После выжигания 133Cs и 134Cs дальнейшее облучение этого материала целесообразно продолжить в зоне трансмутации в потоке нейтронов повышенной плотности для трансмутации преимущественно 135Cs. За зоной трансмутации размещается отражатель нейтронов, а далее - зона воспроизводства трития.
При нейтронной нагрузке на первую стенку 1 МВт/м2 (ITER, проект 1998 года) средняя плотность потока тепловых нейтронов в зоне трансмутации составляет Ф ~ 3-1014 нейтр./(см2- с). В этих условиях среднее время жизни трансмутируемого 135Cs около 50 лет. При этом для изотопа 134Cs соотношение между каналами реакций (с(134) - Ф)/Л,134 = 0,6. Это значит, что около 40% ядер 134Cs путем захвата нейтронов будет переходить в долгоживущий 135Cs, что, как следствие, приводит к дополнительному расходу нейтронов на
133 134 135
трансмутацию. В трехзвенной цепочке Cs(n,y) Cs(n,y) Cs величина расхода нейтронов в расчете на трансмутацию одного ядра 135Cs может быть оценена по следующей формуле:
В предположении, что Г/133 = 0,0475; I/35 = 0,017 и (с(134)-Ф)/А,134 = = 0,6, расход нейтронов на трансмутацию одного ядра 135С8 без его изотопного выделения составит Дп = 5,9 нейтрона. Если осуществить операцию изотопного разделения, то расход нейтронов будет равен 1 нейтрону (минимальная оценка), т.е. в 5,9 раза меньше. Общий расход нейтронов на трансмутацию ядра 135С8 без его изотопного выделения составляет ~ 0,1 нейтрона в расчете на одно деление в тепловом реакторе. Это минимальная оценка, не учитывающая паразитное поглощение нейтронов в изотопах бария, которые являются дочерними нуклидами в цепочке трансмутации цезия.
Ранее было оценено, что при осуществлении (Л)-реакции количество избыточных нейтронов для трансмутации может составить
~ 0,3 нейтрона на одну (Л)-реакцию. Это означает, что для трансмутации 135С8 без изотопного разделения (0,1 нейтрона на деление) потребуется осуществить 1/3 (Л)-реакции в расчете на одно деление в реакторе, т.е. доля термоядерных мощностей в ядерной системе будет около 3-4%. При зажигании ^ф-реакции эта доля может быть снижена примерно в 3 раза, поскольку ^ф-синтез более богат избыточными нейтронами.
В высокопоточном бланкете ЭЛЯУ также можно осуществить эффективную трансмутацию 135С8 без изотопного разделения, однако при этом доля реакторных мощностей, связанных с питанием сильноточных ускорителей для таких специализированных ЭЛЯУ, составит более 13% в ядерной энергосистеме.
П.1.4. Трансмутация 1268п
Долгоживущий радионуклид 12б8и (Т1/2 = 105 лет) в составе осколочного олова находится в смеси из девяти изотопов (табл. П.1.1).
Таблица П .1.1
Выход изотопов олова при делении 239Ри тепловыми нейтронами и минимальный расход нейтронов на трансмутацию (в расчете на одно деление)
|
Изотоп |
Выход У/, % |
Минимальный расход нейтронов на трансмутацию, 10'4 нейтр./дел. |
|
115Бп |
0,0024 |
1,44 |
|
1168п |
- |
- |
|
117Бп |
0,046 |
18,4 |
|
118Би |
0,046 |
13,8 |
|
119Би |
0,049 |
9,80 |
|
1208и |
0,043 |
4,30 |
|
122Би* |
0,131 |
20,0 |
|
124Би |
0,128 |
12,8 |
|
126Би |
0,310 |
31,0 |
|
Сумма |
0,754 |
111,54 |
*) В силу отсутствия данных о сечении захвата нейтронов изотопом 121в8и предположено, что оно велико, и выход этого изотопа при делении добавлен к выходу изотопа 122Би.