RU2212072C2 - Способ трансмутации радиоактивных отходов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ трансмутации радиоактивных отходов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2212072C2 RU2212072C2 RU2001112159/06A RU2001112159A RU2212072C2 RU 2212072 C2 RU2212072 C2 RU 2212072C2 RU 2001112159/06 A RU2001112159/06 A RU 2001112159/06A RU 2001112159 A RU2001112159 A RU 2001112159A RU 2212072 C2 RU2212072 C2 RU 2212072C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transmutation
- radioactive waste
- neutron
- core
- subcritical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к производству энергии, трансмутации радиоактивных отходов, выжиганию оружейного плутония и актинидов. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении эффективности процесса трансмутации. Для этого взаимодействие пучка нейтронов от нейтронного генератора осуществляют на свинцовой матрице с распределенными в ней ядерным топливом и радиоактивными отходами, затем их замедляют и размножают в подкритической активной зоне на тепловых нейтронах. Для осуществления этого центральная мишень устройства выполнена в виде свинцовой матрицы с распределенными в ней ядерным топливом и радиоактивными отходами. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к производству энергии, трансмутации радиоактивных отходов, выжиганию оружейного плутония и актинидов.
Известен способ трансмутации радиоактивных отходов, заключающийся в использовании высокоэнергетических ядерных реакций расщепления и деления (М. Salvatores, I. Slesarev, M. Nematsu / A Global Physics Approach to Transmutation of Radioactive Nuclei. - Nuclear Science and Engineering, 116, 1994, 1).
Недостатками способа являются: сложность процесса взаимодействия высокоэнергетических частиц, таких как протоны, ядра дейтерия, трития, гелия с веществом, при этом наряду с трансмутацией могут образовываться новые радиоактивные ядра; дороговизна способа, так как для его осуществления требуются ядерные частицы сверхвысоких энергий и соответственно ускорители большой мощности.
Известно устройство для осуществления трансмутации радиоактивных отходов, которое состоит из сверхмощного ускорителя протонов, мишени из тяжелых элементов, подкритической активной зоны из делящихся ядер, актинидов и радиоактивных отходов (Takakazu Takizuka et al. Dedicated accelerator-driven system for nuclear waste transmutation. / 3rd International Conference on Accelerator Driven Transmutation Technologies and Applications, June 7-11, 1999, Praha, Czech Republik).
Недостатком данного устройства является его сложность из-за использования сверхмощного ускорителя протонов, что делает его ненадежным и снижает эффективность трансмутации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому нами является способ трансмутации радиоактивных отходов, заключающийся в использовании потока нейтронов, полученного в результате взаимодействия пучка нейтронов от нейтронного генератора со свинцовой мишенью, размножением нейтронов в подкритической активной зоне на тепловых нейтронах и поглощением их радиоактивными отходами (Serguei E. Chigrinov et al. A small-scale set-up for research of some aspects of accelerator driven transmutation technologies. / Proc. 3 Int. Conf. on Accelerator - Driven Transmutation Technologies and Applications (ADTTA"99), 1999, Praha, Czech Republic).
Недостатком данного способа является то, что генерация нейтронов осуществляется на свинцовой мишени, размещенной в центре подкритической активной зоне на тепловых нейтронах. Однородная мишень, находясь в небольшом телесном угле, не позволяет достаточно эффективно использовать нейтроны, выходящие из генератора в 4π геометрии. В результате поток генерируемых и размноженных нейтронов понижен и имеет тепловой спектр, а ряд радиоактивных отходов - долгоживущих продуктов деления и актинидов - имеют наиболее высокие сечения взаимодействия только с резонансными и быстрыми нейтронами, что приводит к снижению эффективности и скорости трансмутации радиоактивных отходов.
Известно устройство для осуществления трансмутации радиоактивных отходов, включающее нейтронный генератор, корпус, центральную свинцовую мишень, окружающую ее уран-водородосодержащую подкритическую активную зону с радиоактивными отходами, радиальный отражатель и биологическую защиту (Serguei Е. Chigrinov et al. A small-scale set-up for research of some aspects of accelerator driven transmutation technologies. / Proc. 3 Int. Conf. on Accelerator - Driven Transmutation Technologies and Applications (ADTTA"99), 1999, Praha, Czech Republic).
Недостатком данного устройства является его низкая эффективность, связанная с тем, что генерация нейтронов происходит на малогабаритной центральной свинцовой мишени, что снижает их поток в активной зоне и, как следствие, эффективность трансмутации. Кроме того, подкритическая активная зона устройства в результате замедления и размножения нейтронов генерирует спектр тепловых нейтронов, что приводит к снижению скорости трансмутации радиоактивных отходов.
Целью настоящего изобретения является создание способа трансмутации радиоактивных отходов, который обеспечил бы повышение эффективности процесса трансмутации в подкритической активной зоне.
Поставленная цель решается тем, что в способе трансмутации радиоактивных отходов, заключающемся в получении потока нейтронов в результате взаимодействия пучка нейтронов от нейтронного генератора со свинцовой мишенью, размножении их в подкритической активной зоне на тепловых нейтронах и поглощении радиоактивными отходами, согласно изобретению взаимодействие пучка нейтронов от генератора осуществляют на свинцовой матрице с распределенными в ней ядерным топливом и радиоактивными отходами, затем их замедляют и размножают в подритической активной зоне на тепловых нейтронах.
Описанный способ позволяет повысить эффективность трансмутации радиоактивных отходов в 1,5-1,8 раза по сравнению с прототипом.
Отличительной особенностью данного изобретения является генерирование и размножение пучка нейтронов от генератора на свинцовой матрице с распределенным в ней ядерным топливом, в которой происходит одновременное увеличение их потока и создание спектра нейтронов деления. В окружающей тепловой подкритической активной зоне происходит замедление и умножение нейтронов, утекающих из центральной зоны. Размещение радиоактивных элементов в той области спектра нейтронов, где они имеют наибольшие сечения поглощения, позволяет создать оптимальные условия трансмутации и, как следствие, повысить эффективность трансмутации радиоактивных отходов за счет увеличения числа трансмутируемых радиоактивных элементов.
Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью устройства для трансмутации радиоактивных отходов, которое включает нейтронный генератор, корпус, центральную свинцовую матрицу с распределенными в ней ядерным топливом и радиоактивными отходами, окружающую ее уран-водородосодержащую подкритическую активную зону с радиоактивными отходами, радиальный отражатель и биологическую защиту.
Такое устройство обеспечивает оптимальные условия трансмутации благодаря облучению в нем радиоактивных отходов нейтронами спектра деления и теплового спектра.
На фиг.1 изображено в аксонометрии устройство для трансмутации радиоактивных отходов, на фиг.2 - поперечное сечение подкритической активной зоны устройства.
Устройство для осуществления трансмутации радиоактивных отходов содержит нейтронный генератор 1, центральную подкритическую активную зону на быстрых нейтронах, состоящую из свинцовой матрицы 2, элементов с ядерным топливом и радиоактивными отходами 3, подкритическую активную зону на тепловых нейтронах, состоящую из водородосодержащего замедлителя 4 и элементов с ядерным топливом и радиоактивными отходами 5, радиальный отражатель 6, биологическую защиту 7, датчики нейтронов 8 и корпус устройства 9.
Далее рассмотрим работу данного устройства, из которой станет ясна и сущность заявленного способа.
Пучок нейтронов от генератора 1 поступает на центральную подкритическую активную зону на быстрых нейтронах, состоящую из свинцовой матрицы 2 и элементов 3, содержащих ядерное топливо, например обогащенный уран, плутоний, и радиоактивные отходы, сечение поглощения которых в спектре нейтронов деления велико. На свинцовой матрице 2 происходит вторичная генерация быстрых нейтронов, поток которых увеличивается, и его спектр преобразуется в спектр деления в результате взаимодействия с ядерным топливом. Поглощение нейтронов радиоактивными отходами приводит к превращению их в нерадиоактивные, т.е. к трансмутации радиоактивных отходов. Выходящие из центральной подкритической активной зоны быстрые нейтроны в подкритической активной зоне на тепловых нейтронах замедляются на водородосодержащем замедлителе 4, например полиэтилене, гидридцирконии и т.д., до тепловой энергии, размножаются в результате деления ядерного топлива 5 и поглощаются радиоактивными отходами, имеющими высокое сечение поглощения тепловых нейтронов.
Пример проекта предложенного устройства для осуществления изобретенного способа трансмутации радиоактивных отходов.
Устройство содержит нейтронный генератор, создающий пучок нейтронов с энергией 14,1 МэВ, интенсивностью 1,5•1012 нейтронов в секунду и связанную подкритическую сборку из активных зон на быстрых и тепловых нейтронах в стальном корпусе.
Подкритическая активная зона на быстрых нейтронах имеет форму прямоугольного параллелепипеда с размером граней 480•640•640 мм и размещена в центре подкритической сборки в стальном кожухе, связанном с внешним корпусом ребрами жесткости. Активная зона на быстрых нейтронах набрана из прямоугольных кассет размером 78•78•640 мм, представляющих собой свинцовую матрицу с равномерно распределенными в ней обсадными трубками из нержавеющей стали диаметром 10•1 мм и длиной 640 мм. Каждая кассета содержит 25 обсадных трубок, размещенных в прямоугольной регулярной решетке с шагом 16 мм. Обсадные трубки предназначены для элементов с топливными и поглощающими радиоактивными материалами. Каждая кассета помещена в кожух из нержавеющей стали размером 80•80•640 мм и толщиной стенки 0,8 мм.
На радиусах 230, 120, 50 мм от оси сборки имеются сквозные каналы для размещения облучаемых образцов. Элементы, содержащие топливные и поглощающие материалы, представляют собой герметичные трубки из нержавеющей стали диаметром 7•0.2 мм и длиной 620 мм, имеющие нижний и верхний концевики длиной 60 мм. В качестве топливных материалов используется ядерное топливо на основе урана-235, плутония-239, 241, актинидов, а в качестве поглощающих материалов - стронций-90, цезий-135, 137, йод-129 и т.д. Высота активной части в элементе - 500 мм.
Активная зона на быстрых нейтронах окружена подкритической активной зоной на тепловых нейтронах, которая состоит из полиэтиленовых блочков размером 80•80•51 мм, собранных в кассеты длиной 510 мм. В каждом блочке в прямоугольной регулярной решетке с шагом 20 мм имеется 16 сквозных отверстий диаметром 11 мм для размещения тепловыделяющих элементов типа ЭК-10, содержащих двуокись урана, обогащением 10% по урану-235. Кассеты в два ряда вплотную примыкают к кожуху активной зоны на быстрых нейтронах. По углам внешнего ряда кассет размещены нейтронные датчики. В зоне имеется ряд сквозных каналов диаметром 25 мм для размещения поглощающих материалов.
Активная зона на тепловых нейтронах окружена отражателем нейтронов в виде кладки из плотно упакованных полиэтиленовых блочков, образующих слой толщиной 200 мм, полностью заполняющий пространство между активной зоной и внешним корпусом сборки.
Биологическая защита состоит из плит и блочков борированного полиэтилена толщиной 50 мм, закрепленных на поверхности внешнего корпуса.
Таким образом, прелагаемые способ трансмутации радиоактивных отходов и устройство для его осуществления позволят в 1,5 - 1,8 раза повысить эффективность превращения под действием нейтронов радиоактивных отходов в стабильные или короткоживущие изотопы.
Claims (2)
1. Способ трансмутации радиоактивных отходов, заключающийся в получении потока нейтронов в результате взаимодействия пучка нейтронов от нейтронного генератора со свинцовой мишенью, размножении их в подкритической активной зоне на тепловых нейтронах и поглощении радиоактивными отходами, отличающийся тем, что взаимодействие пучка нейтронов от генератора осуществляют на свинцовой матрице с распределенными в ней ядерным топливом и радиоактивными отходами, затем их замедляют и размножают в подкритической активной зоне на тепловых нейтронах.
2. Устройство для осуществления трансмутации радиоактивных отходов, включающее нейтронный генератор, корпус, центральную свинцовую мишень, окружающую ее уран-водородосодержашую активную зону с радиоактивными отходами, радиальный отражатель и биологическую защиту, отличающееся тем, что центральная свинцовая мишень выполнена в виде свинцовой матрицы с распределенными в ней ядерным топливом и радиоактивными отходами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001112159/06A RU2212072C2 (ru) | 2001-05-07 | 2001-05-07 | Способ трансмутации радиоактивных отходов и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001112159/06A RU2212072C2 (ru) | 2001-05-07 | 2001-05-07 | Способ трансмутации радиоактивных отходов и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001112159A RU2001112159A (ru) | 2003-05-10 |
RU2212072C2 true RU2212072C2 (ru) | 2003-09-10 |
Family
ID=29776689
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001112159/06A RU2212072C2 (ru) | 2001-05-07 | 2001-05-07 | Способ трансмутации радиоактивных отходов и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2212072C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101061552B (zh) * | 2002-10-25 | 2011-11-02 | 通用原子公司 | 放射性废物的分解系统和方法 |
-
2001
- 2001-05-07 RU RU2001112159/06A patent/RU2212072C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Serguei E. Chigrinov et al Small - scale set up for research of some aspects of accelerator driven transmutation technologies. Proc. 3 Int. Conf. on Accelerator - Driven Transmutation Technologies and Applications (ADTTA "99"), June 7-11, 1999, Praha, Czech Republic. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101061552B (zh) * | 2002-10-25 | 2011-11-02 | 通用原子公司 | 放射性废物的分解系统和方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3976888A (en) | Fission fragment driven neutron source | |
RU2212072C2 (ru) | Способ трансмутации радиоактивных отходов и устройство для его осуществления | |
Cathalau et al. | More than forty years of neutronics experiments in critical facilities of Cadarache center: from EOLE and MINERVE to the future ZEPHYR reactor | |
Şarer et al. | Monte Carlo studies in accelerator-driven systems for transmutation of high-level nuclear waste | |
Chrysanthopoulou et al. | Preliminary selection of device materials to locally transform thermal into SFR neutron spectrum | |
Klapisch | Accelerator driven systems: an application of proton accelerators to nuclear power industry | |
João et al. | Monte carlo modeling of the new plate-type core for the brazilian ipen/mb-01 research reactor | |
Zuhair et al. | Study on neutronic characteristics of NuScale reactor core with thorium coating | |
RU2804452C1 (ru) | Бланкет-размножитель | |
Chernitskiy et al. | Tritium breeding calculation in a stellarator blanket | |
RU2159968C1 (ru) | Подкритический источник нейтронов | |
WO2023162286A1 (ja) | 発電システム及び発電方法 | |
Gulik et al. | The transmutation modeling for plutonium and minor actinides in the two-zone subcritical reactor | |
RU2542740C1 (ru) | Ядерный реактор для сжигания трансурановых химических элементов | |
Böning | Use of highly enriched uranium at the FRM-II | |
Ellis | Comparison of calculated and measured neutron fluence in fuel/cladding irradiation experiments in HFIR | |
Wu et al. | Neutronics Design of Hybrid Nuclear Systems | |
Mori | Japanese program for fusion nuclear technology development | |
RU2261493C1 (ru) | Способ наработки ядер америция-242m в отражателе быстрого реактора и облучательное устройство для наработки ядер америция-242m | |
Revol | Particle physics contribution to the elimination of nuclear waste | |
Cole et al. | Technology of Research Reactors | |
Habob | MCNPX simulations of fast neutron diagnostics for accelerator-driven systems | |
Adams et al. | Accelerator-driven thorium cycle: New technology makes it feasible | |
Sasa et al. | J-PARC Transmutation Experimental Facility Programme | |
Bznuni et al. | Characteristics of two-reactor electronuclear systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060508 |