8 и 135С8 в зависимости от энергии нейтронов

Минимальное сечение захвата нейтронов среди рассматриваемых трех изотопов характерно для 135Cs (9,0 барн при En = =0,025 эВ). Чтобы время жизни этого нуклида в поле тепловых нейтронов было ~ 50 лет, необходима плотность потока тепловых нейтронов Ф ~ 3-1014 нейтр./(см2 • с). Это приблизительно на порядок больше, чем плотность потока тепловых нейтронов в легководном реакторе. В экране быстрого реактора плотность потока нейтронов также недостаточна для эффективной трансмутации 135Cs (среднее время жизни этого нуклида в нейтронном поле составляет сотни лет).

Поэтому рассмотрим трансмутацию 135Cs (без изотопного разделения) в бланкете термоядерной установки типа ITER с (Л)-реак-цией синтеза.

Концепция бланкета ТЯУ типа ITER для трансмутации 135Cs (рис. П.1.7)

Рис.П.1.7. Схема бланкета термоядерной установки типа ІТЕЯ для трансмутации 135С8

Для размножения термоядерных нейтронов (Еп = 14,1 МэВ), рожденных в (Л)-реакции синтеза, за первой стенкой размещается слой свинца. Далее размноженные нейтроны поступают в зону трансмутации 135С8, содержащую замедлитель (бериллий, графит). Чтобы замедленные нейтроны, диффундирующие в сторону плазменной камеры, не претерпевали паразитный захват материалом первой стенки, в свинцовый размножитель может быть добавлен цезий «свежего» состава, т.е. цезий, извлеченный из облученного топлива. В этом случае диффундирующие к первой стенке медленные нейтроны будут захватываться изотопами 133Cs и 134Cs, сечение захвата у которых довольно значительно: 29,1 барн и 139,8 барн, соответственно, при En = 0,025 эВ.


⇐ вернуться назад | | далее ⇒