Физические основы обезвреживания долгоживущих радиоактивных отходов стр.38

Если использовать природный свинец в мишени и в бланкете ЭЛЯУ, то плотность потока тепловых нейтронов в зоне трансмута ции снизится примерно в 3 раза, и среднее время жизни ядра 798е в нейтронном поле соответственно возрастет до 60 лет. Однако при этом доля полезно используемых на трансмутацию нейтронов снижается до весьма малой величины: ~ 15%. Соответственно упадет и производительность электроядерного трансмутатора.

П.1.6. Трансмутация 9

В составе продуктов деления в облученном топливе присутствуют 8 изотопов циркония (с 90& до 97&), причем долгоживущий радионуклид только один - 9^г (Г1/2 = 1,53-106 лет). Выход 93& при делении 239Ри тепловыми нейтронами составляет 3,9% в расчете на одно деление, а выход всех изотопов циркония - 20,8%. Выход отдельных изотопов циркония при делении 239Ри тепловыми нейтронами приведен в табл. П.1.3.

Таблица П .1.3

Выход изотопов циркония при делении тепловыми нейтронами, равновесный состав и минимальный расход нейтронов на трансмутацию

Изотоп

Выход Уу, % (на одно деление)

Выход

(нормиро ванный)

Равновесный состав циркония

Минимальный расход нейтронов (на одно деление)

N

2,0

0,096

0,237

0,100

91&

2,4

0,115

0,050

0,096

92&

3,0

0,144

0,044

0,090

93&

3,9

0,187

0,008

0,078

94&

4,3

0,206

0,414

0,043

96&

5,2

0,252

0,294

0,052

Сумма

20,8

1,000

1,000

0,459

Если смесь изотопов циркония подвергать облучению в поле тепловых нейтронов, то будет реализовываться цепочка превращений, представленная на рис. П.1.12.

Рис.П.1.12. Цепочка нуклидных превращений при трансмутации 937г (в смеси изотопов осколочного циркония) в нейтронном поле

Предполагая, что процесс трансмутации происходит с непрерывной очисткой от дочерних изотопов ниобия и с подпиткой и используя данные о сечениях (п,у)-реакций в цепочке превращений, нетрудно оценить установившийся изотопный состав смеси изотопов циркония, подвергающейся облучению (см. табл. П.1.3). Характерной особенностью этого установившегося состава является низкое содержание изотопа 932г (менее 1%). Это обстоятельство потребует больше места в зоне трансмутации для размещения трансмутируемого материала.

В соответствии с цепочкой нуклидных превращений минимальный расход нейтронов на трансмутацию 932г без изотопного разделения можно оценить по следующей формуле:

и он составляет 0,459 нейтр./дел. Нужно заметить, что на трансмутацию собственно изотопа 932г расходуется 0,078 нейтр./дел., т.е. около 17% нейтронов, а остальные расходуются на поглощение в стабильных нуклидах циркония, находящихся в облучаемой смеси. Причем стабильные изотопы 902г, 912г, 922г, предшественники изотопа 9^г, будут превращаться в него, поддерживая таким образом долгоживущую радиоактивность. Так как расход нейтронов на трансмутацию 932г без изотопного разделения довольно большой (0,459 нейтр./дел.), то для его трансмутации необходим мощный источник нейтронов.

Как уже указывалось ранее, в качестве источников нейтронов для трансмутации рассматриваются быстрые реакторы, ЭЛЯУ и термоядерные установки. Проекты быстрых реакторов-бридеров характеризуются величиной генерации избыточных нейтронов (расходуемых на расширенное воспроизводство), составляющей 0,3-0,5 нейтрона в расчете на одно деление в реакторе. Если эти нейтроны использовать на цели трансмутации циркония без изотопного разделения, то с учетом потерь на утечку и паразитное поглощение их не хватит для трансмутации циркония, генерируемого при делении в этом реакторе. Кроме того, низкая плотность потока нейтронов в экране быстрого реактора и малые сечения (и,у)-реакций обусловили бы низкую эффективность трансмутации, т.е. долгое, в течение тысячелетия, время накопления равновесной загрузки (см. табл. 2.1).


⇐ вернуться назад | | далее ⇒