Кстати говоря, в свинце-висмуте для борьбы с полонием предлагалось обогащать свинец по 206 изотопу до максимально возможных величин (технология была отработана в Курчатнике).
При таком свинце концентрации 205-го изотопа будут очевидно выше.

У него очень низкая энергия распада, всего 50 кэв. Учитывая еще огромный период полураспада 17 млн лет, скорее от него химическое отравление получишь, чем опасное облучение. Ну и мало его будет, учитывая что Pb-204 в природном свинце полтора процента.

https://www.ippe.ru/libr/pdf/82pb.pdf
Pb-205: "Оцененные сечения захвата тепловых нейтронов и резонансный интеграл равны 5 барн и 4 барна."(с)

Но.

Картинку вставить не могу, но на странице PB-24 видно, что реакция Pb206(n, 2n)Pb205 пороговая, стартует с 8МэВ.
При таких раскладах, непонятно, откуда там вообще возьмётся Pb205. Нейтронами деления его из 206-го совсем не получить.

Значит только захватом из Pb-204, а его мало.

Да, очевидно мало его.
Не зря же в GenIV-форуме его назвали potential disadvantages.

Если обеднить по Pb-204, то будет ещё меньше.

Останется только Pb-210. Теоретически он, конечно, весьма гадкий (22 года с распадом в основном канале в полоний), но он образуется только из короткоживущего (3 часа) свинца-209. Можно игнорировать, наверное. Растворённый кобальт-60 будет светить активнее, чем этот свинец.

Ниже.

И это же должно резко снизить образование висмутов-полониев. Набором нейтронов от 206-го до 210 - нереально долго ползти при такой общей массе и сечениях.

Если обогащать по легкому 206, то еще более легкий 204 будет обогащаться еще сильнее.

p.s. А вообще, я читал что наоборот имеет смысл обогащать по тяжелому pb-208. Он дважды магический, лишние нейтроны принимает крайне неохотно — ему и так хорошо, сечения захвата у него на порядки меньше чем у остальных изотопов. Для тепловых нейтронов — pb-204 0.7 барна, pb-206 27 барн, pb-207 0.6 барн, pb-208 — всего 0.00023 барна! При таком ничтожном сечении накоплением полония (через pb-209 -> bi-209) можно думаю пренебречь.

Сначала - да.
Но в ФЭИ в своё время проработали трёхэтапную схему обогащения по 206-му.
На последний третий этап выходит свинец с составом (примерным) 12% 204 и 86% 206 (остальное 207-ой). Соответственно, далее всё просто.

зачем?

Борьба с полонием.

Нет, совсем пренебречь не выйдет. Это всего в тысячи раз меньше, чем чистым висмутом-209, а радиотоксичность полония очень высока, он летуч, биоактивен, соли водорастворимы, и распадается он слишком долго.

Думаю, основная проблема будет - висмут, который уже есть в свинце. Природный свинец всегда содержит следы висмута. Конечно для реактора свинец должен быть чистым, но сомневаюсь что его будут чистить до девяти девяток - слишком дорого (натрий для БН чистят "всего" до 99.95%). А даже если висмута останется всего 1 ppm, это больше чем образуется из Pb-208 за все время эксплуатации реактора.

Чистить химически - дешевле, чем обогащать (тем более, обогащать по "среднему" 206). Тем более, что у свинца относительно простая и дешёвая "водная" электрохимия.

Неизвестно, что пройдёт по экономике, но уж если рассматривали обогащение, то, наверняка, рассматривали и соответствующую химическую чистку свинца.

Иначе, Вы правы, обогащение свинца вообще смысла не имеет.

З.Ы. Кстати, центрифужное обогащение само по себе ну очень серьёзно почистит свинец химически. Может получиться лучше 6 "девяток" только за счёт этого.

Почитал статью которую тут цитировали, "Основы создания малоактивируемого свинцового теплоносителя с изотопным обогащением для перспективных ядерно-энергетических установок". Довольно странное впечатление.
Во-первых, там рассматривается два принципиально разных случая: первый - подкритичный реактор (пучок протонов 800 МЭв - свинцовая мишень - реактор), второй - собственно, БРЕСТ. Конечно, протоны таких гигантских энергий могут выбить много нейтронов по реакции (p, xn), и сами нейтроны получаются очень быстрые, поэтому резко растет вероятность реакций (n,xn), становятся возможными пороговые реакции. Тогда понятно, откуда берутся младшие висмуты (а это та еще гадость - длинные периоды полураспада и позитроны). Но в реакторе, даже быстром, такие реакции идут с очень низкими сечениями. Поэтому, мне не очень понятно, откуда авторы насчитали такое чудовищное количество висмута-207 (а он требует реакции аж (n, 3n).
Далее, авторы пишут, что за 30 лет в природном свинце накопится 1-2 г/кг висмута, т.е. аж 0,1-0,3%. Откуда взялась такая гигантская цифра, не очень понятно. Пишут, что взяли спектр реактора БОР-60 и плотность потока нейтронов 5*10^15 н/см2/с, а общий флюенс за 30 лет 5*10^24. По моим прикидкам получается, что из чистого pb-208 при таких условиях можно получить где-то 0.5 г/кг висмута, но это только при условии что такая плотность будет у тепловых нейтронов. У быстрых нейтронов сечения захвата меньше. При этом поток нейтронов тоже кажется сильно завышенным, такого нет даже у БОР-60 (у него 3,7e15 - близко, но все же меньше), и это при том что БОР - экспериментальный реактор, у него очень высокая удельная объемная мощность, порядка 1 МВт/л, к БН-800 вдвое меньше. У БРЕСТа еще раза в три меньше, лишь чуть-чуть больше чем у ВВЭРа (у свинца теплопроводность намного хуже, чем у натрия). А самое главное, авторы берут флюенс нейтронов в самой середине АЗ, и экстраполируют эту цифру не весь первый контур. Это неправильно, ведь в каждый момент времени только очень небольшая часть свинца будет облучаться. Т.е. цифра наработки висмута завышена минимум на два порядка, а то и на три (один порядок - за счет завышенного нейтронного потока, второй - за счет экстраполяции потока в АЗ на весь 1 контур, и возможно еще один, потому что считали сечение захвата тепловых нейтронов вместо быстрых, хотя тут я не уверен - проверить не могу, а авторы утверждают что считали спектр Бора. Но два порядка есть точно). Значит, все цифры наработки полония и младших висмутов можно смело делить минимум на эти 2-3 порядка.

(Между прочим, если висмут действительно нарабатывается в таких конских количествах - не проще будет химически чистить от висмута первый контур, чем тратить бешенные деньги на обогащение свинца, да еще такое сложное, по среднему изотопу?)

Надо посмотреть сечения, которыми авторы пользовались.
Авторы пишут, что "сечения захвата нейтронов составляют около 100 мбарн для промежуточных нейтронов и около 2-3 мбарн для быстрых нейтронов".
На БНАБ-78, который у меня остался, такого эффекта нет, сечения захвата для промежуточных нейтронов невелики. Поэтому у меня тоже получилось в прикидках на пальцах меньше висмута, чем у авторов. Но не факт, что старая библиотека сечений корректна для свинца.



А здесь стоит принять во внимание год публикации - 2001.
Тогда и БРЕСТ был другим, и для МБИРа, как бы он тогда не назывался, говорилось про потоки 10^16.
Так что авторы, скорее всего, ориентировались на тогдашнюю тенденцию максимально возможно повышать потоки.

AtomInfo.Ru Про потоки понятно. Но все равно странной выглядит экстраполяция этих потоков на весь первый контур.
Я даже ошибся. В голове сидело, что в первом контуре Бреста 1000 т свинца, а сейчас погуглил - не 1000 т, а 1000 кубометров (915, если быть точным). Объем АЗ при этом 3,8 м3, т.е. 0,4% первого контура. Свинца там еще меньше, ведь значительную часть объема АЗ занимают твэлы, сузы и пр. Т.е. реально в активной зоне находится 0,2-0,3% всего свинца. Так что, экстраполируя наработку в АЗ на весь первый контур, авторы завысили цифры даже не на порядок, а на два-три (в 300-500 раз).
А если скорректировать их же собственные графики на 3-3.5 порядка, то получается, что и с природным свинцом все неплохо.

На тот момент настоящего конкретного проекта БРЕСТ не было вообще, были какие-то наброски. 2001 год.
Так что авторы могли ориентироваться вообще непонятно на какие данные.

Мне более интересно, почему они взяли спектр БОРа. Более логичным выбором были бы спектры БН-600, тем более что у ФЭИ данные по этому реактору были и есть.
Видимо, авторы с димитровградскими больше контачили.

P.S. По данным для БРЕСТа. В те времена предприятия не слишком охотно делились информацией. Во многом обмены держались на личных контактах. Так что данные по массе свинца могли быть вообще ошибочными.

Вообще на эту тему можно попробовать Л-ва раскрутить когда увидим.
Насколько я понимаю, сейчас все идеи с изменением изотопного свинца забросили. Можно спросить - это окончательное решение, или отложили как второстепенную задачу?

Строго говоря, спектр деления продолжается вплоть до ~10 МэВ. Таких нейтронов там очень мало, но они есть.

Да. их учитывают в расчётах. Даже в БНАБ-78 (это ж сколько ему лет?) верхняя граница энергий, для которых приводятся константы, 10,5 МэВ.
Другое дело, что в старых библиотеках констант сечения при таких энергиях могли быть с огромными погрешностями (или вообще с потолка для не самых важных изотопов).

Вот еще нашел нейтронные спектры БОР-60. Видно, что есть даже нейтроны >10 МэВ, хотя их крайне мало (0,03% близко к середине АЗ, на периферии еще на порядок меньше). Среднее значение всего 448 кэв, но хвост распределения уходит очень далеко.
https://inis.iaea.org/collection/NCLCollect...414/9414975.pdf

Можно ведь наверное эксперимент провести. Сунуть в тот же БОР кусочек свинца на годик-другой, и померить, сколько и каких изотопов там будет висмута, полония и т.д. Неужели за двадцать лет, пока проектировали БРЕСТ, никто так не сделал? Материалы-то точно облучали, видел новости.

Для начала просто константы свинцовых изотопов меняли. Когда свинцом занялись всерьёз, то выяснилось, что в библиотеках сечений было много ерунды. БФС-61 сборка в фЭИ, если не ошибаюсь.

Про облучательные эксперименты не могу точно сказать, просто не знаю. что конкретно в них измеряли.

Я посмотрю сегодня попозже материалы с ТЖМТ-2018. Может там есть что-то на эту тему.

Это последняя по времени большая конференция по ТЖМТ с широким участием. Далее были в основном междусобойчики на узкие темы.

Доклад Бортнянский А.Л., Демидов В.Л., Мотовилов С.А., Подтыкан Ф.П., Юдин А.М
Посмотрю позже, сейчас неудобно. Он на тему обогащения свинца и наработки полония.

Я тут поискал еще информацию про СВБР, как там планируют бороться с полонием. Там-то висмута в теплоносителе вообще больше половины. Нашел такой документ: "АНАЛИЗ ПОЛОНИЕВОЙ ОПАСНОСТИ В ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
УСТАНОВКАХ СО СВИНЦОВО-ВИСМУТОВЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ".




Из чего авторы делают вывод, что полоний это не так уж и страшно. Кстати, полоний хоть и летучий, из теплоносителя испаряется слабо, т.к. образует со свинцом малолетучий интерметаллид. А в Бресте висмута на порядки меньше.

То есть, оптимистично предположили, что выход активности будет ограничен сдувом газовой подушки в атмосферу и на этом успокоились?

Хотя вообще суммарно сотни кюри полония на весь реактор как оценка сверху несколько успокаивает, конечно.

Это Тошинский.
Георгий Ильич сам в лодочных копался и принципиально стоит на том, что полониевая опасность сильно преувеличена.
С полонием в лодочных он контактировал лично, так что знает проблему непонаслышке.
Но! При всём моем уважении к Георгию Ильичу, у которого я даже какое-то время работал, он очень пристрастен, когда речь заходит о свинце-висмуте. В нём вся его профессиональная жизнь, и он часто принижает недостатки и преувеличивает достоинства этого теплоносителя.

Это не то. Это доклад из НИИЭФА о лазерном разделении изотопов свинца, чтобы оставить один 206-ой изотоп. Основной вывод - лазерное обогащение будет в данном случае в 1000 (ьысячу!) раз дешевле центрифужного. Но вопросы по накоплению в реакторе доклад не затрагивает.

Судя по ТЖМТ-2018, вопросы полония или изотопного обогащения свинца народ не волнуют. Стали, коррозия - волнуют, а это нет.

Доклад про лазерное обогащение (докладчик - Юдин) связан со спецификой НИИЭФА. У них лазеры, а что могут лазеры в ТЖМТ-реакторе? Только изотопный состав свинца менять.

В восьмой секции был доклад из ФЭИ (докладчик - Гончар) по полонию, но по конкретной узкой проблеме - выходу полония в газовый объём. Там нет количественных данных по реакторам. Но есть упоминание про облучённые образцы (1996, ФЭИ) свинца, свинца-висмута и свинца-лития. К сожалению, без подробностей и без изотопного состава.

P.S. Материалы конференции находятся в Яндексе по запросу "тжмт-2018 +Юдин". Ссылку дать не получается, у меня браузер сразу скачивает pdf.
Лучше брать оттуда, т.к. там доклады, прошедшие все разрешительные проверки.

Там же приведена оценка: полония в свинце-висмуте на 4 порядка больше, чем в свинце (видимо, подразумевается природный?). Если это соединить с оценкой выше (4Е10Бк/м3 теплоносителя), получается ~4Е6Бк/м3 или всего порядка 1 кюри по полонию-210 на весь объём теплоносителя БРЕСТа (да, не корректно так, потому что другие отношения объёмов к полному количеству нейтронов и потокам, но хоть прицениться можно).

Получается, действительно, это больше проблема персонала станции, чем что-то, критично опасное в смысле заражения местности при аварии. На фоне мегакюри всего остального в реакторе.

Там написано (4-40)e10 Бк на килограмм. Т.е. 40-400 ГБк или примерно 1-10 кюри. Меня эти цифры, честно говоря, немного пугают. 400 ГБк полония это 2.5 мг, сколько там на весь реактор теплоносителя не знаю, но если на лодках было 50 т, то здесь вряд ли меньше 100 т, это четверть килограмма полония. Для такого радиотоксичного вещества это дофига. Но, конечно, если скинуть 4 порядка для БРЕСТа, то это уже не так страшно. Можно, наверное, и 5 порядков достичь - если использовать высокочистый свинец, ну хотя бы С00, то там по ГОСТу не больше 0,0005% висмута (5 ppm), против 55% в эвтектике. Химически чистый свинец все таки выйдет наверное сильно дешевле, чем изотопно обогащенный.

Есть довольно красивая идея - извлекать свинец с сильно сдвинутым изотопным составом из урановых или - гораздо лучше - ториевых руд.

Единственный "начальный-природный" (нерадиогенный) изотоп - как раз 204.
То есть, если ториевая или урановая руда образовалась как осадочная порода или в результате какой-то геохимии (перенос растворимых солей или что-то типа), то велика вероятность, что торий и свинец в составе минералов осаждались отдельно от свинца, бОльшая часть свинца - продукты распада.
Соотвественно, содержание свинца-204 будет сильно снижено в обоих случаях.

При этом в урановой руде будет 206 и 207 (как конечный продукт рядов урана-5 и 8), а в ториевой руде будет преобладать именно 208.

Поскольку свинец из полиметаллических руд почти везде извлекается и так, и этак, всё, что нужно - "ловить" свинец, полученный переработкой руд конкретного происхождения, до того, как свинец превратится из конкретного в абстрактный рыночный металл-коммодити с биржи.

В торий-содержащей руде свинца до 14%, и он там уже хорошей чистоты 208, причём, загрязнение только самым лёгким 204.
Я нашёл статью, в которой приводится изотопные расклады по русскому монациту (Азов и рядом) -
204 - 0,04
206 - 13,1
207 - 1,43
208 - 85,42
Монациты, наверное, всё равно придётся перерабатывать собственной добычи лантанидов. Титаноциркониевые руды тоже содержат свинец-208 высокой чистоты.


...
А вот если кто-то захочет именно 206, то без обогащения уже никак. Ураны сидят вместе. Но - опять же - автоматически откидывается "плохой" 204.

Хотя, дурю: если извлекать свинец из того же самого монацита, то его разделение на "лёгкий" и "тяжелый" свинец даст не только почти-чистый 208, но и хорошо-так-чистый 206.

В общем, нужна скорее менеджерская, чем техническая работа - вместо дорогого и трудоёмкого обогащения достаточно договариваться по извлечению и отдельной переработке конкретных руд (или хвостов-шламов). Извлечение из хвостов свинца сделает экологическую обстановку только лучше.

Даже если всё равно потом потребуется обогащать, такой стартовый расклад сокращает
потребное количество ЕРР в десятки-сотни раз.

Есть оценки по стоимости перспективного обогащения
(13. Бортнянский А.Л., Демидов В.Л., Мотовилов С.А., Подтыкан Ф.П., Савченко Ю.И.,Усанов В.А., Юдин А.М., Яценко Б.П. Экспериментальный лазерный комплекс для разделения изотопов свинца посредством селективных фотохимических реакций/В сб. докл. X Международной научной конференции «Физикохимические процессы при селекции атомов и молекул» (37 октября 2005 года, г. Звенигород, Россия). – М: ЦНИИатоминформ, 2005. – С. 7682 (ISBN 5853891227)

- порядка 200$(2005) за кг (против цены обычного свинца в 3-10 нынешних $).

То есть, извлечение именно радиогенного свинца из шламов для реакторов по цене в 10-20 раз больше нынешней может быть экономически выгодно, даже если оно не выгодно сейчас для аккумуляторов.
Экономику и экологию существующих ГОК, извлекающих редкозёмы, такой довесок только улучшает.

Интересно, заявленная плотность нейтронов у Бреста практически совпадает с БОРом (соответственно 3.5 и 3.7 e15), а объемная мощность при этом отличаются почти на порядок (раз в 6). Почему так, менее плотная решетка твэлов из-за более вязкого теплоносителя? Или в более жестком спектре у урана меньше сечение деления?

Мне интересно, а вот недавно запущенная БФС только под БН-1200 заточена? Или на ней можно и БРЕСТ моделировать?

Можно. Критстенд не заточен под конкретный проект.

Понял. Спасибо.

Там блочки такого типа.



Идея не совсем советская. За прообраз был взят, как предполагают ветераны. американский стенд ZPR, но проект был творчески переработан.

Соответственно, какие у тебя есть таблетки (из какого материала), такие активные зоны ты можешь моделировать на БФС.
Таблетки из свинца какую-то особенную редкость не представляют, поэтому моделировать свинцовые зоны можно.

+

Это если только обосновать и запустить госпрограмму специальную. Сейчас с редкоземельной отраслью в стране не очень хорошо.

На некоторые из обсуждавшихся на форуме вопросов любезно ответил В.В. Лемехов.
http://atominfo.ru/newsz07/a0986.htm

По-человечески благодарим Вадима Владимировича! Он улетал в командировку в Северск, но нашёл время с нами пообщаться.

Интересная новость сегодня от Росатома:

В Северске ввели в опытно-промышленную эксплуатацию модуль фабрикации/рефабрикации ядерного топлива для инновационного реактора на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300

Это первый из трех объектов уникального опытно-демонстрационного энергокомплекса IV поколения (ОДЭК), который строится в рамках отраслевого проекта «Прорыв» на территории Сибирского химического комбината.

На ультрасовременном и полностью автоматизированном производстве уже успешно изготовлены первые макетные топливные кассеты в дизайне активной зоны БРЕСТ-ОД-300 с топливными таблетками из нитрида обедненного урана. Все производственные участки нового завода успешно прошли комплексное опробование.

Всего на МФР четыре технологических линии: карботермический синтез смешанных нитридов урана и плутония, изготовление топливных таблеток, производство тепловыделяющих элементов, а также сборка комплектных топливных кассет. Численность основного технологического персонала объекта составит 250 человек.
https://t.me/rosatomru/4814

Более развёрнуто на нефтегаз.ру
https://neftegaz.ru/news/nuclear/872712-v-s...a-brest-od-300/

Пока не будет пром.эксплуатации, тратить обогащённый уран нет никакого смысла. Отработка, приработка и проч. прекрасно выполняются и на обеднённом.

P.S. Вспомните, как МОКС-производство пускали. Первые кассеты принимали поштучно, с перерывами, придирались ко всему и т.п. А это был МОКС, который в принципе для нас не такая уж и новинка. А здесь производство, которого в СССР просто не было, были экспериментальные кассеты для БР-5/10 и т.п.
Так что обеднённый уран вполне обоснованный выбор на стадии ОПЭ.

Ещё нужно помнить, что даже отлаженная линия даёт некоторый процент брака. Брак нужно как-то разбирать (размалывать) и возвращать в начало линии. Это отдельная технологическая цепочка, которую тоже нужно запускать и отлаживать. Поэтому сразу работать с ценным сырьём не имеет смысла.