Младшие актиниды Опции

[AtomInfo.Ru]

В обзоре часть про выбор ускорителя не затронут, поэтому цитирую текст статьи.

To optimize the beam power and the position of the beam pipe (beam window), the required beam power, Pacc, for 800MWt core was calculated for different proton energies and different target positions by changing the distance from the top of the core to the beam window.

As is shown in fig. 1, the LBE target for spallation is physically separated from the LBE coolant by installing a stainless steel wall.
The radius of the spallation target and the buffer region together was fixed as 20 cm.

The proton beam distribution in space was assumed as a Gaussian distribution with FWHM of 2 cm.
The proton energy was varied from 600MeV to 1.5 GeV.
Higher energies are not needed for AD-DFR because the projected range of protons of higher energies in LBE will overshoot the active core area of which the length is chosen as 1 m.
The projected range for 1.5 GeV proton in LBE is approxiamtely 1m [38].

[AtomInfo.Ru]

Fig. 3. Accelerator beam power Pacc required for an 800MWt reactor is plotted as a function of the proton energy for different values of T, which is the distance from the top of the core to the beam window as shown in fig. 1 (max. error ∼ 0.12MW).

[AtomInfo.Ru]

Figure 3 shows the required Pacc for 800MWt reactor power as a function of proton energies. Different symbols denote the required Pacc for each target position.
The minimum value of Pacc is around 11.6MW, when the proton energy is 1.3–1.5 GeV and the beam pipe is located 20–30 cm below the top of the core.

We thus selected for the preceding calculations the proton energy of 1.5 GeV and the target position of T = 20 cm.
The incident proton beam current required is 7.74 ± 0.04 mA.

The rest of the calculations are carried out with these parameters.

[AtomInfo.Ru]

То есть, 1,5 ГэВ выбраны авторским произволом из диапазона 1,3-1,5 ГэВ.

[Dobryak]

То есть, 1,5 ГэВ выбраны авторским произволом из диапазона 1,3-1,5 ГэВ.

Я не подумал о том, что протоны надо поглощать в большом объеме и по радиусу, и по глубине --- без этого поглотитель будет разрушаться (вспомним про те же смещения на атом... а заряженный частицы в этом отношении разрушительнее нейтронов))

[Evgeny5]

Не буквально по обсуждающейся теме, но по близкой информацией могу поделиться. Слышал ответ спецов на вопрос о том, почему в некотором месте выбрали энергию первичного протонного пучка более 1.3 ГэВ при том, что оптимум реакции spallation для генерации нейтронов из мишени на основе тяжелых ядер (допустим, W мишени) как раз на 1.3 ГэВ находится. Сказано было, во-первых, за максимумом там далеко не крутой склон вправо, ну а главное - сильноточный ускоритель протонов на заданную мощность проще создать и дешевле эксплуатировать, если несколько повысить энергию и понизить ток, не меняя их произведения, т.е. мощности на мишени. Т.е. технологически намного проще создавать ускорители с меньшим током и, если я правильно понял, к.п.д. ускорителя выше будет. Те нейтронные источники, которые работают с энергией первичных протонов 0.6-0.8 ГэВ, находятся на крутом левом склоне и теряют много (возможно, использовали тот сильноточный ускоритель, который был в наличии или который было проще создать в те времена, не особенно заботясь об оптимуме).

[eninav]

Продолжим.

Прикинем на пальцах.

Данные из БНВБ-78 по микросечениям 241Am:

группа 1 (6,5-10,5 МэВ)
- захват 0,022 бн
- деление 2,41 бн

группа 4 (1,4-2,5 МэВ)
- захват 0,1 бн
- деление 1,97 бн

группа 26 (тепловая точка)
- захват 576,4 бн
- деление 3,2699 бн

Т.е. получается, что в тепловых реакторах америций накапливается, т.к. тепловые нейтроны он захватывает гораздо чаще чем делится ими (примерно на два порядка чаще), а быстрыми нейтронами наоборот, делится чаще чем захватывает на те же два порядка. Выходит, ОЯТ БН должен содержать меньше минорных актинидов, т.к. они там просто не успевают накапливаться?

[AtomInfo.Ru]

Да, играет роль то, что в быстром спектре миноры становятся топливом и делятся.

[eninav]

Странно, а вот тут пишут, что в ОЯТ БН америция и кюрия намного больше, чем в ОЯТ ВВЭР (только нептуния меньше). Правда, у БН выгорание вдвое больше.

Сообщение отредактировал eninav - 30.3.2021, 10:29

[Татарин]

Странно, а вот тут пишут, что в ОЯТ БН америция и кюрия намного больше, чем в ОЯТ ВВЭР (только нептуния меньше). Правда, у БН выгорание вдвое больше.

Наверное, нужно учитывать, что там "старт" с более высоких позиций - топливо плутониевое, то есть, первый захват с 238-го элемента до 239-го уже сделан. До плутония-240 (америция-240 через некоторое время) нужен только один захват без деления, а до плутония-241 - два захвата.

В тепловом реакторе с не-МОКС топливом сначала нужна достаточно долгая цепочка до плутония-239, и равновесные его количества даже в ОЯТ относительно малы, по сравнению со стартом МОКС или СНУП в БН.

[AtomInfo.Ru]

Странно, а вот тут пишут

Топливо БН какое рассматривается? Я на ходу, мне неудобно читать большие тексты сейчас, но так понял, что топливо MOX. То есть, сразу есть плутоний, а это источник америция и далее кюрия. В ВВЭР топливо уран, а это источник нептуния.

[eninav]

Да, вы правы, там рассчитывается БН с MOX топливом

Для расчета состава БН-1200 принималось, что АЗ содержит топливную композицию в виде смеси оксидов энергетического плутония (17%) и обедненного урана.

[AtomInfo.Ru]

Да, вы правы, там рассчитывается БН с MOX топливом

Тогда всё чётко. 241Pu в топливе есть и он за счёт распада довольно быстро образует америций-241, с которого начинаются другие америции и кюрии.

В ВВЭР до 241Pu нужно ещё добраться - образовать из 238U 239Pu, и далее ешё два захвата нейтрона до 241Pu. То есть, чтобы создать источник америция-241, нужно потратить три нейтрона последовательно. В реакторе с MOX-топливом такой источник есть сразу.

В то же время, в MOX-топливе минимальное содержание 235U, а это источник нептуния-237 (посредством двух захватов).
В урановом топливе 235U, естественно, имеется в товарном количестве.

[eninav]

Нашел тут такую табличку

Подскажите, что за такой параметр D — Neutron Consumtion? По смыслу это вроде сколько тратится нейтронов на одно деление, но как понять тогда отрицательные значения?

[AtomInfo.Ru]

Подскажите, что за такой параметр D — Neutron Consumtion? По смыслу это вроде сколько тратится нейтронов на одно деление,

Это авторское обозначение. Да, выше таблицы даётся определение - сколько нейтронов было потрачено на одно деление (учитывается, что нейтроны тратятся и на другие реакции).

Отрицательные значения возможны, потому что при делении образуются нейтроны.

[AtomInfo.Ru]

Отрицательные значения возможны, потому что при делении образуются нейтроны.

То есть, человек считает убыток нейтронов при трансмутации. Прибыль нейтронов в такой записи - это отрицательный убыток.

[eninav]

Спасибо.

Да, играет роль то, что в быстром спектре миноры становятся топливом и делятся.

А есть где-нибудь в открытом доступе состав ОЯТ БН, хотя бы рассчетный? Только что бы конкретно по изотопам плутония/миноров. Для легководников я такую информацию нашел, для БН нет нигде.

[AtomInfo.Ru]

А есть где-нибудь в открытом доступе состав ОЯТ БН, хотя бы рассчетный? Только что бы конкретно по изотопам плутония/миноров. Для легководников я такую информацию нашел, для БН нет нигде.

Расчётные данные не секретны, их надо просто поискать. К сожалению, чаще приводятся данные для равновесного состава ОЯТ, которого ещё физически не существует (ОЯТ, который будет образовываться в замкнутом цикле после выхода на равновесную, не зависящую от начальных условий топливную композицию).
У меня, я посмотрел, есть отчёты, которые я когда-то считал для EFR, но к сожалению остались только варианты, когда в топливо исходно добавляются миноры (то есть, когда занимаются трансмутацией). Это немного не то.

Посмотрите ещё буржуйские статьи в интернете. LMFBR, Superphenix и т.д. По физике они не сильно отличаются от наших БНов, т.е. общее представление о составе ОЯТ дадут.

P.S. Небольшим бонусом. Равновесный состав плутония в ОЯТ быстрых натриевых (источник - монография Кесслера).
238Pu - 1%
239 - 67,3%
240 - 19,2%
241 - 10,1%
242 - 2,4%