Физические основы обезвреживания долгоживущих радиоактивных отходов стр.34

Суммарный минимальный расход нейтронов на трансмутацию всей смеси изотопов олова невелик (~ 0,013 нейтрона на одно деление), поскольку невелик выход изотопов олова при делении (табл. П.1.1). Однако трудность трансмутации 12б8и (независимо от того, находится ли он в составе смеси изотопов или выделен из нее) состоит в том, что его сечение захвата нейтронов невелико (рис. П.1.8).

Рис.П.1.8. Сечение захвата 126Ви в зависимости от энергии нейтронов

Поэтому для эффективной трансмутации 1268и необходима достаточно высокая плотность потока нейтронов. Сечение захвата нейтронов изотопом 1268и составляет 0,3 барн при Еп = 0,025 эВ. Чтобы при этом среднее время жизни ядра 1268и в нейтронном поле было ~ 50 лет, плотность потока тепловых нейтронов должна быть Ф ~ 2-1015 нейтр./(см2-с). В энергетических легководных реакторах плотность потока тепловых нейтронов в 50-100 раз меньше, что не позволяет надеяться на осуществление эффективной трансмутации 1268и. Для этого необходим высокопоточный бланкет специализированной установки.

Формирование структуры высокопоточного бланкета для трансмутации радионуклидов с малым сечением захвата нейтронов имеет некоторую особенность. Для объяснения ее запишем баланс нейтронов для зоны трансмутации в таком бланкете в следующем виде:

где ^ст - поступление нейтронов в зону трансмутации от внешнего источника; Етр, Е™’™’зам - макросечение захвата нейтронов в трансмутируемом нуклиде, теплоносителе, конструкционных материалах и замедлителе; Б2 - лапласиан, характеризующий утечку нейтронов из зоны трансмутации; В - коэффициент диффузии нейтронов; V - объем зоны.

Разрешим это уравнение относительно средней плотности потока нейтронов Ф:

Из этого соотношения видно, что для создания высокой плотности потока нейтронов необходимо, чтобы общее поглощение и утечка нейтронов были малы. Для эффективного использования нейтронов на цели трансмутации нужно, чтобы доминирующим поглощением нейтронов было поглощение в трансмутируемом нуклиде, т. е. чтобы выполнялось неравенство

Это означает, что конструкционные материалы, теплоноситель и замедлитель должны выбираться с низким сечением захвата нейтронов. Представляется, что более просто это требование можно удовлетворить в бланкете специализированной ЭЛЯУ. Причем такое требование распространяется также и на выбор материалов для мишенного комплекса ЭЛЯУ.

Цепочку нуклидных превращений для 1268п (рис. П.1.9) можно разделить на три почти независимых звена.

Рис. П.1.9. Цепочка нуклидных превращений при трансмутации 12бБи (в смеси изотопов осколочного олова) в нейтронном поле

Первое звено содержит изотопы 115Ьп-1218Ьп. Оно заканчивается довольно быстро распадающимся радионуклидом 121ёЬп (Т1/2 = = 27 час) в стабильный ^^Ь. Вероятность захвата теплового нейтрона по каналу реакции 120Ьп(п,у)Ш8Ьп существенно больше, чем

120о / \121шс по каналу Ьп(п,у) Ьп, т.к. разница в спинах конечного и исходного ядер для первой реакции А/ = 3/2, что существенно меньше, чем для второй реакции (А/ = 11/2).

Второе звено содержит изотопы 122Ьп-123шЬп. Оно заканчивается быстрораспадающимся нуклидом 123шЬп (Т1/2 = 40 мин). Вероятность захвата теплового нейтрона по каналу реакции 122Ьп(п,у)123§Ьп (А/ = = 11/2) существенно меньше, чем по каналу 122Ьп(п,у)123шЬп (А/ = 3/2).


⇐ вернуться назад | | далее ⇒