Аргус на минорах Опции

[eninav]

Возникла такая (может быть бредовая) идея.
При выделении минорных актиноидов есть проблема с отделением америция от кюрия - они слишком похожи химически. Процесс сложный, требует дорогих реактивов. Делать же таблетки из смеси америция с кюрием не хочется - кюрий слишком активный, плюс нейтроны от спонтанного деления, от которого сложно защититься. Придется процесс изготовления тотально автоматизировать и роботизировать, что бы человек даже близко не подходил.
В то же время есть реактор Аргус, растворный. Устройство предельно простое - бак на 22 л с раствором соли урана с обогащением 90%.
Почему бы не попробовать для выжигания миноров сделать что-то подобное?
Плюсы:
1. Не надо разделять америций от кюрия, достаточно отделить их от лантаноидов (что тоже не так-то просто, но все же легче).
2. Не надо делать таблетки-твэлы-ТВС, раствор америция и кюрия (плюс возможно нептуний) сразу льем в реактор. С раствором работать проще, если он достаточно разбавлен (толстый слой воды отлично задерживает излучение, и в том числе нейтроны). Потом достаточно будет раствор немного выпарить, что бы достичь критичности.
3. Естественная безопасность - при вскипании реактор сам себя глушит.
4. Опционально есть возможность на ходу чистить раствор от нейтронных ядов и шлаков какими-нибудь ионно-обменными смолами. Самый сильный нейтронный яд Xe-135 просто будет сам улетучиваться из раствора и не повлияет на реакцию в АЗ.
5. Если в растворе будет только Am, Cm и возможно Np, то реактор будет чистым выжигателем миноров, без образования новых (нет урана и плутония).

Правда, у Аргуса смешная мощность - 20 кВт, с такой мощностью миноры быстрее распадутся сами от старости, чем трансмутируют. Но можно мощность и увеличить, если добавить охлаждение (у Аргуса другие задачи, там не было цели повышать мощность, охлаждения там можно сказать нет), да и объем можно сделать больше. В общем, несколько масштабировать.
Также, минусом является низкая температура (у Аргуса 80 гр) — для отопления еще сойдет, но электричество получать - КПД будет ниже плинтуса. Но можно сделать корпус попрочнее, повысить давление и температуру, и получать перегретый пар во втором контуре. Впрочем, горячая вода тоже неплохо, получится такая АТЭЦ, работающая полностью на отходах.

[17th Guest]

20-минутное интервью главы Росатома Алексея Лихачева каналу "Россия-24"
https://smotrim.ru/article/3739657
Вообще о планах развития, но конкретно по четвёртому поколению реакторов и минорным актиноидам с 04:32
+
Страна Росатом, интервью с Владимиром Кащеевым, директором отделения по обращению с ОЯТ и РАО "Элементы с плохой репутацией: почему атомщики терпеть не могут минорные актиниды"
https://strana-rosatom.ru/2023/09/18/elemen...ciej-pochemu-a/

Сообщение отредактировал 17th Guest - 8.1.2024, 9:39

[eninav]

20-минутное интервью главы Росатома Алексея Лихачева каналу "Россия-24"
https://smotrim.ru/article/3739657
Вообще о планах развития, но конкретно по четвёртому поколению реакторов и минорным актиноидам с 04:32
+
Страна Росатом, интервью с Владимиром Кащеевым, директором отделения по обращению с ОЯТ и РАО "Элементы с плохой репутацией: почему атомщики терпеть не могут минорные актиниды"
https://strana-rosatom.ru/2023/09/18/elemen...ciej-pochemu-a/

Вторую ссылку как раз читал, когда пришла в голову идея растворного выжигателя. Там речь о ЖСР, который конечно лучше в плане КПД и мощности, но сделать его как мне кажется на порядок сложнее чем растворный: надо миноры из раствора как-то перевести в соль (выпарить? но концентрированные миноры будут сильно греться, что уже само по себе проблема), проблемы с материалами (расплавленная соль сжирает любой материал, самый долгоживущий ЖСР работал емнип 25 тыс часов, т.е. всего 3 года непрерывной работы) и т.д. А КПД нам не так важен, если задача именно сжечь трансураны, а не выработать энергию.

[Татарин]

Вторую ссылку как раз читал, когда пришла в голову идея растворного выжигателя. Там речь о ЖСР, который конечно лучше в плане КПД и мощности, но сделать его как мне кажется на порядок сложнее чем растворный: надо миноры из раствора как-то перевести в соль (выпарить? но концентрированные миноры будут сильно греться, что уже само по себе проблема), проблемы с материалами (расплавленная соль сжирает любой материал, самый долгоживущий ЖСР работал емнип 25 тыс часов, т.е. всего 3 года непрерывной работы) и т.д. А КПД нам не так важен, если задача именно сжечь трансураны, а не выработать энергию.

У нас по вводной после быстрого реактора МА порядка 10% от плутония.
Если КВ реакторов ~1 (ну или чуть больше, чуть меньше - неважно), то плутония нарабатываем примерно столько же, сколько сжигаем. А 10% от этой мощности, которую даёт плутоний должно давать и дожигание МА (ну, любое деление тяжёлого атома даёт плюс-минус столько же МэВ на ядро).

Порядка процентов от полной тепловой мощности всего реактороного парка. Это минимум! Это если горят только МА, никакого другого топлива мы не добавляем! Что тоже сомнительно, учитывая количество "неудобных" изотопов типа америция-241.
Это к чему? К тому что даже при малом КПД полная мощность-то такого дожигателя (дожигателей) должна быть очень немалая.

И вот есть 3ГВт(т) ЖСР-дожигатель себе представить можно, то 3ГВт(т) растворный реактор - уже... ну, такое себе.

...
Второй момент, КМК, в том, что дожигатель, КМК, должен быть с быстрым спектром. Иначе особенности каждого конкретного изотопа в тепловом спектре и сильная зависимость работы дожигателя от состава топлива просто замучают.

Третий - в более сложной радиохимии водных растворов вообще. А реактор-то у нас мощный.
...

КМК, уж лучше дожигать в тех же БРЕСТах, где изначально топливо достаточно маловыдержанное и "горячее". Может, даже специально привозить МА от других реакторов и досыпать сверху в его родную актинидную смесь.

ЖСР-то - Вы правы - тоже то ещё удовольствие.

[eninav]

Да, похоже все упрется в мощность, а мощность упирается в теплообмен. С теплообменом у таких реакторов все плохо, т.к. он идет только с поверхности, и площадь мала (у ВВЭР теплообмен идет с поверхности ТВЭЛов, их много, и поверхность во много раз больше). У американцев в Ок-Ридже был растворный реактор на 1 МВт тепловых, диаметр АЗ 32" (80 см), т.е. объем четверть кубометра, это всего ~4 МВт/м3. У ВВЭР емнип 150. А И при масштабировании все будет еще хуже, т.к. площадь это квадрат диаметра, а объем это куб. Т.е. даже при диаметре 3м, как у ВВЭР, мощность будет порядка 15 МВт, что очень мало (за год работы сожжет 5 кг, это меньше чем производит миноров один ВВЭР-1000).
Можно наверное увеличить мощность, если разместить теплообменник в саму АЗ. Но это серьезно усложнит конструкцию и привнесет разные интересные эффекты (например, если охлаждать водой - вода замедлитель, будет влиять на реактивность. Подал холодной воды - реактор разогнался).