Топливные мишени для выжигания минорных актинидов

В настоящее время разработка таких мишеней представляет одну из важнейших задач по усовершенствованному топливу. К минорным актинидам относят нептуний, америций и кюрий. Их необходимо уничтожить, чтобы снизить долгосрочную радиотоксичность ОЯТ. Доминирующим источником активности после охлаждения ОЯТ являются плутоний, МА и некоторые долгоживущие продукты деления (ДПД). Задача заключается в том, чтобы в цикле АК, самодостаточного по плутонию, уничтожать МА и ДПД, в том числе, накопленные при работе LWR.

Основным путем уничтожения МА и единственным путем уничтожения долгоживущих продуктов деления является их трансмутация через механизм захвата нейтронов в продукты с коротким временем жизни. Однако для их уничтожения таким способом необходим очень высокий нейтронный поток. Для получения высоких потоков нейтронов наиболее пригодны системы с быстрым спектром.

Существуют два подхода к сжиганию МА и ДПД гомогенный и гетерогенный. Первый подход заключается во введении МА и ДПД в топливную композицию. Например, топливо, представляющее смесь UO₂, как основы, PuO₂, как делящегося материала и NpO₂. Содержание NpO₂ должно быть таким, чтобы он полностью уничтожался по мере его появления в продуктах деления.

Гетерогенный подход заключается в получении отдельной сборки мишени, содержащей МА. Этот подход более целесообразен для выжигания америция и кюрия. Такая сборка включает в себя мишень, состоящую из инертного материала с включенным в него МА. Такую сборку размещают на пути наибольшего нейтронного потока.

Преимущества гомогенного подхода является возможность включения материала мишени в стандартные топливные элементы. Однако производство таких твэлов требует соблюдения специального режима защиты персонала из-за высокой активности МА. Гетерогенный подход требует изготовления отдельного твэла, но масса такого твэла существенно меньше.

Примеры топлив мишеней для выжигания МА приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Топлива – мишени для выжигания минорных актинидов.

Материал топлива МА-мишени	Тип	Исследования
Оксидные топлива
(Pu,Ac)O2/UO2	Гомогенное	Основные свойства, облучение образцов
AcO2/PuO2	Гомогенное	Основные свойства, облучение образцов
(Pu,Ac)O2/ZrO2	Гомогенное	Измерение свойств, облучение образцов
(Pu,Ac)O2/Y2O3	Гомогенное	Измерение свойств, облучение образцов
(Pu,Ac)O2/СeO2	Гомогенное	Измерение свойств, облучение образцов
(Pu,Ac)O2/MgO	Гетерогенное	Измерение свойств, облучение образцов
(Pu,Ac)O2/MgAl2O4	Гетерогенное	Основные свойства
Нитридные топлива
(Pu,Ac)N/ZrN	Гомогенное	Измерение свойств, облучение образцов
(Pu,Ac)N/YN или CeN	Гомогенное	Основные свойства
Металлические топлива
U – Pu - Zr	Сплав	Измерение свойств, облучение образцов
Керметное топливо
(Pu,Ac)O2/W	Гетерогенное	Основные свойства
(Pu,Ac)O2/Cr или V	Гетерогенное	Основные свойства
(Pu,Ac) N/ Cr или V	Гетерогенное	Основные свойства

Дата добавления: 2014-01-04