Общее правило для прикидок на пальцах - в быстром спектре сечения взаимодействия становятся соизмеримыми с поперечными сечениями ядер.
То есть, близкими друг к другу.

Для изотопов без сильных "особенностей", как например для 238U (резонанс(ы) 6,67eV (10000 барн , . . .), то изменение сечения - это "закон 1/Е", т.е с энергией сечения падают, что и видно на графиках, которые привел AtomInfo.Ru.
Т.о., сечения с энергией - "сильно падают" , а поток быстрых нейтронов примерно такой же как и тепловых (это условно) - поэтому для реактора на тепловых нейтронах, основная "потеря нейтронов" - в тепловой области.

Близкими - в том смысле, что нет диких разбросов на многие порядки в сечениях.

А так, я посмотрел БНАБ-78, группа 1,4-2,5 МэВ (сюда попадает средняя энергия деления).
Сечение захвата циркония - 0,0053 бн
Сечение захвата кремния - 0,0007 бн

Относительная разница на порядок, но сами сечения малы.
И на этих ядрах пойдёт другая реакция - упругое рассеяние нейтронов. Её сечения:
Zr - 4,11 бн.
Si - 2,9583 бн.

Сравните с данными по захвату.
Вероятность того, что быстрый нейтрон, попав в ядро циркония или кремния, поглотится в нём - доли процента.

И по замедлению тоже скажу. Вероятность того, что нейтрон попадёт в ядро кремния и сбросит часть энергии, ниже, чем для циркония. Но на кремнии нейтрон будет терять больше энергии в соударении, потому что кремний легче циркония.

Так что в быстрой части спектра чудес от замены циркония на кремний вроде бы не ожидается.

Это называется теоремой Бора-Пайерлса-Плачека --- она из фольклора, так как никогда в виде статьи опубликована не была. Именно понимание этого обстоятельства и позволило Пайерлсу и Фришу в своем знаменитом меморандуме дать правильную (хотя и заниженную в разы --- поглощение еще не означает деления) критмассу урановой бомбы. До того, как этим меморандумом англичане не поделились с американцами, последние думали о критмассе в тонны, и американская атомная программа только после этого набрала полные обороты.

Плотность хрома - порядка 7т/м3, откуда 10мкм покрытия - это порядка 70г/м2.
На одну трубку ТВЭЛа диаметром (допустим) 1см и длиной (допустим) 3.8м приходится где-то около 0.1м2 площади, то есть, 7г.

Порядка 300 ТВЭЛов на АЗ, то есть, около 2.1кг на всю АЗ.

На центрифугах хром обогащать будет довольно дорого - ведь нужно "выкусить" середину по массе, требуется два цикла с высокими разделениями. И газообразные соединения хрома, НЯЗ, довольно неудобные - температура испарения/сублимации высокая.

Навскидку кажется, что ЕРР с обогащением хрома будет потрачено меньше, чем с вариантом дообогащения урана... но халявной халявы тоже не кажется.

Старый кадр из Окриджа тоже поминал один килограмм.

Но всё-таки нет. Почему 300 твэлов?

В одной кассете PWR 17*17 - 250 твэлов (на самом деле, больше, но берём 250 для круглого счёта).
Допустим, 200 кассет в активной зоне (на самом деле, меньше, но см. выше).
Получим, увы, 50 тысяч твэлов и 350 кг хрома для них при покрытии 10 мкм.

Вопрос в данном случае будет не о деньгах, а о приоритете.
Что нам важнее - нейтроны или деньги?

Нейтроны, кстати - это тоже деньги.
Дополнительное паразитное поглощение нейтронов, образующееся вследствие введения доп.конструкционного материала, потребует от нас либо увеличить обогащение, либо уменьшить глубину выгорания. Это тоже вычисляется в деньгах.

Товарищ из Окриджа не столько ратовал за обогащённый хром, сколько просто хотел услышать - был ли выполнен сравнительный анализ двух вариантов (природного и обогащённого хромов)?

Изотопы хрома у нас делают. И скорее всего, именно центрифугами. СХК имеет их в номенклатуре продукции. У других комбинатов они тоже могут быть, я посмотрел только Северск, по остальным не искал.

А вообще, тема центрифужного обогащения хрома очень старая.
Быстрый поиск дал, например, ссылку на абстракт статьи 1989 года.
https://www.researchgate.net/publication/25..._centrifugation

Выкусить достаточно хвост (53, и с ним довеском 54).
Посмотрите последнюю колонку по ссылке (доля в поглощении), видно, что основной враг - 53-ий изотоп.
http://forum.atominfo.ru/index.php?s=&...st&p=105231

Газ у нас для него - CrO2F2 (по закупкам можно его сразу увидеть).

Пикантный вопрос, конечно, в каких объёмах возможно производить обогащённый хром.
Но это мы сейчас совсем в фантастику ударимся

53-й изотоп главный враг, только пока обогащать по лёгким не начали.
Если мы центрифужно разделяем, то у нас со старшими уходит приличная часть 52-го хрома, а 50-й остаётся в продукте весь, сильно увеличиваясь в процентах (насколько сильно - это зависит от того, с каким остаточным количеством 53-го мы миримся).

Запросто может выйти так, что после удаления всего 53 и 54, доля 50-го вырастет так, что разница с природным хромом будет в считанные (первые) разы, а то как бы и хуже не стало. А хотелось бы разницы в меньшую сторону на десятичный порядок-полтора. Так что придётся удалять и 50-й.

С оценкой ТВЭЛов в 300 штук - я накосячил, не домножив на количество сборок. Если речь уже идёт на сотни кило, то становится совсем неприятно. Тут уже и электромагнитные методы не помогут, только центрифуги, а центрифуги - они такие...

...если ударяться в фантастику, то хром - конечно, очень подходящий для лазерного обогащения изотоп: оптические переходы очень удобные, фотохимия богатая. Но сложно себе представить, что кто-то будет вбухивать деньги в технологию лазерного обогащения с такой узкой нишей у целевого продукта.

Пока речь идёт о хроме как материале для покрытия оболочек - согласен, все разговоры об обогащении суть упражнения для ума, не более того.
Думаю, что и товарищ из Окриджа на самом деле всего-навсего подкалывал юных манагеров

Но если, допустим, взять наш 42ХНМ, который призван полностью заменить материал оболочки, то дело внезапно станет серьёзным.
При такой замене, как я уже писал, нам придётся либо значительно поднять обогащение, либо сильно утонить оболочку.

Утонение барьера безопасности - красная тряпка для надзора.

А повышение обогащения чревато большими затратами, т.к. мы перейдём при этом границу 5%.
Как минимум, последует перелицензирование всего-всего, что есть в топливном цикле, включая контейнеры.
А там, где работают с растворами, возможна и переделка оборудования.
Всё это сделать можно, чай не бином Ньютона, но будет стоить денег. И топливо тоже само по себе неслабо подорожает.

И в этом случае вариант с обогащённым хромом, как минимум, будет смысл рассмотреть. Вдруг в нём найдётся практический смысл?

Это все равно придется сделать когда-нибудь. Давно говорят про 5 процентов.

Сократить выход водорода при аварии сама по себе идея стоящая. Спокойнее станет на душе.

Говорят, да. А про что-нибудь железное на эту тему слышали, кроме разговоров?
Я вот как-то в затруднении.

А вообще, мне идея ещё покрутить центрифуги не слишком по душе.
Хотя бы из-за этого - ну какую науку, какие новые свойства мы получим, если будем обогащать не до 5%, а скажем, до 10%?
И добро бы, мы в принципе не умели бы это делать. Но, как говорится, простите, всё это уже давно пройденный этап.
А пересчитывать бак с раствором на критичность при повышенном обогащении (не 5, а чуть больше) - это работа для техника, даже не для инженера.

Топливо надо всё-таки делать плотное. Повышать разными путями его плотность в сторону теоретической.
Тут могут быть интересные результаты найдены по дороге.

Спокойнее - станет.

Но вот американцы, когда у них ATF программа пошла, взяли и посмотрели - что изменилось бы, если на Фукусиме было бы ATF?
Ответ, который они получили - с точки зрения масштаба аварии, не изменилось бы ничего.

Так что, главное в этом деле - самих себя чрезмерно не успокаивать.

На всякий случай. Несмотря на всё вышенаписанное, я думаю, что за 5% всё-таки перейдут.
Слишком большой спрос, и слишком много в этот предел упёрлось.

А какая должна быть вообще конечная цель по топливу для легководников?

Хм... А может ещё о смысле жизни поговорим?

Вопрос даже не глобальный, а суперглобальный.

В Стратегии-2018 в главке про топливо единственное конкретное утверждение касается топлива для быстрых реакторов: "Для РБН рассматривается в качестве перспективы нитридное топливо".
Тепловые в стратегии в этой части обойдены.
А также сказано вот так хитровы... то есть, аккуратно:


По ВВЭР-С, напомню, есть требование сэкономить 50% природного урана по сравнению с ТОИ. То есть, грубо говоря, половину времени он должен работать на своём плутонии.
Сразу в голову приходит MOX. Да, оксид, хорошо изученный, но со своими недостатками.

И тут работы по толерантному топливу в принципе могут, наверно, помочь. Если мы оставим в покое оболочки и посмотрим на ту часть работ, что касается таблетки, то увидим, что уже сейчас говорится о плотном топливе для ВВЭР.
Это, скорее всего, то самое уран-молибденовое топливо, которое у нас есть для неэнергетических реакторов.

А вот далее на горизонте появляется интересный поворот.
Если посмотрите статьи Савченко из Девятки, который много пишет по тематике ATF, то найдёте у него предложение по... нитридному топливу для ВВЭР.
Вот круг и замыкается Нитрид для быстрых может оказаться востребованным и для тепловых, и мы сможем сблизить топливные циклы двух реакторов, теплового и быстрого.

Конечно, у нитрида для тепловых будут свои особенности. Например, придётся использовать обогащённый азот по соображениям нейтроники. У него плохие отношения с водой в плане коррозии, понадобится легирование и т.д.

Но это всё на довольно далёкую перспективу.
Реально нам долго ещё оставаться с оксидом.

Как расчётчик (ну хорошо, как бывший расчётчик) я могу и буду говорить: "Хочу, чтобы топливо было плотным!".
На что люди, занимающиеся материалами, имеют полное право ответить: "Ну и хоти!"
"И что?" "И всё!"

Поэтому с этой точки зрения ATF хорошо тем, что расшевелило материаловедов и конструкторов, заставило их всерьёз заняться новыми вариантами (а манагеров заставило выделить на это деньги). И это очень хорошо.

Ы.
А как нитрид ведёт себя в воде при высоких температурах? а то вот парАми воды нитрид разлагается уже при комнатной температуре.

Не получится ли сверхнетолерантного, особо злобного топлива, которое при нарушении оболочки будет просто гореть в воде уже само?

Это выше моих познаний в реакторном материаловедении

Из статей Девятки - должна быть смесь нитрида с уран-кремнием или дополнительное легирование (которое ещё надо подобрать).
Это как раз по причине плохой стойкости нитрида в воде.
То есть, в любом случае будет не чистый нитрид, а некая композиция.

Но для лучшего понимания вопроса, из тех же статей (которые должны быть оптимистичны в прогнозах по самое не могу, иначе денег не дадут) на разработку высокоплотного топлива (западное U3Si2, возможный наш вариант с нитридом и т.п.) отводится 12-17 лет.
То есть, это вопрос не завтрашнего дня.

Кстати, раз уж обсуждалось обогащение хрома...

У уран-молибденового топлива, на которое у нас на этом этапе явно пытаются сделать ставку, тоже есть проблема, схожая с хромом.
У молибдена есть 95 изотоп, сильный поглотитель.

С этим мирились, пока не началась конверсия ИРов с ВОУ-топлива на НОУ. Но как только жизнь подталкивает, так сразу наука начинается
В общем, тема разделения для молибдена проработана, как минимум, до полупромышленного производства.
И есть оценки, что оно даёт - по стоимости разделение изотопов молибдена составит всего 0,3-0,6% от стоимости твэла.

То есть, для уран-молибденового топлива обогащение молибдена целесообразно.

Возможно, что и для хрома оно окажется полезным, кто знает...

А силицид как ведёт себя в воде при высоких температурах?

Не знаю. Видимо, никто из просмотревших топик - тоже.

Зато вот:
Во ВНИИНМ получили первые образцы длинномерного карбидокремниевого волокна

https://www.rosatom.ru/journalist/news/vo-v...ievogo-volokna/

Специалисты материаловедческо-технологического отдела композиционных, магнитных и специальных материалов АО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов им. А.А. Бочвара» (входит в состав Топливной компании Росатома «ТВЭЛ») одни из первых в России получили образцы волокна из карбида кремния (SiC-волокна), содержащие 10-12% кислорода.
Это первый шаг к созданию бескислородного SiC-волокна (с содержанием кислорода менее 5%), который позволит ученым приблизиться к созданию тепловыделяющих элементов нового поколения на основе карбида кремния. Дальнейшее совершенствование технологии изготовления бескислородного волокна существенно повысит жаропрочность, жаростойкость и коррозионную стойкость SiC-композита.
«На карбидокремниевое волокно существует большой спрос в России, так как оно используется в авиа- и судостроении, космической и многих других отраслях. В настоящее время длинномерное - более 100 метров - волокно в Российской Федерации никто не производит. Это делает проект ВНИИНМ востребованным для развития не только атомной энергетики, но и других отраслей отечественной промышленности», – подчеркнул руководитель проекта в АО «ВНИИНМ» Алексей Глебов.
13.09.2018 ВНИИНМ-0689.jpg
В АО «ВНИИНМ» более трех лет реализуется инвестиционный проект «Исследование и разработка технологии изготовления герметизированных твэлов нового поколения на основе карбида кремния», который направлен на повышение безопасности эксплуатации АЭС. Он был инициирован специалистами института и поддержан Топливной компанией ТВЭЛ и Госкорпорацией «Росатом». Проект рассчитан до конца 2020 года.
В рамках реализации проекта специалисты АО «ВНИИНМ» разработали технологии создания прекурсоров (исходного компонента для синтеза) и оболочек твэлов, изучили различные способы получения керамических трубчатых образцов на основе карбида кремния, разработали концепцию композиционных оболочек твэлов. Кроме того, получены первые образцы заглушек и оболочек тепловыделяющих элементов из карбида кремния, создан банк образцов, отрабатываются технологии пайки и герметизации на основе собственного припоя.

"SiC не реагирует с водой при повышенных температурах.
Фактически, степень коррозии карбида кремния на порядки ниже, чем у циркония".

Всё правильно. Было бы странно вообще запускать это направление с карбидом, если бы исходно мы закладывались на закупки волокна у США и/или Японии.
Если производство волокна не наладят у нас (а это сначала Девятка с наукой, а потом какой-то из заводов ТВЭЛа с железом), то направление придётся закрыть, несмотря на его перспективность.
Так что Девятка сейчас и работает над этой темой.

Почти для всех аварии "с потерей теплоносителя" и процессами на оболочке твела (TMI-2, Пакш-2003, Fukushima-1) характерным является то, что - не хватило пару часов, а то и минут, чтобы "ВСЕ" сложилось по-другому.
Поэтому, если "толерантность топлива" может дать даже небольшой запас во времени - этим стоит заниматься.

Бытовая аналогия: Пассажир с чемоданом "кричит как резаный" на перроне ж/д вокзала.
Начальник вокзала спрашивает: Что случилось ?
Пассажир отвечает: Да, опоздал на поезд на 1 минуту !
Начальник: На 1 минуту. Тьфу ! А орешь - как на полчаса.

Вот как раз случай Фукусимы для этого подхода не характерный. Там никакой запас в сотню-другую градусов, которые может дать простейшее хромирование оболочки со стороны теплоносителя, роли бы не сыграл - тормоза были такие, что всё равно бы рвануло.
А так, да, дополнительное время на анализ ситуации и принятие решения никогда лишним не бывает.

Однако, повторю свою мысль, которую мы задвигаем на задний план:
ATF, на само деле, нужна фирмам-поставщикам топлива совсем не ради безопасности, а потому, что позволяет, не увеличивая или почти не увеличивая дефициты безопасности, поднимать мощность на установках, ранее для этого не предназначенных. И именно это уже проговаривалось их коммерсами вслух (ссылки сейчас искать не возьмусь, но в англоязычной прессе было).
Сам по себе лозунг повышения безопасности присутствует, но только как индикатор-манок для государственного финансирования (а оно есть, в больших количествах, и не только прямое, но и опосредованное, в тех же Штатах через финансирование соответствующих НИР в нацлабораториях).

Скорее, в основном в пиаре присутствует. Финансирование у них идёт по инерции - раз конгресс решил в 2012 году, значит, деньги надо продолжать давать.

А так, например, товарищ из NEI говорит прямо: "Мы не считаем, что наши станции небезопасны, и поэтому мы не считаем, что внедрение ATF приведёт к фундаментальным изменениям в безопасности".
И да, далее он прямо говорит об экономических выгодах.

я не совсем понимаю, как это будет работать

на существующих установках в штатах апрейты уже закончились

Пусть, скажем, мы строим новый блок с ВВЭР-1000 и новым топливом. Поднимаем тепловую мощность с 3000МВт(т) до
4000МВт(т)? Ок, но, оставаясь в габаритах ВВЭР-1000, придется поднять скорость теплоносителя со, скажем, 6м/с до
8м/с. Это будет ... нетривиально. Новые насосы, новые ПГ, мощность на петлю теперь 1000МВт(т), и т.д. и т.п.

Я ж писал - тут сразу начинается, что это информация коммерческая, и мы пока не готовы её обнародовать и т.д. и т.п.
Наши, кстати, ведут себя ровно также - Угрюмов отказался отвечать на мой аналогичный вопрос.

Фраматом, например, говорит о переходе к более длинному циклу (см. их сообщение о начале работы опытной партии на Вогле).
Второй вариант - американцы могут попробовать сократить запасы по FLEX'у.
Вообще, скорее будут искать какие-то новые варианты по топливному циклу.

Человек, который мог бы ответить более интересно, к сожалению заболел

Я так думаю, что, откровенно говоря, на вопрос о том, на фига козе баян, отвечать должны в данном случае не топливщики, а конструкторы реакторных установок. Конечный потребитель - всё-таки они. Добиваться от ТВЭЛа ответа на вопрос "Ну так сколько секунд ты добавишь оператору до того, как ему нажимать эр-квадрат?" как-то странно выглядит.

Ухудшает при прочих равных. Если ничего более не делать.
Но если увеличить обогащение или плотность топлива, то потери от собственно ATF можно скомпенсировать.

Янки прямо признаются, что это будет игра. Когда они принесут в NRC свои хотелки, например, по глубокому выгоранию и услышат "Вы что, с ума сошли?", то ответят: "Нет, не сошли, у нас топливо толерантное".

и я о том же!

что полезного будет сделано/изменено в новых проектах при наличии АТФ?

Вот и китайцы сменили тон по ATF.



Про чистую безопасность по привычке говорят уже только у нас.

В тему:
http://www.atominfo.ru/newsz/a0145.htm
Westinghouse сообщила о загрузке ATF на Byron-2

Один интересный момент, оставшийся за кадром.
В 2017 году они обещали найти какой-нибудь другой вариант покрытия вместо хрома. Но, как видим, не получилось.

Это навряд ли произойдет. Flex это и так очень большая поблажка для станций, если посмотреть на то как FLEX используется и главное что дает ЧПАЗ в ВАБ, то у многих возникает вопрос, а не нужно ли вносить изменения в проект? но на это денег нет, соответственно NRC тут пойти на поблажки не должен. Опять таки больше всего заплатят 1 блочные станции, т.к. количество оборудования дожно быть Н+1 где Н - количество блоков.

Я тоже так думаю. Про FLEX - это, скорее, энерсишники прощупывают эксплуатацию на предмет наличия таких мыслей. Вряд ли сократить запасы дадут.

На МНТК в этом году лучше всего на тему ATF высказался твэловец. Он рисовал всякие графики, понял, что народ не вдохновляется, и тогда сказал так: "Вот завтра регуляторы постановят, что всё топливо обязано быть толерантным, и тогда те поставщики, у которых нет ATF, исчезнут с рынка".
Вот этот аргумент аудиторией был встречен, как минимум, с пониманием.

Хороший аргумент для конференции, опять же, это practicaly eliminated. В тех же штатах это просто невозможно, нет обратной силы закона, если начальная лицензия позволяла использовать не ATF то никто не может это отменить.

О как. А я и не знал, что GE с Framatome уже вышли на опытную эксплуатацию своих сборок с толерантным топливом. Быстро они. Так ведь, и правда, можно через пяток лет дождаться отмашки регулятора.

В ГНЦ НИИАР завершилась первая фаза реакторных испытаний экспериментальных тепловыделяющих сборок (ТВС) на базе толерантного ядерного топлива российского производства.
После первого цикла облучения обе ТВС (с твэлами типоразмеров ВВЭР и PWR) были извлечены из реактора.
Их предварительный осмотр, выполненный специалистами ВНИИНМ им. А.А. Бочвара, не выявил ни изменений в геометрии твэлов, ни повреждений поверхности оболочек.

Испытания ATF в энергетическом реакторе у нас планируются на Ростовской станции.
http://atominfo.ru/newsz/a0487.htm

Загадка здесь одна. Даст конструктор топлива (в данном случае, это Гидропресс) согласие на уран-молибденовые таблетки в опытной партии или не даст?

U и Молли это плотное топливо, не ATF. ATF вроде с TRICO... я что-то пропустил?

У нас это вариант ATF.
http://atominfo.ru/newss/z0841.htm

Если вопрос в безопасности, то может вообще не туда пошли. Проблемы на внутрикорпусной фазе не представляют значительной угрозы. Основная проблема на внекорпусной фазе. Там пути уменьшения опасностей намечены (более или менее эффективные). А водород внутрикорпусной фазы - это копейки, кислорода в ГО почти всегда хватает для его связывания (зависит правда от нескольких факторов), при паровом голоде, конечно. А время устойчивости топлива и оболочек повысить на несколько минут, это можно, но вряд ли это критично. Думаю, не совсем верное направление выбрали для повышения безопасности при ТА. А для финансирования да, согласен, можно надолго найти куда направлять деньги налогоплательщиков, и лозунг красивый.

Если что, Россия пока слегка отстаёт от конкурентов во внедрении толерантного топлива. Верное направление, не верное, а делать надо.