ПРИМЕНЕНИЕ ЖИДКОСОЛЕВОГО РЕАКТОРА ДЛЯ ТРАНСМУТАЦИИ КЮРИЯ

Аннотация

Актуальность. Трансмутация минорных актинидов – Np, Am и Cm – ключевое направление снижения долговременной радиотоксичности отработавшего ядерного топлива тепловых и быстрых реакторов. Высокое удельное тепловыделение смеси изотопов Cm (~2,5 кВт / кг) затрудняет их включение в топливо быстрых реакторов из‑за проблем производства. Решением может стать трансмутация Cm в специализированных установках. Цель работы – расчетное исследование трансмутации Cm в жидкосолевом ядерном реакторе ЖСР-C для снижения радиотоксичности отработавшего ядерного топлива. Материалы и методы. Объект исследования – топливная кампания ЖСР-С (2400 МВт(т), несущая соль 73% LiF – 27% BeF₂, топливная компонента – CmF₃). Метод исследования – численное моделирование с использованием программного средства MCU-ЖСР (НИЦ «Курчатовский институт»). Расчетные методы: моделирование переноса излучений в трехмерных системах методом Монте-Карло, нуклидной кинетики с квазинепрерывной коррекцией составов материалов. Результаты и обсуждение. Представлена концепция реактора, его основные технические параметры и особенности конструкции. Расчеты подтверждают возможность эффективной трансмутации Cm. Высокие сечения деления ²⁴³Cm, ²⁴⁵Cm и ²⁴⁷Cm обеспечивают большую скорость их трансмутации без накопления вторичных долгоживущих ядер (в отличие от Np, Am). Введение в трансмутационный цикл Cm дополнительного Pu или других делящихся изотопов не требуется. Наличие легких ядер смещает спектр к тепловой области, что оптимально для трансмутации Cm. Гомогенная соль упрощает регулирование состава топлива и удаление продуктов деления. Показано, что равновесное содержание ключевых топливных изотопов в топливном контуре устанавливается за первые 3 года работы реактора, всех изотопов – за 15 лет. За 50 лет работы в контур ЖСР-С загружается ~39 т Cm, из них 95% трансмутируется, остаток вторичных долгоживущих актинидов 2 возможна высокоэффективная трансмутация Cm с минимальным накоплением вторичных актинидов. Качественный анализ показывает, что для трансмутации прогнозируемого объема накопления Cm в ядерной энергетике России до 2100 г. достаточно одного специализированного реактора ЖСР-Cm ~600 МВт(т).