Проект ПРОРЫВ Опции

[VBVB]

Дело осталось за малым, построить замещающие мощности на основе БРЕСТов, БНов, СВБРов и необходимое число промышленных реакторов.

Это сущие мелочи, с точки зрения глобальных планов Росатома по развитию ЯТЦ.

[barvi7]

О Прорыве

http://proatom.ru/modules.php?name=News&am...le&sid=4228

[Denis_Hliustin]

Поскольку данный аспект ещё не обсуждался, может быть кто-то прокомментирует фрагмент интервью академика Б.И. Нигматулина:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=New...r=1&thold=0

Нитридное ядерное топливо нигде никогда и никем не использовалось в ядерной энергетике. Авторы утверждают, что радиационное распухание составит 1% на 1% выгорания топлива, воздействие топлива на оболочку твэлов к концу кампании избыточным газовым давлением будет менее 2МПа, аварийное охлаждение реактора предусмотрено с помощью воздушных теплообменников типа трубок фильда, опущенных в периферийные зоны реактора. Однако эти утверждения не обоснованы. Авторами не рассмотрен случай эффективности аварийного расхолаживания реактора, когда еще отключаются насосы. И вообще не рассмотрены все аварийные ситуации при отключении насосов. Авторы говорят о возможном перекрытии проходного сечения ТВС окислами свинца, но не раскрывают последствия этого.

Специалисты утверждают, что у нитрида очень невысокий температурный порог по работоспособности. Если твэл зальется свинцом, то получится массоперенос продуктов деления внутри твэла и газовые пузыри, от которых будут локальные пережоги оболочек с внутренней стороны. В любой ситуации с превышением температурного порога работоспособности этого топлива его "разорвет" внутренним давлением накопленных газообразных продуктов деления.

Высвобождение азота из нитридного топлива в процессе деления, по всей видимости, будет приводить к азотированию оболочки, к образованию нитридов и азидов продуктов деления. Азот через неплотности твэла может попасть в свинец, тогда образуется азид свинца, применяемый в военной промышленности, как взрывчатое вещество.

[VBVB]

Поскольку данный аспект ещё не обсуждался, может быть кто-то прокомментирует фрагмент интервью академика Б.И. Нигматулина:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=New...r=1&thold=0

Высвобождение азота из нитридного топлива в процессе деления, по всей видимости, будет приводить к азотированию оболочки, к образованию нитридов и азидов продуктов деления. Азот через неплотности твэла может попасть в свинец, тогда образуется азид свинца, применяемый в военной промышленности, как взрывчатое вещество.

С химической точки зрения, ерунда написана. Поскольку даже для наиболее активных щелочных металлов взаимодействие с азотом приводит только к нитридам, но не к азидам.
Азиды металлов довольно хитрой комбинацией окислительно-восстановительных реакций получают, а не прокаливанием металлов в среде азота.
Свинец даже нагретый не является высокоактивным металлом.
Если логике БИНа следовать, то нитридное топливо и в БНе нельзя использовать, поскольку там взрывчатый азид натрий может получиться при разгерметизации твэлов.

Могу еще одну более реальную страшилку про потенциальные химические ужасы эксплуатации быстрого свинцового самовара рассказать.
В процессе деления в ОЯТ (хоть оксидном, хоть нитридном) накапливается иод I2 и тритий T2. Также стронций усиленно производится.
Если в твэле появятся трещины, то возможен контакт продуктов деления со свинцом и образование реакций:
1) SrI2 + T2 = Sr + 2TI
2) Pb+2Sr=PbSr2
3) T2+I2=2TI
4) PbSr2+4TI->PbT4+2SrI2
Так вот, при масштабной разгерметизации твэлов тритиевый газообразный плюмбан будет шуровать под крышку реактора, где будет скапливаться и при открытии ее потом для замены ОЯТ при взаимодействии с кислородом самовозгорится и взорвется, уделав все помещение следами радиоактивной НТО.

Сообщение отредактировал VBVB - 25.1.2013, 3:55

[AtomInfo.Ru]

Поскольку данный аспект ещё не обсуждался, может быть кто-то прокомментирует фрагмент интервью академика Б.И. Нигматулина:

Ответ на эту статью сначала предлагали нам, мы отказались печатать по соображениям этики, и его опубликовали в Проатоме.

Там должен быть ответ Забудько на эти вопросы. Если к нему нужно что-то добавить, давайте - можем подойти к ней без "посредников" и спросить.

[Smith]

Кстати, Нигматуллин Б.И. - не академик. Он д.т.н. и профессор.

[jk18]

Так вот, при масштабной разгерметизации твэлов тритиевый газообразный плюмбан будет шуровать под крышку реактора, где будет скапливаться и при открытии ее потом для замены ОЯТ при взаимодействии с кислородом самовозгорится и взорвется, уделав все помещение следами радиоактивной НТО.

Не знаю, как будет в свинцовом реакторе, но в БН - над натрием газовая полость из аргона (продувается) и никаких контактов с воздухом (все операции - дистанционные). На БН-600 был единственный случай "вскрытия" "крышки" - в 1998, когда раковую опухоль со стенки ЦПК удаляли.

[Smith]

Судя по общей схеме БРЕСТ-ОД-300 - http://www.atomic-energy.ru/technology/36000 - процесс перегрузки будет примерно таким же, как у БН.

[AtomInfo.Ru]

На БН-600 был единственный случай "вскрытия" "крышки"

А на БОРе так и вообще не вскрывали, если правильно помню

[Denis_Hliustin]

Кстати, Нигматуллин Б.И. - не академик. Он д.т.н. и профессор.

Smith, спасибо за уточнение: действительно, известный академик http://www.nigmatulin.ru/ Нигматулин Р.И. не высказывался на данную тему.

Из присланных комментариев к словам д.т.н. Нигматулина Б.И. относительно азида свинца, остались два неясных момента:
когда осколки деления тормозятся в нитриде урана, в конце их пробега в районе трека температура достигает тысяч градусов.
Могут ли образоваться, эквивалентные азиду свинца по свойствам, азиды осколков деления в нитридном топливе в стенках треков?
Кроме того, рассеяние быстрых нейтронов на азоте даёт ядра отдачи, которые тоже могут образовать химические соединения в конце ионизационного пробега, в том числе со свинцом при разгерметизации ТВЭЛов в БРЕСТе и при использовании свинцовой теплопроводящей оболочки между стальной стенкой ТВЭЛа и UN.

Второй момент: в какой мере справедливо утверждение, что нитрид урана "никогда, нигде и никем не использовался" ?
Экспериментальные ТВЭЛы с ним изучались ещё в 1960-е. Однако без обогащения изотопом N15, которого в природном азоте 3.7 кг/т, нитридное топливо не может использоваться в реакторах на тепловых нейтронах из-за (n,p) реакции идущей с высоким сечением. В быстром реакторе применение N15 не обязательно, может использоваться природная смесь изотопов.

В 1960-е рассматривались несколько перспективных плотных топлив.
UO2: T_пл=2880 Цельсия, теор.плотность=10,97 г/cм3;
UC: T_пл=2370 Цельсия, теор.плотность=13,6 г/cм3;
UN: T_пл=2650 Цельсия, теор.плотность=14,3 г/cм3;
U3Si: T_пл=930 Цельсия, теор.плотность=15,6 г/cм3;
U(alfa): T_max=662 Цельсия, теор.плотность=19,04 г/cм3;
U(beta): T_max=769 Цельсия, теор.плотность=18,1 г/cм3;
U(gamma): T_пл=1129 Цельсия, теор.плотность=18,06 г/cм3;
U(gamma, 0% fissium, 10%Mo) : парциальная плотность урана =16 г/cм3;

Очевидно, что парциальная плотность кислорода в UO2 /1,3 г*см-3/ сопоставима с плотностью реакторного графита, и у быстрого реактора смягчается спектр.
Учитывая что U235 при средней энергии спектра нейтронов менее 200 кэв, имеет коэф-т eta тот же что и на тепловых нейтронах, очевидно стремление снизить разбавление делящегося материала любыми другими атомами.

Парциальная плотность урана в нитриде непринципиально отличается от случая легирования высокотемпературной гамма-фазы металлического урана цирконием или молибденом.
Однако насколько радиационно стойким может быть сделан металлический уран?
Полвека назад, когда металлическое топливо применялось в военных реакторах, достигалось выгорание до 4.000 МВт*суток на тонну тяжелых атомов. Более высокое и не требовалось, т.к. запасы реактивности на природном уране позволяли превышать эту величину только в тяжеловодных реакторах, а не в графитовых. В быстрых реакторах, напротив, желательны выгорания в 20 и более раз выше данной величины, либо конструкция реактора должна допускать непрерывную перегрузку топлива.

На данный момент Индия и Южная Корея делают ставку на металлическое топливо, связывая с ним надежды повысить КВ своих бридеров на 0,3 по сравнению с UO2.
"Прорыв" - официально делает ставку на высокотемпературное нитридное. Есть некие плюсы, запас по эффекту допплера на случай разгона реактора. Однако в целом, насколько она оправданная?

[VBVB]

Из присланных комментариев к словам д.т.н. Нигматулина Б.И. относительно азида свинца, остались два неясных момента:
когда осколки деления тормозятся в нитриде урана, в конце их пробега в районе трека температура достигает тысяч градусов.
Могут ли образоваться, эквивалентные азиду свинца по свойствам, азиды осколков деления в нитридном топливе в стенках треков?

Образование азидов продуктов ядерного деления в нитридном топливе в высокотемпературных условиях кажется маловероятным.
Могли бы образововаться азиды Cs, Sr, Ba, но они обладают положительными величинами энергии образовании Гиббса и положительными величинами энтальпии образования. Все это приводит к тому, что с ростом температуры устойчивость этих азидов снижается, и при Т>280C они необратимо разлагаются.
Азиды многовалентных металлов еще более нестойкие. Даже прокаливание металлов типа Zr, Mo, U c азидами щелочных металлов дает только нитриды, но не азиды Zr, Mo, U.

Другое дело, что принципиально при хранении поврежденных твэлов с нитридным ОЯТ во влажных условиях гипотетически возможен следующий каскад реакций (упрощенно):
1) UN +3H2O -> U(OH)3 + NH3
2) 2Cs + 2NH3 -> 2CsNH2 + H2
В случае обработки азотной кислотой
3) 3CsNH2 + HNO3(разб) -> CsN3 + 2CsOH + H2O + NH3
Однако, цезий в нитридном ОЯТ вряд ли в элементарном виде (скорее в виде иодида или теллурида), и маловероятно чтобы какие-либо безумцы растворяли пирофорное нитридное ОЯТ в азотной кислоте.

В условиях работы свинцового реактора вообще очень сомнительно образование азидов продуктов деления и тем более свинца.

Другое дело, что при повреждении твэлов соединения иода в свинцовый теплоноситель могут выходить и давать PbI2, который кипит при 954°C и может осаждатся при температурах ниже 412°С забивая какое нибудь важное отверстие при отключении реактора на смену топлива или ППР.

Сообщение отредактировал VBVB - 29.1.2013, 1:16

[VBVB]

Кроме того, рассеяние быстрых нейтронов на азоте даёт ядра отдачи, которые тоже могут образовать химические соединения в конце ионизационного пробега, в том числе со свинцом при разгерметизации ТВЭЛов в БРЕСТе и при использовании свинцовой теплопроводящей оболочки между стальной стенкой ТВЭЛа и UN.

Возможные реакции синтеза из-за рассеяния быстрых нейтронов в нитридном топливе:
14N + n -> 14C + p
14N + n -> 15N + γ
14N + p -> 15O + γ и далее 15O -> 15N + e(+) + νe
14N + T -> 16N + p и далее 16N -> 16O + e(-)
14N + α -> 17O + p
15N + n -> 14C + D
15N + p -> 12C + 4He

Вроде никаких особо страшных реакций не наблюдается, только что газообразные водород, дейтерий и гелий генерятся и из-за них более сильно будет распухать топливо.

[armadillo]

а связывать их во что-то химически не получается? из-за температуры распадается?

[Zlobniy Shurik]

Как минимум, гелий точно химически не свяжешь - инертный газ

[armadillo]

гелий да, хотя я бы еще попытался растворить. а водород любопытно.

[Zlobniy Shurik]

А литий там никак применить нельзя? Вроде как, он же неплохо с водородом при высокой температуре реагирует?

[armadillo]

а с дейтерием в нейтронном поле еще лучше

[Zlobniy Shurik]

а с дейтерием в нейтронном поле еще лучше

А это дополнительный бонус. Если что пойдет не так, то с руинами АЭС возиться не придется.

[armadillo]

не, это просто в другую ветку про гибриды.

[alien308]

А как обстоят дела с радиолизом нитрида с выделением газообразного азота? И куда уходит азот из выгоревшего нитрида?