BG106217A - Power from fission of spent nuclear waste - Google Patents

Power from fission of spent nuclear waste Download PDF

Info

Publication number
BG106217A
BG106217A BG106217A BG10621701A BG106217A BG 106217 A BG106217 A BG 106217A BG 106217 A BG106217 A BG 106217A BG 10621701 A BG10621701 A BG 10621701A BG 106217 A BG106217 A BG 106217A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
heat source
accelerator
reactor
mev
nuclear
Prior art date
Application number
BG106217A
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Paul Brown
Original Assignee
Paul Brown
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Paul Brown filed Critical Paul Brown
Publication of BG106217A publication Critical patent/BG106217A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21GCONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G1/00Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
    • G21G1/04Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators
    • G21G1/12Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators by electromagnetic irradiation, e.g. with gamma or X-rays
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
    • G21F9/30Processing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

A linear accelerator, preferably of the monochromatic type, accelerates electrons to an energy of about 10 MeV which are directed onto a high Z target such as tungsten to generate gamma rays which are directed onto the fuel material such as U238 which results in the (gamma,f) reaction, thus releasing about 200 MeV. A reactor built to this principle requiring an accelerator driven by 1 MW will develop about 20 MW of power. The reaction is not self-sustaining and stops when the beam is turned off. This accelerator driven reactor may be used to "burn-up" spend fuel from fission reactors, if simply operated at 10 MeV. The photo-fission results in typical spent fuel waste products such as Cs137 and Sr90 which undergo photodisintegration by the (gamma,n) reaction, resulting in short-lived or stable products. 18 claims, 6 figures

Description

ПОЛУЧАВАНЕ НА ЕНЕРГИЯ ОТ РАЗПАДАНЕТО НА ОТРАБОТЕНИ ЯДРЕНИ ОТПАДЪЦИRECEIVING ENERGY FROM THE DISPOSAL OF WASTE WASTE

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD

Това изобретение в общия случай е свързано с обработката на отработени ядрени отпадъци. По-специфично това изобретение се отнася до получаване на електрическа енергия от топлината при реакциите от разпадане на отработени ядрени отпадъци и до ефективното използване на ядрени отпадъци.This invention generally relates to the treatment of spent nuclear waste. More specifically, this invention relates to the generation of electrical energy from heat in reactions from the decay of spent nuclear waste and to the efficient use of nuclear waste.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION

Един типичен 1000 мегаватов - ел. мощност (MWe) ядрен реактор с вода под налягане (PWR), действащ при 75% капацитет, създава около 25 тона отработено гориво при ефективност на изгаряне 43 гигавата за тон (GWe/t). 21 тона от изразходвано гориво (съдържат в себе си 42 PWR горивни елемента с общ обем от около 11 м3) ще произведат електрическа енергия от около 6.6 TWh (6,6 милиарда kWh). Получаването на тази енергия съответства на изгарянето на 2 милиона тона въглища в една конвенционална топлоцентрала, при което се отделят 120 000 тона пепел, 5.4 милиона тона CO и 50 000 тона SO.A typical 1000 megawatts (MWe) PWR of 75% capacity generates about 25 tonnes of spent fuel with a combustion efficiency of 43 gigawatts (GWe / t). 21 tonnes of fuel consumed (containing 42 PWR fuel cells with a total volume of about 11 m 3 ) will produce electricity of about 6.6 TWh (6.6 billion kWh). The production of this energy corresponds to the combustion of 2 million tonnes of coal in a conventional heat plant, producing 120,000 tonnes of ash, 5.4 million tonnes of CO and 50,000 tonnes of SO.

Отработеното гориво от ядрения реактор включва уран (U ), който по тегло представлява около 96% от отработеното гориво, което се отделя от промишлени реактори. В случая на реактори с лека вода (от най-често използвания LWR - тип, които включват и PWR тип) отработеното гориво съдържа около 0.90% U , като природният уранThe spent fuel from a nuclear reactor includes uranium (U), which by weight represents about 96% of the spent fuel released from industrial reactors. In the case of light water reactors (of the most commonly used LWR type, which include the PWR type), spent fuel contains about 0.90% U, such as natural uranium

включва само 0.70% от този изотоп. Плутоният представлява около 1% от теглото на отработеното гориво. Плутоният е с възможност за разпад, което означава, че той може да се използва като гориво в ядрените реактори. Ниските актиниди представляват около 0.1% от теглото на отработеното гориво. Те включват около 50% Np, 47 % Am и 3% Cm, които са силно радиотоксични. Продуктите за разпад (йод, техниций, неодимий, молибден, церий, цезий, рутений, паладий, и т.н.) съставляват 2.9% от теглото на отработеното гориво.includes only 0.70% of this isotope. Pluton represents about 1% by weight of spent fuel. Pluton is degradable, which means it can be used as fuel in nuclear reactors. Low actinides represent about 0.1% by weight of the spent fuel. These include about 50% Np, 47% Am, and 3% Cm, which are highly radiotoxic. Decomposition products (iodine, technician, neodymium, molybdenum, cerium, cesium, ruthenium, palladium, etc.) make up 2.9% by weight of the spent fuel.

Двата продукта за разпад с особено значение, поради техния значителен термичен удар върху мястото за складиране и представляващи опасност за здравето са Sr90 и Cs137. Тези два радиоизотопа са преобладаващи приносители за освобождаването на топлина от отработено гориво поне за първите няколко десетилетия. Cs също представлява основен източник на проникваща радиация, излъчвана от отработено гориво. Двата продукта за разпад са с особено значение поради техния потенциален принос за опасност за здравето са Тс99 и I129. Те са с особено значение, защото имат дълъг живот, получават се в значителни количества в процеса на разпадане, обикновено са разтворими в геоложки условия и сравнително бързо се разпространяват в подпочвените води.The two decomposition products of particular importance due to their significant thermal impact on the storage site and presenting a health hazard are Sr 90 and Cs 137 . These two radioisotopes have been the main contributors to the release of heat from spent fuel for at least the first few decades. Cs also represent a major source of penetrating radiation emitted from spent fuel. Both decomposition products are of particular importance because of their potential contribution to health hazards are Tc 99 and I 129 . They are of particular importance because they have a long life, are produced in considerable quantities during the process of decomposition, are usually soluble in geological conditions and are relatively rapidly distributed in groundwater.

Дълготрайната токсичност на отработеното гориво, доминиращо се определя от актинидите като Np237, U234, U236 и Ри239, Ри240, Ри242. Превръщането на дълготрайните изотопи във високо радиоактивен отпадък в стабилни или краткотрайни изотопи посредством предизвикани ядрени реакции е един желателен алтернативен подход за намаляване на високо радиоактивни ядрени отпадъци.The long-term toxicity of spent fuel dominantly is determined by actinides such as Np 237 , U 234 , U 236 and Ri 239 , Ri 240 , Ri 242 . The conversion of long-lived isotopes into highly radioactive waste into stable or short-lived isotopes through induced nuclear reactions is one desirable alternative approach for reducing highly radioactive nuclear waste.

Съществуват около 300 различни радиоактивни вида, породени при работата на един ядрен реактор, главно в резултат от улавянето на неутрони и разпад, предизвикан от неутрони. Вредният ефект от различните радиоизотопи се изменя поради разликите в химичното поведение в тялото и радиацията излъчена от радиоизотопите. Рискът от радиоизотопите е свързан с мястото за складирането на ядрените отпадъци. Най-често срещаните механизми за освобождаване и излагане на действието на радиоизотопи от мястото на складиране включват контакт на подпочвени води с ядрения отпадък, последван от бавно разтваряне, пренос на радиоизотопи до достъпна околна среда, разпространение в биосферата и вероятното им поемане от храна и вода. Въпреки че в отработеното гориво или ядрените отпадъци от него се намират стотици изотопи, само някои от тях са от значение при складиране и съхранение. Това са четири изотопа Cs137, Sr90, I129 и Тс99, които са основна грижа при отработените горива от реакторите с лека вода, т.е. ядрен отпадък, поради тяхното високо топлоотделяне, разтворимост в подпочвени води или опасност за здравето.There are about 300 different radioactive species generated by the operation of a nuclear reactor, mainly as a result of neutron capture and neutron-induced decay. The adverse effect of different radioisotopes is altered by differences in chemical behavior in the body and radiation emitted by radioisotopes. The risk of radioisotopes is related to the location of the storage of nuclear waste. The most common mechanisms for the release and exposure of radioisotopes from the storage site include groundwater contact with nuclear waste, followed by slow dissolution, transfer of radioisotopes to the accessible environment, distribution in the biosphere and their likely uptake from food and water. . Although there are hundreds of isotopes in spent fuel or nuclear waste, only some of them are important for storage and storage. These are the four isotopes Cs 137 , Sr 90 , I 129 and Tc 99 , which are the main concerns for spent fuel from light water reactors, ie. nuclear waste due to their high heat dissipation, groundwater solubility or health hazards.

Разпореждането с отработени горива трябва да осигурява предпазване на биосферата при икономически приемливи условия без последващи в близко бъдеще неблагоприятни последствия, като обществеността трябва да бъде убедена в ефективността на използваните методи. Тъй като отработеното гориво съдържа радиоизотопи с голяма дълготрайност, изискват се определени предпазни мерки за поне 100 000 години. Две са възможностите:The disposal of spent fuels must ensure that the biosphere is protected under economically acceptable conditions without adverse effects in the near future, and the public must be convinced of the effectiveness of the methods used. Because spent fuel contains long-lasting radioisotopes, some precautionary measures are required for at least 100,000 years. There are two options:

1. Можем да чакаме до естественото разпадане на радиоактивните елементи посредством физическото им изолиране от биосферата, като се монтират последователни прегради на подходяща дълбочина под земята. Тази стратегия се нарича дълбоко геоложко отлагане.1. We can wait for the natural disintegration of radioactive elements by physically isolating them from the biosphere by installing sequential bulkheads at an appropriate depth underground. This strategy is called deep geological deposition.

2. Можем да използваме ядрени реакции, които ще преобразуват дълготрайните отпадъци в по-ниско радиоактивни продукти или в продукти с по-кратък живот. Тази стратегия се нарича преобразуване.2. We can use nuclear reactions that will convert long-lived waste into lower radioactive products or products with a shorter life span. This strategy is called transformation.

Проблемът при складиране на ядрени отпадъци под земята е в това, че не съществува материал, който да задържи радиоактивното съдържание, радиоактивните отпадъци непрекъснато произвеждат топлина, водород и хелий, както и други нестабилни продукти.The problem with storing nuclear waste underground is that there is no material to retain the radioactive content, the radioactive waste continuously produces heat, hydrogen and helium, and other unstable products.

Трансурановите отпадъци, получени от отбранителната промишленост временно се складират в 23 места по цялата територия на САЩ, докато смесени радиоактивни и рискови отпадъци, в момента се съхраняват на 40 места в цялата страна.The defense-grade transuranic wastes are temporarily stored in 23 locations throughout the United States, while mixed radioactive and hazardous wastes are currently stored at 40 locations nationwide.

В Щатите има 114 атомни реактора, а в света около 400 действащи индустриални атомни електроцентрали, включващи около 120 GWe ядрен електрически капацитет в Западна Европа и 45 GWe действащи в бившия СССР и страните от Източна Европа. Само в САЩ, сме натрупали 34 000 тона ядрени отпадъци. Текущо САЩ произвеждат годишно 3000 тона високо активен отпадък (основно отработено гориво). Една средна електроцентрала с промишлено предназначение складира на “временен” склад 60 използвани горивни заряда всяка година, като се очаква това да продължи до 2000 г., когато отпадъците ще се прехвърлят в DOE. Това не включва отпадъци с ниска активност като ръкавици, филтри, инструменти, облекло и др., които постъпват от ядрените централи, изследователски центрове и болници, в които се използват радиоактивни материали. В САЩ има около 100 000 съоръжения, които използват радиоактивни материали. Те произвеждат 1.6 милиона кубични фута ниско активен отпадък ежегодно.There are 114 nuclear reactors in the United States and around 400 operating industrial nuclear power plants worldwide, including about 120 GWe of nuclear power in Western Europe and 45 GWe operating in the former USSR and Eastern European countries. In the US alone, we have accumulated 34,000 tonnes of nuclear waste. Currently, the United States produces 3000 tonnes of highly active waste (mainly spent fuel) annually. An average industrial power plant stores 60 used fuel charges in a temporary warehouse each year, and this is expected to continue until 2000, when the waste will be transferred to the DOE. This does not include low-activity wastes such as gloves, filters, tools, clothing, etc. that come from nuclear power plants, research centers, and hospitals that use radioactive materials. There are about 100,000 facilities in the United States that use radioactive materials. They produce 1.6 million cubic feet of low-activity waste annually.

Текущите проектни разходи в Програмата на САЩ за Управление на околната среда са около $7.5 милиарда на година. Теоретичните изследвания в момента разходват около 20% от бюджета за Възстановяване на околната среда. Според Базовия доклад за Управление на околната среда общите разходи за очистване в програмата за ядрените оръжия е $230 милиарда за период от 75 г., включително проекта за очистване “Ханфорд”.Current project costs for the US Environmental Management Program are approximately $ 7.5 billion per year. Theoretical studies currently spend about 20% of the budget on environmental restoration. According to the Basic Environmental Management Report, the total cost of cleanup in the nuclear weapons program is $ 230 billion over a 75-year period, including the Hanford cleanup project.

Повечето от сега действащите промишлени ядрени реактори са ядрени реактори с лека вода, с голям капацитет и производителност на електро-енергия от порядъка на 400 MWe. Един реактор с кипяща вода, който е известен като разновидност на реактор с лека вода, притежава съд под налягане и реакторна сърцевина, разположена в съда под налягане. Сърцевината на реактора включва множество касети с гориво. Контролните пръти за управление на мощността на реактора са пригодени за поместване в сърцевината на реактора. Реакторът с кипяща вода притежава система за рециклиране на охладителя в сърцевината на реактора, като охладителя служи и като средство за фина настройка на мощността на атомния реактор. Парата, генерирана в съда под налягане на реактора се въвежда в парна турбина за нейното задвижване, след което се охлажда в кондензатор. Полученият кондензат се рециклира като охладителна течност в съда под налягане.Most of the current industrial nuclear reactors are light water reactors with high capacity and 400 MWe electricity capacity. A boiling water reactor, which is known as a kind of light water reactor, has a pressure vessel and a reactor core located in the pressure vessel. The reactor core includes a plurality of fuel cartridges. The reactor power control rods are designed to fit into the core of the reactor. The boiling water reactor has a system for recycling the cooler in the core of the reactor, and the cooler also serves as a means of fine-tuning the power of the nuclear reactor. The steam generated in the reactor pressure vessel is introduced into a steam turbine to drive it and then cooled into a condenser. The resulting condensate is recycled as a coolant in a pressure vessel.

Друг характерен пример за реактор с лека вода е реактор с вода под налягане, който се състои от съд под налягане, включващ сърцевинаAnother typical example of a light water reactor is a pressurized water reactor comprising a pressure vessel comprising a core

на реактора с множество касети с гориво, парен генератор и основна охладителна система, която образува затворен кръг, включващ съда под налягане и парния генератор. Горещата охладителна течност след загряването й в реакторната сърцевина се въвежда в парогенератора през тръба от основната охладителна система, за да направи топлообмен със захранваната вода, подавана в парогенератора. Охладителното тяло, чиято температура се е снижила в резултат от топлообмена, се връща от парогенератора в съда под налягане през тръбата в основната система. От друга страна, захранваната вода се изпарява в резултат от топлообмена и се превръща в пара. Парата се подава към турбината за нейното задвижване, след което се охлажда в кондензатор. Кондензатът се връща като захранваща вода в парогенератора.of a multi-fuel tank reactor, a steam generator, and a main cooling system that forms a closed circuit comprising a pressure vessel and a steam generator. The hot coolant, after being heated in the reactor core, is introduced into the steam generator through a pipe from the main cooling system to produce heat exchange with the supply water supplied to the steam generator. The coolant, whose temperature has decreased as a result of the heat exchange, is returned from the steam generator to the pressure vessel through the pipe into the main system. On the other hand, the supplied water is evaporated as a result of the heat exchange and converted into steam. The steam is fed to the turbine to drive it, and then cooled in a condenser. The condensate returns as feed water to the steam generator.

Ядреното разпадане на тежките елементи след поглъщане на електромагнитно излъчване (фоторазпад) за пръв път е предсказано от Бор и Уилър в тяхната известна статия от 1939 г. Хаксби, Шуп, Стивънс и Уелс (1941) са първите получили разпад в гама лъчи.The nuclear decay of heavy elements after ingestion of electromagnetic radiation (photodecomposition) was first predicted by Bohr and Wheeler in their famous 1939 article. Huxby, Schup, Stevens, and Wales (1941) were the first to receive decay in gamma rays.

Едно изследване на литературата показва, че фотоядрената реакция в ядрата на актиниди е била цел, преследвана от няколко лаборатории през последните 40 г., като се използват няколко вида източници на гама лъчи. Главната цел на тези изследвания е била да се получи ядрена информация при възбуждане на енергии в зоната на резонанс на гигантски дипол и в зоната на ниска енергия, в близост до праговете на фоторазпад и фотонеутрон. Открито е, че резонанса на гигантски дипол (РГД) радикално подобрява ефективното сечение, което се предоставя на случайни фотони, попадащи върху прицелното ядро.One literature study shows that the photonuclear response in actinide nuclei has been a goal pursued by several laboratories over the last 40 years, using several types of gamma ray sources. The main objective of these studies was to obtain nuclear information in the field of excitation of energies in the resonance region of a giant dipole and in the low energy region, near the thresholds of photodecay and photoneutron. The giant dipole resonance (WGD) has been found to radically improve the effective cross section that is provided to random photons incident on the target nucleus.

Бауман, използвайки квази-монохроматичен фотон, получен от анихилацията при прелитане на монохроматични позитрони, първи е установил характерното разделяне на резонанса на гигантския дипол на разпадащото се ядро на два компонента, явление, наблюдавано също и при други постоянно деформирани ядра. При това е било открито, че предизвиканото от фотони I’n/I”j съотношение, зависи силно от енергията, резултат, който е в пълно противоречие с данните, получени от разпад, предизвикан от неутрони, задържащо лъчение - предизвикан разпад и разпад, предизвикан от заредена частица.Bauman, using a quasi-monochromatic photon obtained from annihilation during the flight of monochromatic positrons, was the first to detect the characteristic separation of the resonance of a giant dipole into a decaying nucleus into two components, a phenomenon also observed in other permanently deformed nuclei. In doing so, it was discovered that the photon-induced I ' n / I' j ratio is highly energy-dependent, a result that is in complete contradiction to the data obtained from neutron-induced decay, delayed radiation-induced decay and decay, caused by a charged particle.

Систематиката на резонанса на гигантския дипол, която характеризира поглъщането на електромагнитното излъчване от ядрото в енергиен диапазон от 5 до 30 MeV е представлявала интерес от откриването на самия гигантски дипол. През годините в много лаборатории посредством моноенергийни фотони са измерени фотонеутронните сечения на много ядра. Всички тези данни са представени в Таблиците за атомни и ядрени данни. За голямата част от изследваните случаи съответствието е забележително добро.The systematic resonance of the giant dipole, which characterizes the absorption of electromagnetic radiation from the nucleus over an energy range of 5 to 30 MeV, was of interest in the discovery of the giant dipole itself. Over the years, photoneutron cross sections of many nuclei have been measured in many laboratories using mono-energy photons. All of these data are presented in the Atomic and Nuclear Data Tables. For most of the cases examined, the compliance is remarkably good.

Класическото описание на процеса на поглъщане на фотони от дипола предполага, че за сферични ядра пълното сечение за поглъщане на фотони се характеризира с форма на крива на Лоренц,The classical description of the process of absorption of photons by a dipole implies that for spherical nuclei the complete section for absorption of photons is characterized by a Lorentz curve,

0(^) = 0^/(1+(^2¾2)2¾2^] (Уравн. 1) където аш е върховото напречно сечение, Ещ е резонансната енергия, а Г е пълната ширина при половин максимум. За деформирани (сфероидни) ядра общата картина предполага разделяне на гигантския резонанс на два компонента, съответстващи на трептенията, успоредни и перпендикулярни на оста на симетрия на ядрото.0 (^) = 0 ^ / (1 + (^ 2 ¾ 2 ) 2 ¾ 2 ^] (Equation 1) where a sh is the peak cross section, Still is the resonant energy and D is the full width at half maximum. deformed (spheroid) nuclei, the overall picture implies the separation of the giant resonance into two components corresponding to the oscillations, parallel and perpendicular to the axis of symmetry of the nucleus.

За средни и тежки ядра, бариерата на Куломб подтиска емисията на заредени частици при енергии от гигантски резонанс и напречните сечения на разсейване на фотоните винаги са малки на ( γ, η ) праг; по тази причина, пълното фотонеутронно напречно сечение представлява добра апроксимация на пълното сечение на фотонно поглъщане.For medium to heavy nuclei, the Coulomb barrier suppresses the emission of charged particles at giant resonance energies and photon scattering cross sections are always small at the (γ, η) threshold; therefore, the full photoneutron cross section is a good approximation of the full photon absorption cross section.

Вътрешният четириполюсен момент Qo за едно деформирано ядро може да се изчисли от израза,The internal four-pole moment Q o for a deformed nucleus can be calculated from the expression,

Qo-2/5 ZR2e -2/5 ZR2 (η-1) η2/3 (Уравн. 2)Q o -2/5 ZR 2 e -2/5 ZR 2 (η-1) η 2/3 (Equation 2)

Където R=RoA1/3, Z и А са съответно броя на атомите и атомното тегло, е е ексцентрицитета на ядрото, а параметърът η е съотношението на голямата към малката ос (за продълговати ядра), даден по формулата,Where R = RoA 1/3 , Z and A are the number of atoms and the atomic weight, respectively, is the eccentricity of the nucleus and the parameter η is the ratio of the large to the small axis (for elongated nuclei) given by the formula,

Em (2)/ Em (1) = 0.911 η + 0.089 (Уравн. 3)E m (2) / E m (1) = 0.911 η + 0.089 (Eq. 3)

Където Ещ (1) и Ещ (2) са ниските и високи нива на резонансни енергии от съответствието на двукомпонентната крива на Лоренц към гигантския резонанс.Where Eht (1) and Eht (2) are the low and high levels of resonant energies, respectively, from the correspondence of the two-component Lorentz curve to the giant resonance.

Енергията на резонанса на дипола е толкова ниска, че един много по-прост процес - като (γ, π), (γ, р), (γ, 2п) и реакции на фоторазпад може да настъпи в зоната на гигантския резонанс. Състезанието между тези процеси се управлява от нормалните статистически съображения за намаляване възбуждането между съединение-ядро, така че обикновено преобладава емисия на неутрони.The dipole resonance energy is so low that a much simpler process, such as (γ, π), (γ, p), (γ, 2n), and photodecomposition reactions can occur in the region of the giant resonance. The competition between these processes is governed by the normal statistical considerations for reducing excitation between the compound-nucleus, so that neutron emission is usually predominant.

Характеристиките на резонанса на гигантски дипол за ядра на актиниди представляват особен интерес. За такива ядра с висок - Ζ и висока бариера на Куломб , пълното напречно сечение за фотонно поглъщане е равно на сбора от напречните сечения от следните реакции, σ (γ,Πίοΐ) = σ (γ,π) + 2σ (γ,2π) + νσ (γ,ί) (Уравн. 4) където ν е неутронната мултиплетност на явлението разпадане.The resonance characteristics of a giant dipole for actinide nuclei are of particular interest. For such nuclei with high - Ζ and high Coulomb barriers, the total cross section for photon absorption is equal to the sum of the cross sections of the following reactions, σ (γ, Πίοΐ) = σ (γ, π) + 2σ (γ, 2π) + νσ (γ, ί) (Equation 4) where ν is the neutron multiplicity of the decay phenomenon.

При това, общото напречно сечение за производство на неутрони е, (Уравн. 5)In addition, the total cross section for neutron production is, (Eq. 5)

Съревнованието между емисия неутрони и разпад могат да се изразят посредством, r„/Tf (Е) = σ (γ,π)/σ (γ,ί)(Ε) (Уравн. 6)The competition between neutron emission and decay can be expressed by, r '/ Tf (E) = σ (γ, π) / σ (γ, ί) (Ε) (Eq. 6)

Стойността за ra/Tf намалява експоненциално със способността на ядрото да се разпада. Теоретичният израз за Га/Гг, който обяснява това поведение на съревнование на неутронната емисия и разпадане е извлечен от Постоянната Ядрена Температура за нивото на плътност и се изразява сThe value of r a / Tf decreases exponentially with the ability of the nucleus to decay. The theoretical expression for D and / yy that explains the behavior of competition neutron emission and decay is extracted from the Permanent core temperature level density is expressed by

Гпг = 2 ТА2/3/10 exp {(Ef - Вп’)/Т} (Уравн. 7) където (Ef - Bn’) са ефективните прагове за съответните фотоядрени процеси, а Т е ядрената температура.D n / D d = 2 2/3 TA / 10 exp {(Ef - Bn ') / T} (eq. 7) where (Ef - Bn') are the effective thresholds for the respective fotoyadreni processes and T is the nuclear temperature.

Фактът, че се излъчва повече от един неутрон за разпад, при разпада на такива изотопи като Th232, U233, U235, U238 и Р239, води до възможността за верижна реакция на маса от материал, способен да се разпада. Доколко верижната реакция ще се запази устойчива, ще се развива или ще замре зависи от съревнованието между производството на неутрони от разпад и загубата на неутрони посредством различни процеси като безразпадно улавяне на неутрони, основно от (η, γ) реакции в системата и утечка на неутрони през повърхността на системата.The fact that more than one neutron is emitted for decay when decaying such isotopes as Th 232 , U 233 , U 235 , U 238 and P 239 leads to the possibility of a chain reaction of a mass of disintegrating material. How stable the chain reaction will remain, develop or die depends on the competition between neutron decay production and neutron loss through various processes such as non-decay neutron capture, mainly from (η, γ) system reactions and neutron leakage through the surface of the system.

Освобождава се енергия с ниво 200 MeV за разпад на един атом или около 23Х106 кВтч за разпад на един килограм U235. Фрагментите на разпада отнасят 82% от енергията под форма на кинетична енергия. Бързи неутрони отнасят други 2.5%, бързи гама частици отнасят 3.5%, бета разпад отчита 4%, а неутрино отнасят останалите 5%. Неутрино частиците и тяхната енергия се губят, тъй като възможността за взаимна реакция с неутрино е много малка. Известен разпад се появява също при удар на бърз неутрон в атом U238. Също така с изгаряне на горивото се получава плутоний, като голям процент от енергията идва от разпада на атоми Ри239. Около 80% от поглъщането на неутрони в U235 води до разпад, останалите 20% са (η, γ) реакции. Средната кинетична енергия, освободена при фоторазпада на Th232 е около 0.8 от тази освободена при разпад на U235 с бавни неутрони или около 160MeV.Energy is released at 200 MeV level for the decay of one atom or about 23X10 6 kWh for the decay of one kilogram of U 235 . The decay fragments account for 82% of the energy in the form of kinetic energy. Fast neutrons account for another 2.5%, fast gamma particles account for 3.5%, beta decay accounts for 4%, and neutrinos account for the remaining 5%. Neutrino particles and their energy are lost because the possibility of interacting with neutrino is very small. Some decay also occurs with a fast neutron impact in a U 238 atom. Plutonium is also produced by burning the fuel, with a large percentage of the energy coming from the decay of the R 23 atoms. About 80% of neutron uptake in U 235 results in decay, the remaining 20% are (η, γ) reactions. The average kinetic energy released at Th 232 photodecomposition is about 0.8 of that released at decay of U 235 with slow neutrons or about 160MeV.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОSUMMARY OF THE INVENTION

Съответно, обект на настоящото изобретение е да осигури ядрен реактор, захранван с обеднен или неразпадащ се радиокативен материал, като отработено гориво от конвенционален ядрен реактор.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a nuclear reactor powered by depleted or non-depleting radioactive material such as spent fuel from a conventional nuclear reactor.

Друг обект на изобретението е да осигури ядрен реактор с повишена безопасност посредством използване на подкритична маса на горивото.Another object of the invention is to provide a nuclear reactor with increased safety through the use of a sub-critical mass of fuel.

Още един обект на настоящото изобретение е да осигури ядрен реактор с малки размери и капацитет.It is another object of the present invention to provide a small size and capacity nuclear reactor.

Според това изобретение, което е направено за да се постигнат горните цели се осигурява система, в която електрони се ускоряват до достигане енергия от поне 6 MeV от ускорител и ускорените електрони или гама фотони получени от удара на ускорените електрони в целта, се въвеждат в горивото на ядрения реактор, като предизвикват разпад на горивото посредством процес на ядрена реакция известен като фоторазпад. С фоторазпада на горивото се получава топлина и неутрони, както в един конвенционален реактор, въпреки че разпада не се поддържа самостоятелно поради употребата на подкритична маса и неразпадащи се горивни елементи. По този начин, процеса на фоторазпад спира веднага, при спиране на електронния лъч. Получените топлина и неутрони могат да се използват в един конвенционален ядрен реактор, като такъв за производство на електрическа енергия.According to this invention, which is made to achieve the above objectives, a system is provided in which electrons are accelerated to achieve energy of at least 6 MeV from an accelerator and the accelerated electrons or gamma photons obtained from the impact of the accelerated electrons in the target are introduced into the fuel of a nuclear reactor, causing the fuel to decay through a nuclear reaction process known as photodecomposition. Fuel decomposition produces heat and neutrons, as in a conventional reactor, although decomposition is not maintained on its own due to the use of subcritical mass and non-decaying fuel elements. In this way, the process of photo-decay stops immediately when the electron beam is stopped. The resulting heat and neutrons can be used in a conventional nuclear reactor, such as for the production of electricity.

Разкритото изобретение е метод и средство за произвеждане на ядрена енергия от тежки, но не разпадащи се елементи. Реакцията не се задвижва от добре известната самоподдържаща се верижна реакция наThe disclosed invention is a method and means for producing nuclear energy from heavy but not disintegrating elements. The reaction is not driven by the well-known self-sustaining chain reaction of

U235, а посредством ускорител. Горивото за този тип реактори с ускорител може да бъде отработено гориво от реактори с разпад. Механизмът, посредством който ядрената енергия се освобождава от неразпадащ се материал е известен като фоторазпад, при който в един фотон или гама частица се въвежда енергия по-висока от прага за фоторазпад, като в резултат се получава разпад на атакуваните ядра. Например, при U238, прагът на фоторазпад е около 6 MeV и се получава разпад на ядра U238 като се освобождава енергия около 200 MeV.U 235 , and by means of an accelerator. The fuel for this type of accelerator reactor may be spent fuel from decay reactors. The mechanism by which nuclear energy is released from non-degradable material is known as photodecomposition, in which energy above the photodecomposition threshold is introduced into a photon or gamma particle, resulting in the decay of the attacked nuclei. For example, at U 238 , the photodecay threshold is about 6 MeV and decay of U 238 nuclei is obtained, releasing energy of about 200 MeV.

ПОЯСНЕНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИEXPLANATION OF THE FIGURES Attached

ФИГ. 1 представлява диаграмна схема за протичане на изобретениетоFIG. 1 is a flow chart of the invention

ФИГ. 2 представлява схематично предпочитано изпълнение на електронния ускорител от изобретението.FIG. 2 is a schematically preferred embodiment of the electronic accelerator of the invention.

ФИГ. 3 е графика на частичното и пълно фотоядрено напречно сечение за U , показваща реакциите (γ, η), (γ,2η), (γ, г) и напречното сечение (γ, пълно).FIG. 3 is a graph of the partial and full photo-nuclear cross section for U showing the reactions (γ, η), (γ, 2η), (γ, d) and the cross-section (γ, complete).

ФИГ. 4 е графика на фотоядрените напречни сечения за Th232 , U238,Np237.FIG. 4 is a graph of photonuclear cross sections for Th 232 , U 238 , Np 237 .

ФИГ. 5 е графика за фотоядреното напречно сечение за Ри239.FIG. 5 is a graph for the photonuclear cross section for Ri 239 .

ФИГ. 6 е графика на гама спектроскопичен анализ на получения в резултат продукт от 30 MeV фоторазпад на U238.FIG. 6 is a graph of gamma spectroscopic analysis of the resulting product of 30 MeV photodecomposition of U 238 .

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОEXAMPLES FOR THE IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

На ФИГ. 1 е показано изпълнение на настоящото изобретение, където линеен ускорител 1, за предпочитане от монохроматичен тип, ускорява електрони до енергия от около 5-30 MeV, за предпочитане около 10 MeV, които удрят преобразувател с висок Z като волфрам, за да се получат гама лъчи, които се насочват върху горивен материал, катоIn FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, where a linear accelerator 1, preferably of the monochromatic type, accelerates electrons to energy of about 5-30 MeV, preferably about 10 MeV, which hit a high-Z converter such as tungsten to obtain a gamma rays which focus on a combustible material such as

U238 в реактора 2, като в резултат протича ( γ, f) реакция, известна също като фоторазпад, по този начин се освобождава около 200 MeV енергия.U 238 in reactor 2, resulting in a (γ, f) reaction also known as photodecomposition, thus releasing about 200 MeV of energy.

През реактора 2 с първичната охладителна помпа 3 се прекарваA primary cooling pump 3 is passed through the reactor 2

охладителна течност, за да се отведе топлината от реактора към топлообменник 4, в който топлината се въвежда във вторична охладителна система, задвижвана от вторична охладителна помпа 5. Топлината отведена от вторичната охладителна система се използва за задвижване на турбина 6, преди охладителната течност да премине в кондензатор 8 и да се рециркулира. Турбина 6 задвижва генератор 7 за получаване на електрическа енергия.coolant to transfer heat from the reactor to a heat exchanger 4 in which heat is introduced into a secondary cooling system driven by a secondary cooling pump 5. The heat dissipated from the secondary cooling system is used to drive the turbine 6 before the coolant passes in capacitor 8 and recycle. Turbine 6 drives generator 7 to generate electricity.

Реактор, изграден съгласно изобретението, изискващ ускорител 1 с мощност на лъча от 1 MW ще развие мощност от около 20 MW. Реакцията на фоторазпад, която се получава в реактор 2 не е самоподдържаща се и спира, когато лъчът на ускорителя 1 се изключи. Това изобретение може да се използва за доизгаряне на отработено гориво от конвенционални реактори с разпад с лека вода, просто като работят при 10 до 20 MeV. В резултат от действие на изобретението се получават типични за отработено гориво отпадни продукти като Cs137 и Sr90, които преминават фотодезинтеграция посредством (γ, η ) реакция в реактора 2, като в резултат се постигат краткотрайни или стабилни продукти. Химическо отделяне на изотопите от отработеното гориво не е необходимо. Разбира се, за постигане на по-високи мощности, за задвижване на реактор 2 могат да се използват повече от един ускорители 1, както и за ускорен процес на доизгаряне. В идеалния случай, за работа на четири пространно разположени ускорителя се изискват около 4.8 MW мощност, като в резултат се получават около 100 MW от реактора. Фактът, че реакцията не е самоподдържаща се представлява особеност на безопасност, позволяваща моментално спиране в случай на проблем.A reactor constructed according to the invention requiring an accelerator 1 having a beam power of 1 MW will develop a power of about 20 MW. The photodecomposition reaction that occurs in reactor 2 is not self-sustaining and stops when accelerator beam 1 is turned off. This invention can be used to refuel spent fuel from conventional light water decomposition reactors simply by operating at 10 to 20 MeV. As a result of the invention, typical waste products such as Cs 137 and Sr 90 are produced, which undergo photodisintegration by (γ, η) reaction in reactor 2, resulting in short-lived or stable products. Chemical separation of isotopes from spent fuel is not necessary. Of course, to achieve higher power, more than one accelerator 1 can be used to drive reactor 2, as well as for an accelerated afterburning process. Ideally, about 4.8 MW of power is required to operate four spacecraft, resulting in about 100 MW of reactor power. The fact that the reaction is not self-supporting is a safety feature that allows immediate stopping in case of a problem.

Първичните значими ядрени реакции, които се появяват в реактора са поместени в Таблица 1.The primary significant nuclear reactions that occur in the reactor are listed in Table 1.

Таблица I. Реакции в Реактор задвижван с ускорителTable I. Reactions in Accelerator-driven Reactor

РЕАКПИИ ЗА ФОТОРАЗПАД (Т.Л σ“ ть“ ьЧнЛ М₽“, р.” Ри“. р«*«. тъ“, и“ и®, и“. РЕАКПИИ ЗА РАЗПАД (само една от многото) fiU“ + on* 4 mSt* + яХе1* + 2 «в* β (стабилна) мХ·1* 4 jjC$,4° + β 4 яВа’49 + β’ 4 nLa’* + β* 4 яСе,4в + β^ςτβ0Η.ιίΗ8 (γ, η) ОБОГАТЯВАНЕ nUn‘+y»eUB’+an’ WU»+T 4 ntf* + 2 ·α* +τ > wUMi+en‘ иАш241 +у 4 tsAm3* + «в* + -|вв 4 «JPu240 «Νρ°*+τ 4 oNp333 + 2 «в19 4 nUai wU3“+γ-» «(J®’+ βπ* ♦ γ-¼ + «а1 * T «U235 * β®1 н?иш+γ 4 мРи°* + 2 ¢01 + γ 4 мРи35+«а1 + .,е* 4 «Νρ°3 + -,ee 4 «ϋ333 яЦ“ + 7 4 * «η1 4 лМр1 + β’+7 “> «Νρ“ + 2 «η1 + ..е* 4 ηϋ235 мРиш +7 4 яРи*7 + 2 on’ +7 4 ^ + 2^1 +е* 4 »NpDJ + .,«* 4 «V03 9*Pu2J9+7-»wtrDS + aPHOTO DISPOSAL REACTIONS (T.L σ “t“ ЧNL M RUB ”,“ Ri ”. P“ * “. T“, and “i®, and“. DISPOSAL REACTIONS (only one of many) fiU “+ on * 4 mSt * + iHe 1 * + 2 «c * β (stable) mX · 1 * 4 jjC $ , 4 ° + β 4 iVa '49 + β' 4 nLa '* + β * 4 ICE , 4c + β ^ ςτβ0Η.ιίΗ8 (γ, η) ENHANCEMENT nU n '+ y »eU B ' + an ' W U» + T 4 ntf * + 2 · α * + τ> wU Mi + en' and Ash 241 + y 4 tsAm 3 * + «in * + - | in JPu 240 «Νρ ° * + τ 4 oNp 333 + 2" in 1 + e 9 4 nU ai wU 3 "+ γ-» «(J® ' + βπ * ♦ γ-¼ + «a 1 * T« U 235 * β® 1 n? and w + γ 4 mRi ° * + 2 ¢ 0 1 + γ 4 mRi 35 + «a 1 +., e * 4« Νρ ° 3 + -, e e 4 "ϋ 333 “ "+ 7 4 *" η 1 4 lMr 1 + β '+ 7 ">" Νρ "+ 2" η 1 + ..e * 4 ηϋ 235 mR w +7 4 iRi * 7 + 2 on '+7 4 ^ + 2 ^ 1 + f * 4 »Np DJ +.,« * 4 «V 03 9 * Pu 2J9 + 7-» wtr DS + a

НЕУТРОННО ОБОГАТЯВАНЕ ^+^4^+7 nd°* + on‘ 4 nd*+7 4 иИр®· + β· 4 ^Pu39 + β’ 4„Ρ*ο3 + β·4βυη, + β· (γ. η) НЕУТРАЛИЗАЦИЯ:NEUTRANE ENHANCEMENT ^ + ^ 4 ^ + 7 nd ° * + on '4 nd * + 7 4 iR® · + β · 4 ^ Pu 39 + β' 4 " Ρ * ο3 + β · 4βυ η, + β · (γ η) NEUTRALIZATION:

3 * 7 4 ιΗ3 ♦ «а* (стабилна) <С14 + *4 <C13 + оо.1 (стабилна) »Υ*+74»Υ* + on* (стабилна) I jjNi® 4 jjNi*3 + on*(стабилна) мКгм + γ 4 j^Kr*4 + on* (стабилна) пСо*° + 74 «Co39 + ой* (стабилна) aiTl20* +74 «ΤΙ3® + ^’(стабилна) aSr*+7 4 3tSr** + 2 «а1 (стабилна) I dBi3W + у 4 oBi309 + oQ1 (стабилна) мВа133 + у 4 uBa133 + оп!(стабилна) gjPb3,e + у 4 пРЬ3® + 2 ^’(стабилна) «Sr* + у 4 «Sr* + oa1 4 »Y*9 + р*(стабилна) jjl’39 + 7 4 el139 + ¢01 4 яХеш + β*(ίτβ6™ΐΗβ) »jCs,3T + γ 4 5jC$134 + on1 4 «Ba13* + β*(cτaбилнa) «Fe* + 7 4 seFe + «η1 4 «Co39 + р*(стабилна) tjPb210 + 7 4 nPb309 + oa1 4 «Bi309 + β(cτaбилнa) НЕУТРОННА НЕУТРАЛИЗАЦИЯ:, Η 3 * 7 4 ιΗ 3 ♦ «a * (stable) <C 14 + * 4 <C 13 + oo. 1 (stable) »Υ * + 74» Υ * + on * (stable) I jjNi® 4 jjNi * 3 + on * (stable) µg m + γ 4 j ^ Kr * 4 + on * (stable) pSO * ° + 74 «Co 39 + oh * (stable) aiTl 20 * +74« ΤΙ 3 ® + ^ '(stable) aSr * + 7 4 3tSr ** + 2 «a 1 (stable) I dBi 3W + y 4 oBi 309 + oQ 1 (stable) mVA 133 + at 4 uBa 133 + op ! (stable) gjPb 3, e + y 4 pJ 3 ® + 2 ^ '(stable) «Sr * + y 4« Sr * + oa 1 4 »Y * 9 + p * (stable) jjl' 39 + 7 4 el 139 + ¢ 0 1 4xHe w + β * (ίτβ6 ™ ΐΗβ) »jCs , 3T + γ 4 5jC $ 134 + on 1 4« Ba 13 * + β * (ctable) «Fe * + 7 4 seFe +« η 1 4 «Co 39 + p * (stable) tjPb 210 + 7 4 nPb 309 + oa 1 4« Bi 309 + β (stable) NEUTRAL NEUTRALIZATION:

•jTc99 + ofl1 4 «Tc1* + y 4 «xRu100 + β*(cτaбилнa) nl’39 + oa’ 4 «I130 + y 4 яХе’30 + β'(стабилна) я1*27 + on’ 4 «ί’3* + у4 мХе13* +· β (стабилна) nNag » рп1 4 nNa33 + γ (стабилна)• jTc 99 + ofl 1 4 «Tc 1 * + y 4« xRu 100 + β * (ctable) nl '39 + oa' 4 «I 130 + y 4 iHe '30 + β' (stable) i1 * 27 + on '4' ί ' 3 * + y4 mHe 13 * + · β (stable) nNa g »pn 1 4 nNa 33 + γ (stable)

Праговете за фоторазпад и неутронен разпад за съответните изотопи са дадени в таблица II.The photodecay and neutron decay thresholds for the respective isotopes are given in Table II.

Таблица II - Прагова енергия за разпад на избрани изотопиTable II - Threshold energy for decay of selected isotopes

НУКЛЕИД NUCLEID ФОТОРАЗПАД PHOTOGRAPHY НЕУТРОН-РАЗПАД NEUTRON-DECOMPOSITION Ат241 At 241 ПРАГ (MeV) 6.0 PRAGUE (MeV) 6.0 ПРАГ (MeV) PRAGUE (MeV) Ат242 At 242 - 6.4 6.4 Th232 Th 232 5.8 5.8 1.3 1.3 Np237 Np 237 5.6 5.6 0.4 0.4 Np238 Np 238 - 6.0 6.0 и233 and 233 5.7 5.7 0.025 0.025 и234 and 234 6.0 6.0 0.4 0.4 и235 and 235 5.3 5.3 0.025 0.025 и236 and 236 - 0.8 0.8 и237 and 237 - 6.3 6.3 и238 and 238 5.8 5.8 1.2 1.2 Ри239 Ri 239 5.8 5.8 0.025 0.025

Изобретението изисква високо мощен, ниско енергиен (lOMeV) електронен ускорител 1 или линеен ускорител за получаване на гама лъчи за задвижване на реакциите в реактора 2, предпочитаното изпълнение на който е показано на ФИГ. 2. Технологичното ниво в момента, предполага използване на електронен ускорител 1 от типа резонансен пръстен с пътуваща вълна (PillIB), задействан от две 1.2 MW непрекъснати вълни (CW) L-обхват клистрони 11, за предпочитане работещи при 1249 MHz RF за получаване на електронен лъч с енергия от 10 MeV е ток от 100 mA.The invention requires a high-power, low energy (lOMeV) electron accelerator 1 or linear accelerator to produce gamma rays to drive the reactions in reactor 2, the preferred embodiment of which is shown in FIG. 2. The current technological level involves the use of a PillIB traveling electronic accelerator 1, triggered by two 1.2 MW continuous wave (CW) L-band clusters 11, preferably operating at 1249 MHz RF to obtain an electron beam with energy of 10 MeV is a current of 100 mA.

Pill IB е избрана за усилване на праговия ток за разкъсване на лъча и за да се получи висока ефективност на ускорителя, което се постига с ниска стойност на константата на затихване и висок мултипликационен фактор на полето, което се допуска само с Р1111В. Преимуществата от използване на Р1111В, в сравнение със стоящата вълна като направляваща ускорителя са: опростена конструкция на кухината, поголям размер на апертурата, по-лесно производство, лесно механично разделяне от направляващата рециркулиращата вълна, всички тези неща опростяват работата в поле с висока радиация.Pill IB was selected to amplify the beam breaking threshold current and to obtain high accelerator efficiency, which is achieved by low attenuation constant value and high multiplier field factor, which is only allowed with P1111B. The advantages of using P1111B over the standing wave as a guide accelerator are: simplified cavity design, larger aperture size, easier manufacturing, easy mechanical separation from the recirculating wave guide, all of these things simplify operation in a high radiation field.

Клистроните 11 за предпочитане се задвижват от подавана мощност 90 KVDC, за да се произведе 1.2 MW RF. Мощността от 1.2 MW RF се захранва в Р1111В през насочващите прекъсвачи 12. Инжекторът на електрони се състои от 200 KVDC електронно оръдие 13, две магнитни лещи, един RF прекъсвач, предмодулатор 15 и модулатор 16. За електронното оръдие се изисква системата от прекъсвач 14 и модулатор 16 да е конструирана така, че да се получава пиков ток от 400 mA с лъчева енергия от 200 KeV.The klystrons 11 are preferably powered by a 90 KVDC power supply to produce 1.2 MW RF. The power of 1.2 MW RF is fed into the P1111B through the directional switches 12. The electron injector consists of a 200 KVDC electronic tool 13, two magnetic lenses, one RF switch, a pre-modulator 15 and a modulator 16. The electronic tool requires a circuit breaker 14 and the modulator 16 is designed to produce a peak current of 400 mA with a beam energy of 200 KeV.

Ускорителят 1 се състои от седем ускорителни направляващи 18.Accelerator 1 consists of seven accelerator guides 18.

Всяка отделна секция на ускорителя образува РППВ. Всяка от направляващите 18 на ускорителя, с дължина от 1.2 м, включва кухини сEach individual section of the accelerator forms an RPF. Each of the accelerator guides 18, 1.2 m in length, includes voids with

форма 13 2π/3 и две свързващи кухини. Всички направляващи на ускорителя 18 с от тип конструкция е постоянен градиент при условие, че се товарят с лъч от 100 mA.Form 13 2π / 3 and two connecting voids. All accelerator guides 18 s of type construction have a constant gradient, provided they are loaded with a beam of 100 mA.

Първият клистрон задейства един модулатор и три направляващи от ускорителя, докато втория клистрон задейства оставащите четири направляващи на ускорителя. Мощността RF, захранвана в модулатора и всяка направляваща на ускорителя е съответно 220 до 250 KW.The first klystron triggers one modulator and three guides from the accelerator, while the second klystron activates the remaining four guides from the accelerator. The RF power supplied to the modulator and each accelerator guide is 220 to 250 KW, respectively.

U238 може да се използва за гама преобразувател и за цел за фоторазпад, по този начин се избягва отделен преобразувател на електрони в гама частици като волфрам и може да се използва целевия материал U като източник на рентгенови лъчи. Преимуществото тук е във възстановяването на топлината, която обикновено се излъчва от преобразувателя и която е от порядъка на 70% от лъчистата енергия.U 238 can be used for gamma transducer and for photodecomposition target, thus avoiding a separate electron converter to gamma particles such as tungsten and the target material U as an X-ray source can be used. The advantage here is in the recovery of heat, which is usually emitted by the converter and which is in the order of 70% of the radiant energy.

Важно е да се отбележи, че въпреки че реакторът е за подкритична маса и се задвижва от гама лъчи, получените неутрони все още индуцират както бърз така и бавен неутронен разпад, както при всеки конвенционален реактор. В резултата от тези неутронни реакции се получава допълнителна енергия, което увеличава съотношението вход/изход от 1/20 до стойност, определена при конструирането.It is important to note that, although the reactor is of sub-critical mass and is driven by gamma rays, the neutrons obtained still induce both fast and slow neutron decay, as with any conventional reactor. These neutron reactions result in additional energy, which increases the I / O ratio by 1/20 to the design value.

ФИГ. 3 представлява фотоядреното напречно сечение на U238 и съревноваващите се реакции (γ, η), (γ, 2η) (γ, f) и (γ, пълен). Отбележете, че при предпочитаното енергийно ниво, 10 MeV, двете фотоядрени реакции са (γ, η) и (γ, f).FIG. 3 represents the photonuclear cross section of U 238 and the competing reactions (γ, η), (γ, 2η) (γ, f) and (γ, complete). Note that at the preferred energy level, 10 MeV, the two photonuclear reactions are (γ, η) and (γ, f).

ФИГ. 4 показва пълните фотоядрени напречни сечения за Np237, U и Th , докато ФИГ. 5 показва пълното фотоядрено напречно сечение за Ри . Сравнявайки напречните сечения от двете фигури може да се забележи, че сеченията са почти идентични; по-специално с разлика до около 10%. Това е важно, защото източникът на фотони не може да различава тези четири източника за гориво. Това означава, чеFIG. 4 shows the full photonuclear cross sections for Np 237 , U and Th, while FIG. 5 shows the full photonuclear cross section for Ri. Comparing the cross sections of the two figures, it can be seen that the cross sections are almost identical; in particular up to about 10%. This is important because the photon source cannot distinguish between these four fuel sources. This means that

23S тм 232 237 изпълнението е същото при използване за гориво от U , Th ,Νρ ,23S tm 232 237 performance is the same when used for fuel from U, Th, Νρ,

Ри239 или други фоторазпадни материали.Ri 239 or other photodecomposition materials.

ФИГ. 6 представлява гама спектроскопичен анализ на продуктите, получени при действителен фоторазпад на U . Единствените продукти с дълъг живот са Na22, Кг85 и Cs135, които когато са подложени на непрекъснат поток от фотони с мощност 10 MeV фотодезинтегрират.FIG. 6 is a gamma-ray spectroscopic analysis of the products obtained from actual photodecomposition of U. The only long-life products are Na 22 , Kg 85, and Cs 135 , which, when subjected to a continuous stream of photons with a power of 10 MeV, are photo-disintegrated.

Изчисленията показват, че ефективно (γ, η) изгаряне на отпадайте 1 Q продукти от разпада изисква гама поток от 10 γ/см сек за ускоряване времето за разпадане 180 пъти.Calculations show that efficient (γ, η) burning of waste 1 Q decay products requires a gamma flow of 10 γ / cm s to accelerate the decay time 180 times.

Броят на ядрата (γ, η), реагиращи по време на ирадиация може да бъде определен по следното диференциално уравнение:The number of nuclei (γ, η) reacting during irradiation can be determined by the following differential equation:

dNi/dt = -(λι + σΐφ) Nj + Σ Xji + σρφ)Ν3, i=l,2...,Na (Уравн. 8) къдетоdNi / dt = - (λι + σΐφ) Nj + Σ Xji + σρφ) Ν 3 , i = l, 2 ..., N a (Equation 8) where

Η = брой на Ι-το ядро λί = константа на разпадане на i-то ядро σ, = пълно фотоядрено напречно сечение на I-то ядро λμ = константа на разпадане от j-то ядро предаващо към i-то ядро ф = поток от γ-лъчиБрой = number of Ι-το nucleus λί = decay constant of i-th nucleus σ, = complete photo-nucleus cross-section of the ith nucleus λμ = decay constant from j-th nucleus transmitting to i-th nucleus φ = flux γ-rays

Na = брой на ядрата, които са отчетени в модела.N a = number of cores reported in the model.

Използвайки матрично представяне, уравнение (8) се изписва както следва:Using matrix representation, equation (8) is written as follows:

dN/dt = Α·Ν, (Уравн. 9) къдетоdN / dt = Α · Ν, (Equ. 9) where

-(λί+σΐφ) (i=j),- (λί + σΐφ) (i = j),

Ац= {λρ + σ^φ (i*j).Az = {λρ + σ ^ φ (i * j).

Матрицата на ядрата N във време t=At може да се получи от израза на Тейлър:The kernel matrix N at time t = At can be obtained from the Taylor expression:

N (t+At) = N(t) + Σ (At)7r! dN<n) (t)/dt, (Уравн. 10) i=l където dN(n) (t)/dt, e r-та производна на N(t) φN (t + At) = N (t) + Σ (At) 7r! dN <n) (t) / dt, (Equation 10) i = l where dN (n) (t) / dt, is the rth derivative of N (t) φ

Съчетавайки уравнение (9) и (10), можем да получим N (t +At) както следва:Combining equations (9) and (10), we can obtain N (t + At) as follows:

N (t+At) = N(t) + Σ (At)7r! A^t) (Уравн. 11) ι=1N (t + At) = N (t) + Σ (At) 7r! A ^ t) (Equ. 11) ι = 1

Матрицата А съдържа два вида данни: константите на разпадане и фотоядрените напречни сечения.Matrix A contains two types of data: decay constants and photonuclear cross sections.

Също така, посредством бързи неутрони, насочени към никел, от φ Η 58(η,γ) Nj59 реакция се постигат гама лъчи с разсейване по Комптън , като се получават гама лъчи с енергии от 5 до 9 MeV. В нашата заявка, ако реакторът съдържа материал за преобразувателя като никел, това означава да се постави “повтаряща станция” всеки път когато се получи стълкновение с никела. Например, ако реакторът съдържа слоеве никел и U238:Also, by means of fast neutrons directed at nickel, the φ Η 58 (η, γ) Nj 59 reaction achieves Compton scattering rays, yielding gamma rays with energies from 5 to 9 MeV. In our application, if the reactor contains transducer material such as nickel, this means installing a "repeating station" each time a nickel collision occurs. For example, if the reactor contains layers of nickel and U 238 :

1. Ускорителят произвежда гама лъчи от 10 MeV, насочени към уранова цел, за да се получи фоторазпад, в резултат от бързи неутрони;1. The accelerator produces a gamma ray of 10 MeV directed at a uranium target to produce photodecomposition as a result of fast neutrons;

2. Затихването на гама лъчите с тяхното преминаване през първия уранов слой намалява тяхната енергия под прага за реакция (γ,η); и2. The attenuation of gamma rays as they pass through the first uranium layer reduces their energy below the reaction threshold (γ, η); and

3. Поглъщането на бързите неутрони в първия слой никел създава 5 до 9 MeV гама лъчи, които ще оказват влияние на фоторазпада в следващия слой уран.3. Absorption of fast neutrons in the first nickel layer produces 5 to 9 MeV gamma rays, which will affect photodecomposition in the next layer of uranium.

Като се използва този многопластов подход, няма ограничение за дебелината на сърцевината на реактора, тъй като лъча на ускорителя непрекъснато се усилва във всеки пласт от никел.Using this multilayer approach, there is no limit to the thickness of the reactor core as the accelerator beam is continuously amplified in each nickel layer.

В допълнение или вместо никел, като “повтаряща станция” могат да се използват и други елементи или съединения или смеси от елементи, например сяра, диспросий, итрий, калций, титан, берилий, манган, олово, желязо, алуминий и мед.In addition to or instead of nickel, other elements or compounds or mixtures of elements, for example sulfur, dysprosium, yttrium, calcium, titanium, beryllium, manganese, lead, iron, aluminum and copper, may be used as a "repeating station".

Въпреки направеното пояснение на това изобретение, изложено по-горе, по отношение на специфични средства, материали и изпълнения, трябва да бъде ясно, че изобретението не е ограничено до тези разкрити особености, но се простира до всички еквиваленти в обхвата на следните патентни претенции.Despite the clarification of this invention set forth above with respect to specific agents, materials and embodiments, it should be clear that the invention is not limited to these disclosed features, but extends to all equivalents within the scope of the following claims.

Claims (18)

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИPatent Claims 1. Източник на топлина, който включва ядрен реактор, задействан от ускорител, като споменатият ускорител ускорява електрони до енергия от около 5 до 30 MeV, и споменатия реактор съдържа отработено ядрено гориво.A heat source comprising a nuclear reactor triggered by an accelerator, said accelerator accelerating electrons to energy of about 5 to 30 MeV, and said reactor containing spent nuclear fuel. 2. Източник на топлина от Претенция 1, при който споменатия ускорител работи на принципа на непрекъсната вълна.2. The heat source of claim 1, wherein said accelerator operates on a continuous wave principle. 3. Източник на топлина от Претенция 1, при който ускорителят е от тип ускорител с резонансен пръстен с пътуваща вълна.The heat source of claim 1, wherein the accelerator is a traveling wave resonant ring type accelerator. 4. Източник на топлина от Претенция 1, при който споменатия ускорител се задейства от клистрони с L-обхват.The heat source of claim 1, wherein said accelerator is actuated by L-band klystrons. 5. Източник на топлина от Претенция 4, при който споменатите клистрони работят при честота от 1249 MHz.The heat source of claim 4, wherein said klystrons operate at a frequency of 1249 MHz. 6. Източник на топлина от Претенция 1, при който ядреният реактор съдържа материал за преобразувател за преобразуване на бързи неутрони в гама лъчи посредством (η,γ) реакция.The heat source of claim 1, wherein the nuclear reactor comprises a transducer material for converting fast neutrons to gamma rays by (η, γ) reaction. 7. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е никел.7. The heat source of claim 6, wherein the transducer material is nickel. 8. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е сяра.8. The heat source of claim 6, wherein the converter material is sulfur. 9. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е диспросий.9. The heat source of claim 6, wherein the transducer material is dysprosium. 10. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е итрий.10. The heat source of claim 6, wherein the converter material is yttrium. 11. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е калций.The heat source of claim 6, wherein the transducer material is calcium. 12. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е титан.The heat source of claim 6, wherein the transducer material is titanium. 13. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е берилий.13. The heat source of claim 6, wherein the transducer material is beryllium. 14. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е манган.14. The heat source of claim 6, wherein the converter material is manganese. 15. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е олово.15. The heat source of claim 6, wherein the converter material is lead. 16. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е желязо.16. The heat source of claim 6, wherein the transducer material is iron. 17. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е алуминий.17. The heat source of claim 6, wherein the transducer material is aluminum. 18. Източник на топлина от Претенция 6, при който материалът за преобразувателя е мед.18. The heat source of claim 6, wherein the converter material is copper.
BG106217A 1999-05-21 2001-12-13 Power from fission of spent nuclear waste BG106217A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US31670099A 1999-05-21 1999-05-21
PCT/US2000/013922 WO2000072329A2 (en) 1999-05-21 2000-05-19 Apparatus for generating power from fission of spent nuclear waste

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG106217A true BG106217A (en) 2002-07-31

Family

ID=23230263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG106217A BG106217A (en) 1999-05-21 2001-12-13 Power from fission of spent nuclear waste

Country Status (18)

Country Link
EP (1) EP1234309A2 (en)
JP (1) JP2003525424A (en)
KR (1) KR20020043456A (en)
CN (1) CN1421037A (en)
AU (1) AU5149600A (en)
BG (1) BG106217A (en)
BR (1) BR0011595A (en)
CA (1) CA2371484A1 (en)
CZ (1) CZ20014161A3 (en)
EA (1) EA200101225A1 (en)
FI (1) FI20012249A (en)
HU (1) HUP0301807A2 (en)
IL (1) IL146657A0 (en)
MX (1) MXPA01011907A (en)
NO (1) NO20015656L (en)
PL (1) PL364809A1 (en)
SK (1) SK16862001A3 (en)
WO (1) WO2000072329A2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101469374B (en) * 2007-12-29 2011-03-02 中国核动力研究设计院 Method and equipment for extracting medical strontium-89 from homogenous water solution nuclear reactor gas loop
RU2515501C2 (en) * 2009-04-16 2014-05-10 Сирит ЭлЭлСи Fission reactor flow control system
US8320513B2 (en) 2009-04-16 2012-11-27 The Invention Science Fund I, Llc Nuclear fission reactor, flow control assembly, methods therefor and a flow control assembly system
US9613726B2 (en) 2009-05-28 2017-04-04 Northrop Grumman Systems Corporation Systems and methods for reducing the storage time of spent nuclear fuel
ITGE20120004A1 (en) * 2012-01-16 2013-07-17 Clean Nuclear Power Llc NUCLEAR REACTOR WORKING WITH A NUCLEAR FUEL CONTAINING ATOMES OF ELEMENTS HAVING LOW ATOMIC NUMBER AND LOW NUMBER OF MASS
JP6653650B2 (en) * 2013-11-21 2020-02-26 バーバラ スチュアート Reactor
CA2936973A1 (en) * 2014-01-22 2015-10-22 Robert F. BODI Method and system for generating electricity using waste nuclear fuel
CN113238270A (en) * 2021-06-25 2021-08-10 清华大学 Detection method, device, system, equipment and medium for uranium ore
US20230411034A1 (en) * 2022-06-15 2023-12-21 Westinghouse Electric Company Llc Use of sub-critical neutron multiplication driven by electronic neutron generators to produce radioisotopes

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4713581A (en) * 1983-08-09 1987-12-15 Haimson Research Corporation Method and apparatus for accelerating a particle beam
JPH0638119B2 (en) * 1989-03-02 1994-05-18 動力炉・核燃料開発事業団 Radioactive waste extinction processing device and extinction processing method
RU2003191C1 (en) * 1993-01-18 1993-11-15 Игорь Петрович Еремеев Method of transmutation of isotopes
EA200100079A1 (en) * 1998-06-26 2001-10-22 Пол М. Браун TREATMENT OF RADIOACTIVE WASTE BY MEANS OF STIMULATED RADIOACTIVE DECOMPOSITION

Also Published As

Publication number Publication date
BR0011595A (en) 2003-07-01
HUP0301807A2 (en) 2003-09-29
EA200101225A1 (en) 2003-06-26
WO2000072329A3 (en) 2002-06-13
CZ20014161A3 (en) 2002-06-12
IL146657A0 (en) 2002-07-25
CA2371484A1 (en) 2000-11-30
FI20012249A (en) 2002-01-21
NO20015656D0 (en) 2001-11-20
AU5149600A (en) 2000-12-12
MXPA01011907A (en) 2009-08-31
PL364809A1 (en) 2004-12-13
SK16862001A3 (en) 2002-07-02
EP1234309A2 (en) 2002-08-28
JP2003525424A (en) 2003-08-26
KR20020043456A (en) 2002-06-10
NO20015656L (en) 2002-01-15
CN1421037A (en) 2003-05-28
WO2000072329A2 (en) 2000-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0725967B1 (en) An energy amplifier for &#34;clean&#34; nuclear energy production driven by a particle beam accelerator
Oigawa et al. Role of ADS in the back-end of the fuel cycle strategies and associated design activities: The case of Japan
US20020169351A1 (en) Remediation of radioactive waste by stimulated radioactive decay
BG106217A (en) Power from fission of spent nuclear waste
WO2017104708A1 (en) Nuclear reactor system for extinguishing radioactivity
Lomonaco et al. An intrinsically safe facility for forefront research and training on nuclear technologies—Burnup and transmutation
Mukaiyama et al. Minor actinide transmutation in fission reactors and fuel cycle considerations
US20030058980A1 (en) Method and apparatus for the transmutation of nuclear waste with tandem production of tritium
Van Tuyle et al. The PHOENIX Concept
JP2004191190A (en) High-temperature generating method and system by nuclear transformation processing
Chwaszczewski et al. Transmutation of radioactive waste
McIntyre et al. Accelerator-driven subcritical fission in molten salt core: Closing the nuclear fuel cycle for green nuclear energy
Brown The Photon Reactor: Producing Power By Burning Nuclear Waste
Kiselev Activation and radiation damage in the environment of hadron accelerators
Brolly et al. Concept of a small-scale electron accelerator driven system for nuclear waste transmutation: part 2. Investigation of burnup
Lomonaco et al. EPJ Plus
Ripani Energy from nuclear fission
Ripani Energy from nuclear fission
Zhao et al. Sustainable development of nuclear energy and study on ADS in China
Malyshkin et al. Monte Carlo modeling of minor actinide burning in fissile spallation targets
Habs et al. The Munich accelerator for fission fragments MAFF
Takahashi Brookhaven National Laboratory ADS concepts (USA)
He et al. An overview of tritium production
Wilson Nuclear energy
Chulikov et al. Transmutation of radioactive waste