Статьи

Быстрые - шаг вперёд к технологии вывода

Блок с БН-600 продлён до 2040 года

На Ленинградской АЭС завершились испытания ТУК для перевозок ОЯТ ВВЭР-1200

Китай - планы по гибридной станции

ЛАЭС-8 - залит первый бетон

Индия - Rajasthan-7 в сети

БФС-1 - физпуск критсборки для МОКС в ВВЭР-С

ЧМЗ - рекорд по производству оболочек

Россия и Мьянма подписали МПС по АСММ

Ленинград-6 - начался монтаж статора генератора

Документы

Генсхема-2042 (утверждённый вариант)

Конференции

TerraPower получила разрешение на подготовительные работы на площадке Natrium в штате Вайоминг

В мире статус действующего имеют 417 блоков, статус строящегося 62 блока - PRIS

В Димитровграде пройдёт молодёжная конференция специалистов предприятий Росатома и ФМБА России по развитию ядерных технологий

16-17 апреля 2025 года ОКБ ГИДРОПРЕСС проведёт XXV Международную конференцию молодых специалистов

В Москве отметили 125-летие со дня рождения Н.А.Доллежаля

Пресс-релизы

Врачи-онкологи познакомились с производством медицинских изделий в Физико-энергетическом институте

Памяти товарища - Красимир Христов

Более 10 заявок подали работники Физико-энергетического института для участия в отраслевой программе признания Человек года Росатома-2023

Новости ПО Старт

Новости ПО Старт

В Курчатове открыли мемориальную доску памяти ветерана атомной энергетики Германа Иванова

Более 13,7 млрд кВт-ч электроэнергии Смоленская АЭС выдала потребителям за 8 месяцев 2023 года

На Белоярской АЭС определили возможные технологии для переработки реакторного натрия

В Физико-энергетическом институте начались ремонтные работы в преддверии юбилея Первой в мире АЭС

Временный городок строителей Якутской АСММ открыт

Болгарский ядерный сайт

Маркеры для топлива - исследования в Лоуренс-Ливерморе

Инициатива глобального ядерного партнёрства GNEP, выдвинутая американской администрацией, ставит одной из своих целей разработать новые технологии, которые позволили бы снизить риск распространения ядерных материалов. Важной подзадачей является создание уникальных маркеров-подписей (taggants), которые могли бы использоваться как метки для ядерного топлива.

Команда специалистов из национальной лаборатории "Лоуренс Ливермор" (США) под руководством Майкла Кристо провела расчётное исследование с целью определить список материалов-кандидатов на роль маркеров. В качестве модели было выбрано топливо для реакторов PWR.

Требования к материалам-кандидатам

Топливные маркеры, прежде всего, должны выдерживать длительный период облучения в ядерных реакторов, либо оставаясь без изменений под действием нейтронного потока, либо эволюционируя заранее известным путём. Это требование исключает из списка кандидатов любые молекулярные соединения и сокращает выбор только до чистых элементов или изотопов.

В качестве маркера не стоит также выбирать элементы, которые присутствуют в двугорбой кривой осколков деления (70<Z<170). Ведь концентрация атомов маркера не может быть высокой, иначе они начнут негативно сказываться на физике активной зоны. Следовательно, количество осколков быстро превысит количество маркеров, не оставив от исходной сигнатуры и следа.

Помимо реакции деления, "посторонние" элементы попадают в топливо в виде примесей при фабрикации. При выборе маркера нужно это учитывать, чтобы подпись не потерялась на фоне технологических загрязнений.

Крайне желательно, чтобы элемент-маркер имел бы несколько стабильных изотопов с низкими сечениями поглощения. Отношение концентраций таких изотопов не будет сильно меняться в ходе облучения топлива, и, таким образом, может служить уникальной подписью. Чем больше стабильных изотопов есть у элемента, тем больший объём информации удастся зашифровать в метке.

Но если сечения поглощения всех изотопов маркера будут малы, то станет практически невозможным определить - сколько времени помеченное топливо находилось в ядерном реакторе? Следовательно, в состав маркера должны входить и изотопы с большими сечениями захвата. Зная их исходное процентное содержание в элементе-маркере и зависимость концентраций от выгорания, а также измерив текущие значения концентраций, эксперты смогут определить общий флюенс, набранный топливом, а это, в свою очередь, поможет им восстановить состав начальной топливной композиции.

Остаётся ещё одна важная характеристика топлива, которую хотелось бы внести в подпись - время, прошедшее с момента его выгрузки из активной зоны. Это можно сделать, если в составе маркера будет изотоп, чья концентрация выходит с ростом глубины выгорания на плато. Зная высоту плато и измерив текущую концентрацию такого изотопа, можно будет дать ответ на вопрос про время, прошедшее после выгрузки.

Предлагаемые виды маркеров

Исследователи из Лоуренс Ливермора полагают, что перечисленным критериям лучше всего отвечают маркеры из никеля, платины или осмия.

    Рис.1. Изменение концентраций изотопов маркера из никеля в ходе выгорания.

На Рис.1 приводятся графики изменения во времени концентраций изотопов никеля и продуктов их взаимодействия с нейтронным потоком за год работы реактора PWR.

У никеля имеется пять природных изотопов с малыми сечениями поглощения - 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni, 64Ni. Из них можно составить 4 независимых отношения концентраций, которые можно использовать для кодирования информации, закладываемой в подпись.

Восстановить величину набранного флюенса представляется возможным, используя отношение концентраций 63Cu и 65Cu (эти изотопы образуются в результате активации никеля).

Для определения времени после выгрузки, никелевый маркер может предложить сразу три изотопа с концентрациями, выходящими на равновесный уровень:

  1. 59Ni - период полураспада 7,6×104 лет;
  2. 58Co - период полураспада 70,8 дней;
  3. 63Ni - период полураспада 101 год.

Столь большой выбор позволит, в частности, надёжно определять время, прошедшее после выгрузки, в большом диапазоне дат.

    Рис.2. Изменение концентраций изотопов маркера из платины в ходе выгорания.

На Рис.2 можно видеть результаты аналогичных расчётов для платинового маркера. Здесь природными изотопами с малыми сечениями поглощения являются 190Pt, 192Pt, 194Pt и 198Pt. Изменения отношений концентраций в ходе выгорания можно отслеживать по двум наборам - (193Pt, 195Pt и 196Pt) и (198Hg, 199Hg и 200Hg). Изотопом-хронометром с плато в этом маркере станет 193Pt (период полураспада - 50 лет).

    Рис.3. Изменение концентраций изотопов маркера из осмия в ходе выгорания.

У осмия всего лишь 2 природных малопоглощающих изотопа - 186Os и 188Os. Зато у него образуются две системы изотопов с изменяющимися при выгорании соотношении концентраций - (184Os, 187Os, 189Os, 190Os и 192Os) и (191Ir и 193Ir) - и два изотопа-хронометра 192Ir (период полураспада 74 дня) и 193Pt (период полураспада - 50 лет).

Будущие направления работ

В представленной работе учёные из американской лаборатории предложили использовать в качестве топливных маркеров никель, платину или осмий, а также рассмотрели эволюцию этих маркеров в ходе выгорания в активной зоне.

Но что произойдёт с маркерами, если выгруженное топливо будет переработано? Куда должны попадать атомы сигнатуры - в уран, плутоний или осколки деления? Возможно, что потребуется предусматривать введение в топливо сразу нескольких маркеров, которые будут расходиться по разным потокам материалов в ходе переработки.

Особенно важно понять, как внедрение маркеров скажется на всём технологическом процессе изготовления топлива для АЭС - на свойствах и характеристиках топлива, на радиационной и ядерной безопасности установки, на экономических показателях и так далее. Без подобного анализа атомная отрасль США не станет рассматривать предложение о введении маркеров всерьёз.

Специалисты Ливерморской лаборатории отдают себе отчёт в том, что атомная отрасль как совокупность нацеленных на извлечение прибыли компаний и корпораций не будет заниматься разработкой технологий укрепления контроля за ядерными материалами.

Поэтому в Ливерморе надеются со временем подобрать и предложить маркеры "двойного назначения". С одной стороны, они могли бы служить задаче идентификации конкретных партий ядерного топлива, а с другой - выполнять определённые функции по улучшению физических, экономических и прочих характеристик топлива. Если подобный симбиоз удастся реализовать на практике, то это станет важным шагом вперёд на пути к атомной энергетике следующего поколения.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 04.08.2008

Темы: Нераспространение, США, Нейтронно-физические расчёты реакторов

Type One Energy - термояд по-американски
Американская компания уверена в том, что для строительства термоядерной электростанции (ТЯЭС) не потребуется каких-либо научных прорывов. У стартапа уже есть первый заказчик - государственная энергетическая компания TVA.
В специальном выпуске журнала Journal of Plasma Physics были опубликованы шесть рецензируемых научных работ и редакционная статья. Публикации были посвящены научным разработкам компании, лежащим в основе её проекта.
Джон Каник (John Canik), главный научный и инженерный сотрудник Type One Energy, утверждает: Нам не нужен научный прорыв, чтобы понять, как мы собираемся это сделать. Нет никаких фундаментальных технических неизвестностей, которые нам нужно было бы выяснить.
В целом компания считает, что выполненные её сотрудниками более 70 тысяч расчётов на суперкомпьютерах дают полное представление о физике процесса. В то же время трудности...


Регуляторы Канады выдали строительную лицензию для BWRX-300 в Дарлингтоне

Новости ПО Старт

Производство закиси-окиси урана в США составило в IV квартале 2024 года 144,4 т по урану

Чемпионат AtomSkills- 2025 завершился

В машзал третьего блока АЭС Аккую переместили бак запаса питательной воды

Эксперты Шанхайского офиса ВАО АЭС подтвердили готовность Кольской АЭС к партнёрской проверке

На Калининской АЭС был организован техтур для участниц стипендиальной программы МАГАТЭ

Россия и Кыргызстан будут готовить специалистов по ядерной медицине

Мелитопольский университет будет готовить кадры для ЗАЭС

Гана определилась с потенциальными поставщиками для первых АЭС

Третий блок Курской АЭС остановлен на ППР

Первый блок Кольской АЭС включён в сеть после ППР

Вестингауз хотел бы поставлять топливо на АЭС Пакш-2 - чиновник США

Новости ПО Старт

Правительство Фиджи хочет купить микрореактор для океанского судна

Комплекс по опреснению морской воды начал работу на площадке АЭС Аккую

На Ленинградской АЭС завершились испытания ТУК для перевозок ОЯТ ВВЭР-1200

В Белоруссии новый министр энергетики

Правительство ЮАР выделило 66 млн долларов на нужды строительства нового исследовательского реактора

Стартап Marvel Fusion привлёк новые инвестиции


Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru

Поиск по сайту:


      © AtomInfo.Ru – независимый атомный информационно-аналитический сайт, 2006-2025.
      Свидетельство о регистрации СМИ Эл №ФС77-30792.
      ATOMINFO™ - зарегистрированный товарный знак.
      Использование и перепечатка материалов допускается при указании ссылки на источник.