То есть, на каждый гигаватт(э)*год нынешние реакторы нарабатывают 10-100 миллионных долей от всего С14 в обороте. В пересчёте на общий парк - количество С14 уже сейчас увеличивается на десятые-сотые доли процента в год.
Причём, скорость этой наработки определяется в основном наличием в зоне N14.

Если предположить, что N14 в зоне будет не как примесь, а в товарных количествах, то можно ожидать и соотвественного роста наработки.
Каковая за год на большом парке будет уже вполне сравнима с общим количеством С14 в биосфере...

Из-за чего опять возникает вопрос: что с ним делать?

По-моему, вопрос надуманный. Если Вы про нитрид, то он будет в иммобилизованном состоянии в составе первого барьера безопасности (топливной матрицы), т.е. единственное место, где С14 теоретически может стать биологически активным (уйти в атмосферу и т.п.) - процесс переработки ОЯТ. Во всех остальных местах азот или присутствует только в качестве примесей, или удалён от источников нейтронов.

Ну, для сравнимости, нужно набрать миллион реакторо-лет... А это сильно не скоро произойдет.

Т.е. авария с разрушением первого барьера безопасности исключена в принципе?
Может и технология переработки ОЯТ (а её, как я понимаю из вышесказанного, ещё нет) исключает возможность выхода C14, даже в аварийных ситуациях?
Суть этих риторических вопросов в чём: зачем внедрять грабли с набалдашниками на черенках?

наработка (естественная) С14 в атмосфере за год

Нет, но очень ограничена по масштабам и вероятности. Кроме того, не забывайте, что этих барьеров - четыре, а углерод совсем не инертный газ...


Вот потому этот вопрос и переносится в основном на переработку ОЯТ с эксплуатации.


Суть проста. Если дополнительные меры безопасности и обоснования, которые понадобятся при внедрении нитрида, не перекрывают плюсы от такого внедрения, то работу стоит делать.

Нитридное ОЯТ очевидно собираются перерабатывать пироэлектрохимически в расплавах типа LiCl-Li2O.
Следовательно в ходе процесса анодного растворения топлива наработанный углерод-14 преимущественно уйдет в виде CO2 в газовую фазу с РБГ и иодом.
А вот как его потом улавливать и захоранивать собираются это интересный вопрос.
Оставшаяся часть углерода-14 может на аноде переходить с CCl4 и также будет уходить в газовую фазу.

Принципиально простое пропускание смеси отходящих при пироэлектрохимическом растворении ОЯТ газов из горячей камеры через скрубер с кипящим под давлением высококонцентрированным раствором NaOH способно эффективно связать и углерод-14 из разных его форм и одновременно радиоизотопы иода и селена.
Другое дело как и где это все "..о..но" уловленное захоранивать собираются.

Спасибо.
Теперь бы данных о наработке в нитриде.

В природном азоте 0.365% изотопа N-15. Не грех пофантазировать, что в нитридное топливо мы пустим изотопически чистый азот-15. Ну скильки килотонн этого азота в год нам потребуется? Кот наплакал... Господь Бог распорядился азоту быть газообразным, отличие в массах изотопов аж 7%, что просто гигантское против урана. Ну поработают ребята в Коврове и слепят нужные центрифуги. Ничтоже сумнящеся заключаю, без всяких расчетов, что удорожание нитридного топлива при переходе на изотопически чистый азот будет терпимым. Я не знаю, какова приемлемая степень подавления концентрации азота-14, но если соотношение 99.635 : 0.365 обернуть обогащением в 1: 99, то может уже будет достаточно? Опять же безапелляционно думаю, что производство С-14 на уровне нескольких разов от природного вполне терпимо --- тут специалисты могли бы напомнить о С-14 из испытаний ЯО, было ли это важным фактором или совсем второстепенным? А за вычетом головной боли на утилизацию С-14 мероприятие по переходу на изотопически чистый азот-15 будет попросту прибыльным.

Я бы упал со стула от изумления, если бы это не было разобрано где-то в литературе лет ....дцать тому назад.

neutron.kth.se/publications/.../N15-Reno.pdf

Безбедной старости на азоте-15 не будет... разумеется, все украдено до меня... В этом материале есть все.

В общем, наберите в Гугле nytrogen-15 for nuclear fuel и будет счастие


N-15 Requirement for 2nd Stratum ADS Nitride Fuels
J. Wallenius
Department of Nuclear and Reactor Physics
Royal Institute of Technology
Stockholm Centre for Physics, Astronomy and Biotechnology
S-106 91 Stockholm
S. Pillon
DEN/DEC
CEA Cadarache Bât 315
F-13108 Saint-Paul-lez-Durance
Abstract
The application of nitride fuels in accelerator driven systems dedicated to waste
transmutation requires use of N-15 enriched nitrogen to suppress C-14 production due to
(n,p) reactions on N-14. With C-14 emission rates of the oxide reprocessing plants as
reference, we find that 99% N-15 enrichment is sufficient when using nitride fuels for minor
actinide transmutation in 2nd stratum accelerator driven systems. Projected cost
estimations make recycling of N-15 in the fabrication stage mandatory, while recovery of
N-15 from reprocessing does not appear to be necessary.


Если пойти на стр. 3 этого текста, то на ней простая картинка с производством С-14. В тексте услужливо написали, что почем и для Росатома:

The cost of fast reactor electricity is less well established. Figures from different studies vary from the 30 000 euro/GWhe for the lead cooled BREST-1200 reactor to 40 000 euro/GWhe for BN-800.

Спасибо Вам, уважаемый Dobryak! Ссылка весьма интересна, думаю, если указать её напрямую, ничьих интересов мы не затронем: http://neutron.kth.se/publications/library/N15-Reno.pdf (Загружается в виде файла).

По ценам, есть один нюанс. Дата создания файла - 11.06.2001 года, тогда и евро был другим, статус и состояние проектов - тоже. Доля в атомной энергетике ADS местами предполагается в 6%, что не совсем соответствует реальной доле в генерации на текущий момент времени. Честно скажу, для того, чтобы понять к какому году это планировалось, надо читать источники, на которые ссылается автор, чего не делал.

По ценам: сегодня азот-15 обогащают ионообменной техникой. Азот-15, как видно в Гугле, почетный маркер, к примеру, навоза крупного рогатого скота, когда отслеживают круговорот азота от почвы к урожаю и т.д. Сегодня потребности в азоте-15 на уровне десятков кило, может сотни в год. Меня в первом посте занесло, естественно, в центрифуги. О них литература молчит, могу предположить, что для десятков кило заводить центрифужную канитель просто никому не нужно. Если же партия закажет многие тысячи тонн, то комсомол ответит "Есть!" и цены могут и упасть? В любом виде размежевание от углерода-14 на еще азотной тропке выглядит крайне симпатично.

Об этом авторы нитридного топлива фантазировали уже давно.
В первую очередь из соображения экономии нейтронов, конечно.
Если поискать по нитридному топливу, то азот-15 упоминается почти везде.

Я видел оценки (2004-й), по которым стоимость топлива увеличивается аж на 50%. \
По-моему, для топлива в сборе - это очень много (я, правда, не уверен, о какой цене именно шла речь). И может запросто свести на нет экономию на природном уране.

(Хотя, конечно, обогащение азота не видится сколь-нить сложным или дорогим - изначально газ, 15-го изотопа много, разница массы велика; плюс, возможен около-100% рециклинг)

Это я вначале подумал, что я шибко догадливый, но когда первый пост допечатывал, то уже понимал, что это давно вытоптанное место. Что и показало последующее обращение к Гуглу. В то, что обогащение азота-15 может поднять цену топлива в полтора раза, в жисть не поверю.

Дальше слово уже специалистам.

Как я понимаю для разделения азота на изотопы его нужно сначала разделять на атомы (химически), а потом с него получать реактивы - вот тут значительная наценка и получается. Хотя если разделять изотопы в составе, скажем, аммиака - то всё должно быть не так грустно.

Для центрифуги, по малограмотности, никакой нужды в соединениях с атомарным азотом не вижу.

До 50:50 разделение элементарно на молекулярном уровне: первая стадия обогащения это выделение тех самых 0.37 % cмешанныех молекул N14 N15, и эта смесь будет одновременно заметно, выше 0.37%, обогащена N15 N15, так что потратив еще столько же усилий имеем искомые молекулы из азота-15. Исходного материала в природе хоть залейся.

Я не очень понимаю в пром химии, но на сколько позволяет судить гугл, для того чтоб получить соединения азота сначала добывают азот из воздуха сжижая его (попутно получая прочие газы), потом очищенный азот с очищенным водородом (его тоже надо получать) дают аммиак, который потом используют для получения азотной кислоты.
В хим проме изотопной чистоты аммиака не требуется, а если учесть, что его производится десятками мильёнов тонн, то выбирать нужный изотоп проще из имеющегося цикла.

отлично!

спасибо

Да не нужны нам на начальной стадии ни аммиак, ни азотная кислота. Жидкий азот нужен, так это дело плевое. Азот молекулярен. Я лажанулся с банальной комбинаторикой: в молекулярном азоте смешанных молекул не 0.365 %, а 0.73 %, но это ничего не меняет. Важно только, что те 13 миллионных молекул из чистого азота-15 центрифугой вытащить не бином Ньютона. Просто эту задачу заради 100 кило в год никто не ставил.

Зачем жидкий азот, если нужен нитрид? Или я чего-то не понимаю, или одно из двух © Масяня.

Нужен азот-15, с которого и надо начинать всю дальнейшую химию, что ведет к нитриду, в котором не должно быть никакого азота-14, так как нам не нужен весь бурно обсуждавшийся на ветке углерод-14.

Мой предрассудок, который вполне может оказаться всего лишь предрассудком, состоит в том, что при топливном заводе стоит центрифужный цех, из которого в цех по выпеканию нитрида по трубе течет молекулярный азот-15. Вполне возможно, что первым шагом будет производство аммиака --- я в эту химию производства нитрида урана не вникал. Из уроков химии полувековой давности помню, что азот ни с чем взаимодействовать не любит, кроме как с водородом. О центрифуге же я размечтался, так как азот при нормальных условиях газ, его в отличие от гексафторида урана и возгонять не надо.

Кстати, действительно ж...
Начальное обогащение по 15-му (в разы) можно осуществлять на ректификационных установках по получению жидкого азота, кислорода и/или оных же под давлением (на производствах, где ещё не используются газоотделительные мембраны). Производство там - килотонны, газа прогоняется - масса.
То есть, объёмы, прогоняемые через центрифуги, можно при необходимости резко сократить, если гнать через них предварительно обогащённый при ожижении газ.

Если вернуться к азам неорганической химии, то можно вспомнить, что все газы (вещества), кроме благородных, имеют молекулярную формулу с двумя атомами, при этом азот не будет изотопно собираться в молекулы и в подавляющем большинстве N15 и N14 будут в составе одной N2 молекулы. Т.е. обогащение будет совсем не эффективным. А вот в составе аммиака - NH3 - он вполне уже себе будет хорошо делиться центрифугами, да и аммиак - это газ

Если точнее - мегатонны
Хотя для разделения понятий по политическим мотивам используют тысячи тонн.

Нет. Чуть меньше 0.365%. Примерно на квадрат этой величины (за счёт молекул N2 с двумя N-15 в составе).

я бы тоже предположил, что первым делом нужен аммиак, NH3

Нет проблемы смесей 14-15 в молекуле, выхлоп процесса идет прямо на удобрения, массы 17 против 18

А вот интересно, насколько чувствителен к изотопам сам процесс Габера?
Может быть, всё ещё проще?

На первый взгляд нет особых сложностей в избирательном лазерном возбуждении ядер 15N в соответствующих молекулах (15N)2 и (15N14N) для дальнейшего связывания с водородом.

ничего не могу сказать

подумалось, что если использовать аммиак, часть "обогащенных" молекул будет в виде N14H2D, гггг

А вот чего в воду первого добавляют? Нет ли там азоту?

Я тоже вначале так подумал... но потом решил поправиться, и вот почему. Пусть х = 0.00365 есть доля 15-го, тогда (1-х) доля 14-го. Вероятность того, что в молекуле оба атома А и В именно 15-е, будет х*х. Вероятность того, что оба 14-е, будет (1-х)*(1-х). В смешанном же браке 15-м будет или А, вероятность чего х*(1-х), или В, с вероятностью (1-х)*х, то есть, в сумме 2*х*(1-х).

Сверим дебит с кредитом или, как говорят важные теоретики, полноту набора состояний:

(1-х)*(1-х) + 2*х(1-х) + х*х = 1 --- все сошлось!

Мораль: в смешанном браке будут 0.73*0.99635 % что с практической точностью будет 0.73 %

В этих оценках я проигнорировал изотопические сдвиги из-за различия масс 15-го и 14-го азота, уж поверьте, что это для нашей задачи законно.

В этой аудитории все должны знать, что затраты на вынос в отвал вначале 2(N14), оставив смесь (N14 N15) & 2(N15), и на последующий вынос в отвал уже смешанных пар, практически одинаковы.

Переход на аммиак делает задачу разделения 15-го и 14-го полностью подобной известной и уже решенной задаче об уране. Не берусь судить, насколько проще работать с инертным молекулярным азотом против агрессивного и токсичного аммиака.

Обсуждается БРЕСТ. Там свинец в первом контуре.

Dobryak, согласен, не с той стороны зашёл - баланс по N14 не соблюдался

А чо, процесс наработки всех этих гадостей будет иным? Ну может спектр другой... Но в таком случае, азоту ваще вредно быть в любом первом контуре.

В оксидном топливе есть кислород-17, примесь которого 0.039, и который с весьма заметным сечением 0.24 барна захватывает тепловой нейтрон по каналу

O17 (n, alpha) C14

Понимание предмета на 2006 год разобрано в обзорной статье в Progress in Nuclear Energy 48 (2006) 2–36, Life cycle and management of carbon-14 from nuclear power
generation, Man-Sung Yim (a),Francois Caron (
(a) Department of Nuclear Engineering, North Carolina State University, Campus Box 7909, Raleigh, NC 27695-7909, USA
( Department of Chemistry and Biochemistry, Laurentian University, Sudbury, Ont., Canada P3E 2C6

С тех пор ничего не изменилось

Ясно же сказано.

И да, процесс, количества и принимакмые в расчет элементы РУ разные. Для опытно-демонстрационного проекта БРЕСТ - это нитридное топливо, которое планируется перерабатывать. Кроме того, тот же нитрид, хотят навязать для БН.

Got it... different N-s concentration.

Причем с самим масштабным производством и переработкой ОЯТ МОХ еще куча проблем не решенных. И многие из проблем имеющихся еще далеки от технологичного решения.
Так нет же, упорно в качестве будущего основного топлива отечественных быстровиков пропихивается нитридное, с которым гемора производства, хранения и переработки много больше, чем с оксидным.
Хуже в практическом технологическом смысле, наверное только карбидное топливо, с тем же металлическим топливом наверное проблем суммарных меньше бы было.

У нас в стране металлические сплавы U-Pu-MA-Zr/Mo вообще не хотят рассматривать в качестве реального перспективного топлива для того же БРЕСТа?

Не хотят.

Я так понимаю из-за экспортного ориентирования разработок?

Конференция молодых специалистов, НИКИЭТ 20-21 ноября 2014 г.

В ОАО «НЗХК» успешно прошла заводская приемка первого макета рабочей ТВС для реактора БРЕСТ-ОД-300

Подскажите - на фото по ссылке действительно макет ТВС БРЕСТ-300 ?
Высота активной зоны БРЕСТ-300 порядка до ~1,5 м, а на фото рабочая часть ТВС явно больше 2,5 м

Длина твэла БРЕСТ-300 по последним данным (МНТК НИКИЭТ) - 2160 мм.

Очень похожа на ТВС (именно ТВС без надставки, не РК) ВВЭР-440.

А нету в последних конференциях ничего про топливо БРЕСТ-300. Просмотрел в загашниках, кассеты нету.

Активная длина раньше всегда называлась 1100 мм.
Общая длина твэла - 2160 мм (2014 год, но с пометкой "Подлежит уточнению в ходе проектирования").

М-да... Задали задачку

Группа товарищей стоит грамотно, на неизвестном расстоянии от кассеты.
Но всё-таки, шестигранный участок в 2 с небольшим метра вполне может уложиться.
Вопрос запомнил.

а она (твс) разве не должна быть заметно больше зоны и выступать над уровнем свинца?

Согласно новости, макет для испытаний.


Думаю, реально будет испытание в БН-600, соответственно размер ещё больше (вертикальный). Активный или эффективный средний участок - заявляли 1100 мм, полный размер - раза в 3,5-4 больше.

см. слайд 3 ну и другие слайды тоже любопытны.