Младшие актиниды Опции

[Superwad]

Если я правильно понимаю, самый паскудный из всех миноров -америций. Можно ли его сжигать в БН и что получится на выходе?

[AtomInfo.Ru]

Если я правильно понимаю, самый паскудный из всех миноров -америций. Можно ли его сжигать в БН и что получится на выходе?

Кюрий самый противный, но его мало.

Америций - да, можно.
Часть 241Am поделится, часть перейдёт в 242Am, который перейдёт в 242Cm, а тот в 238Pu.


http://patentimages.storage.googleapis.com...0524-C00002.png
или здесь, если не сработает
http://www.google.com/patents/US6896716

P.S. Ссылку первую подвернувшуюся взял. Подробный чарт у меня не под рукой.

[generalissimus19...]

Америций - да, можно.
Часть 241Am поделится, часть перейдёт в 242Am, который перейдёт в 242Cm, а тот в 238Pu.

А, чтобы добывать 242*Am изомер, что нужно организовать?

[AtomInfo.Ru]

А, чтобы добывать 242*Am изомер, что нужно организовать?

Сделать мишень из америция-241 и долго и занудно облучать нейтронами

Generalissimus1966,

конкретная работа, к которой я имел некоторое отношение, и которая дошла до стадии финансовых расчётов (но не была, к сожалению, доведена до железа, хотя все причастные были не против), предполагала именно такой путь. Но на выходе ожидался, естественно, не чистый 242mAm, а америций, обогащённый по этому изотопу. Существенно обогащённый. Да, речь шла о масштабах, превышающих лабораторные.

[generalissimus19...]

Сделать мишень из америция-241 и долго и занудно облучать нейтронами

Так а какими выгоднее, тепловыми или быстрыми? Или там вообще резонансные захваты, когда образуется возбуждённый изомер? 13% - это для какого спектра посчитано, для теплового?

конкретная работа, к которой я имел некоторое отношение, и которая дошла до стадии финансовых расчётов (но не была, к сожалению, доведена до железа

Очень жаль.

P.S. если это удобнее, меня можно звать "Андрей", я не секречусь

Сообщение отредактировал generalissimus1966 - 9.11.2016, 13:04

[Superwad]

Спасибо за ответ.
А можно ли в БН трансмутировать во что нибудь полезное и кюрий?

[AtomInfo.Ru]

P.S. если это удобнее, меня можно звать "Андрей", я не секречусь

Хорошо.
Как модератор, я всегда предпочитаю, чтобы человек сам подтвердил на форуме, что его можно звать не только по нику.

Так а какими выгоднее, тепловыми или быстрыми? Или там вообще резонансные захваты, когда образуется возбуждённый изомер? 13% - это для какого спектра посчитано, для теплового?

Не такой простой вопрос, на самом деле.

Когда говорят о том, что быстрые реакторы больше подходят для трансмутации младших актинидов, то имеют в виду, в первую очередь, что в быстрых реакторах они преимущественно делятся.
Поделившееся ядро МА переходит в разряд осколков, обычного РАО.
Заодно мы вовлекаем МА в процесс производства энергии.

В тепловых реакторах МА предпочтительно захватывают нейтроны, образуя другой актинид. Например, 237Np и 241Am кончают жизнь в тепловом реакторе в основном как 238Pu.

Но если мы хотим сделать из 241Am америций, обогащённый по 242mAm, то нас будет интересовать захват, в первую очередь.

[AtomInfo.Ru]

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

То есть, два крайних интервала по энергии и один, в который попадает средняя энергия спектра деления (идеальный быстрый реактор).
Тепловая точка - соответственно, идеальный тепловой реактор.

Так как расчёты оценочные, то примем (отбросим единицы, оставим только порядки):
- плотность потока нейтронов в тепловом реакторе 10^13 н/см2/c
- плотность потока нейтронов в быстром реакторе 10^15 н/см2/c

А теперь получим скорости реакций захвата для всех трёх групп (плотность потока * микросечение захвата):
- группа 1 - 2,2e13 захватов в секунду;
- группа 4 - 1e14 захватов в секунду;
- группа 26 - 5,76e15 захватов в секунду.

То есть, активнее всего образование 242Am (обоих изомеров) происходит в идеальном тепловом реакторе, в котором все нейтроны собрались в тепловой точке.

По-хорошему, надо считать далее.
Надо учесть, что:
- деление 241Am играет нам на руку в плане обогащения облучённого образца по 242mAm, потому что поделившийся америций перестаёт быть америцием и может быть отделён от итогового продукта средствами радиохимии;
- 242mAm будет также неплохо выгорать, а не только накапливаться.

То есть, надо добавить ещё данные по сечениям 242mAm, по-хорошему записать два дифура, решить (громко сказано, решение известно, сумма экспонент) и далее посмотреть, как это изменит предварительный вывод про преимущество теплового реактора.

[AtomInfo.Ru]

А можно ли в БН трансмутировать во что нибудь полезное и кюрий?

Можно кюрий трансмутировать, а конкретно, использовать его как топливо в быстрых реакторах, но нерационально по технологическим причинам.

Поэтому пока общая идея такая:
- нептуний - возвращать в топливный цикл;
- америций - показать (экспериментально), что возвращение реально;
- кюрий - закопать.

[AtomInfo.Ru]

Кстати, про актиниды, пока сам не перенёс

Любопытная, но абсолютно теоретическая концепция (я тоже такие варианты когда-то считал) - безурановые реакторы.

Это может быть даже один реактор на большую страну. В него сгружают все МА со всех блоков и разбавляют их плутонием. Урана нет!

Прелесть такого реактора в том, что он в принципе не производит новых трансурановых элементов!
Он загружен бывшим ураном (плутоний+МА), который постепенно перерабатывается в реакторе в осколки деления и даёт, естественно, энергию.

Всю загрузку он переработать не сможет, не хватит реактивности, но после его кампании новых трансурановых элементов не образуется (в виду отсутствия урана), а часть старых будет сожжена.

Физика такой реактор не запрещает, но в технологическом плане мы ещё очень долго не будем способны делать такие загрузки.

[Superwad]

Кстати, про актиниды, пока сам не перенёс

Любопытная, но абсолютно теоретическая концепция (я тоже такие варианты когда-то считал) - безурановые реакторы.

Это может быть даже один реактор на большую страну. В него сгружают все МА со всех блоков и разбавляют их плутонием. Урана нет!

Прелесть такого реактора в том, что он в принципе не производит новых трансурановых элементов!
Он загружен бывшим ураном (плутоний+МА), который постепенно перерабатывается в реакторе в осколки деления и даёт, естественно, энергию.

Всю загрузку он переработать не сможет, не хватит реактивности, но после его кампании новых трансурановых элементов не образуется (в виду отсутствия урана), а часть старых будет сожжена.

Физика такой реактор не запрещает, но в технологическом плане мы ещё очень долго не будем способны делать такие загрузки.

Интересная тема, оказывается!
Из всего, что есть минорных элементов на сегодня. что можно выделить - это плутоний, нептуний и америций (я так понимаю, перспективным пирохимическим методом). А так как концентрация кюрия сильно мала, то выделить среди других осколков в отдельный твэл его пока невозможно. Я правильно понял?

[AtomInfo.Ru]

это плутоний, нептуний и америций

Плутоний не входит в понятие "младших актинидов". Это плутоний.

Младшими, или минорными актинидами у нас принято называть всё тяжёлое, что образуется из урана, кроме плутония.
Традиционно это нептуний, америций и кюрий. Прочее в реакторе образуется в мизерных количествах.

[AtomInfo.Ru]

Я правильно понял?

Нет, не так. Кюрий уж больно горячий по сравнению с остальными. Периоды полураспада посмотрите у них. Например, 243Cm - 29 лет, и это в основном альфа-распад. То есть, активные, горячие изотопы. Не слишком хочется связываться.

Можно, кстати, и не закапывать кюрий, а просто положить на склад, допустим, лет на 100.

[generalissimus19...]

Спасибо!

То есть, активнее всего образование 242Am (обоих изомеров) происходит в идеальном тепловом реакторе, в котором все нейтроны собрались в тепловой точке.

Это я понял, но исходно я спрашивал чуть-чуть про другое. Зависит ли процент образующегося изомера от энергии нейтрона, или 13% всегда, ну, допустим, скорость наработки не так важна, как доля возбуждённого изомера. Можно, конечно, дать полежать, чтобы основное состояние распалось, потом почистить. Но хочется, чтобы и извлечённый сразу содержал побольше изомера.

Надо учесть, что:
- деление 241Am играет нам на руку в плане обогащения облучённого образца по 242mAm, потому что поделившийся америций перестаёт быть америцием и может быть отделён от итогового продукта средствами радиохимии;
- 242mAm будет также неплохо выгорать, а не только накапливаться.

То есть, надо добавить ещё данные по сечениям 242mAm, по-хорошему записать два дифура, решить (громко сказано, решение известно, сумма экспонент) и далее посмотреть, как это изменит предварительный вывод про преимущество теплового реактора.

Ну, эти соображения вряд ли победят вывод о преимуществе теплового реактора по образованию обоих 242 вместе, но доля изомера может ли быть больше (в разы, хотя бы, в два раза) в быстром реакторе? Или, если не в быстром, то, может, эпитепловом?

[VBVB]

А можно ли в БН трансмутировать во что нибудь полезное и кюрий?

В БНе кюрий можно вполне эффективно трансмутировать в калифорний-252, который является ценным и дорогостоящим материалом для портативных нейтронных источников.

Однако проблема есть, что у нас кюрий промышленно не выделяют из жидких ВАО при гидрометаллургической переработке ОЯТ. Отечественный кюрий так идет во фракции лантаноидных осколков деления на захоронение (закачка в пласты или витрификация).

[VBVB]

Интересная тема, оказывается!
Из всего, что есть минорных элементов на сегодня. что можно выделить - это плутоний, нептуний и америций (я так понимаю, перспективным пирохимическим методом).

И плутоний, и нептуний, и америций можно выделять при переработке ОЯТ водными методами репроцессинга. Однако стадия окисления и выделения нептуния это дополнительные затраты, также как экстракционное выделение америция из высокоактивных раффинатов это тоже дорогостоящая процедура.

Если в нептунии-237 ценность заключается, что его можно эффективно использовать для производства плутония-238 для РИТЭГов и некоторых спецустройствах, то ценность америция в виде смеси из трех изотопов из ОЯТ пока неявная.
Америций-241, используемый для нейтронных истоцников и датчиков дыма, выделяется или при переочистке оружейного плутония или при прозводстве МОХ-топлива из энергетического плутония, поскольку является продуктом распада плутония-241.

[VBVB]

А так как концентрация кюрия сильно мала, то выделить среди других осколков в отдельный твэл его пока невозможно. Я правильно понял?

У кюрия химия водная очень сильно напоминает химию лантаноидов (кюрий химический аналог гадолиния), и в процессе переработке ОЯТ методами основанными на растворении ОЯТ в азотной кислоте и последующих процессах окисления и экстракции (разные версии PUREX) кюрий выделить отдельно сложно.

Требуется использование других более дорогостоящих реагентов для комплексообразования и экстракции кюрия из лантаноидной фракции. А учитывая, что кюрий из ОЯТ очень горяч, то такие специально конструируемые в лабораториях реагенты сильно радиолитически деградируют.
В итоге, выделять кюрий растворными методами репроцессинга ОЯТ дорого, трудно и непонятно зачем.

Пирохимия в расплавах солей приципиально позволяет эффективно и приемлемо по затратам выделять кюрий из ОЯТ. Пирорепроцессинг ОЯТ методом перегонки летучих фторидов кюрий выделять не позволяет.

Сообщение отредактировал VBVB - 9.11.2016, 19:07

[AtomInfo.Ru]

Зависит ли процент образующегося изомера от энергии нейтрона

Ответ - да, зависит.


График отсюда.

Самый оптимистичный график (фиолетовый, JENDL) - это японские данные.
Американцы (ENDF) - синие.
Зелёные европейцы (JEFF) дают самую низкую оценку.

Из графика видно, что
- разные товарищи учёные совершенно по-разному оценивают эту вероятность,
- сходятся они, в основном, в области тепловых энергий (ко всеобщему счастью, какие-то японцы взяли и померили там экспериментально, а потом опубликовали статью, т.е. данные общедоступные),
- резкий рост начинается где-то в мэвных областях.

На тему того, какие данные более точные. К американскому файлу ENDF версии VII есть претензии по точности данных для расчётов быстрых реакторов. С другой стороны, на этом графике американцы лежат посередине между европейцами и японцами. Так что сложно утверждать что-то однозначное.

[AtomInfo.Ru]

Так что авэлы, про которые говорил недавно Е.О., нужны ещё и для того, чтобы навести, наконец, порядок в константах америциев. Как видно из предыдущего графика, поработать есть над чем.

[AtomInfo.Ru]

Вот, кстати, видно из графика. Если взять за ориентир данные американцев и японцев, то, подав на мишень с америцием-241, например, спектр деления (среднее 2 МэВ), мы резко увеличим выход 242mAm в реакции захвата - до 50%.

Но сечение захвата там всего порядка 0,1 барна. Так что выигрыш в выходе мало что даёт.