2023, Шмелев, А. Н., Апсэ, Владимир Александрович, Куликов, Евгений Геннадьевич, Куликов, Геннадий Генрихович, Глебов, Василий Борисович

Рассмотрены нейтронно-физические основы масштабной наработки изотопа 238Pu для автономных источников энергии. Изотоп 238Pu является уникальным источником длительного автономного энергоснабжения в различных устройствах для удаленных районов Земли и в космосе. Имеющиеся в настоящее время в России и мире мощности по его наработке недостаточны. В работе рассматриваются цепочки наработки изотопа 238Pu и устанавливаются оптимальные спектр и поток нейтронов для его наработки. Делается вывод, что наиболее привлекательным стартовым изотопом является 237Np, который может быть извлечен из облученного ядерного топлива. Предлагаемый метод позволяет говорить о масштабной наработке плутония, отличающегося высоким содержанием изотопа 238Pu и низким содержанием изотопа 236Pu.

2024, Шмелев, А. Н., Апсэ, В. А., Глебов, В. Б., Куликов, Г. Г., Куликов, Е. Г., Кругликов, А. Е., Апсэ, Владимир Александрович, Глебов, Василий Борисович, Куликов, Геннадий Генрихович, Куликов, Евгений Геннадьевич

Анализируется возможность накопления низкофонового плутония, пригодного для использования в радиоизотопных термоэлектрических генераторах, в легководном реакторе со сверхкритическими параметрами теплоносителя (реактор типа ВВЭР-СКД). В качестве стартового материала рассматривалась двуокись нептуния из состава младших актинидов, основных компонентов трансурановых радиоактивных отходов. Получение полезного низкофонового плутония из бесполезных радиоактивных отходов можно оценивать как один из путей к обезвреживанию отходов ядерной промышленности. Сборка, содержащая стартовый материал, размещалась в центре активной зоны реактора, в зоне максимальной плотности потока нейтронов для интенсификации наработки плутония. В расчетных исследованиях применен мультифизический подход с взаимосвязанным анализом нейтронно-физических и теплогидравлических процессов в активной зоне реактора ВВЭР-СКД. Показано, что накопление значимых количеств низкофонового плутония, удовлетворяющего требованиям по низкому содержанию 236Pu и по высокому содержанию 238Pu, возможно при выполнении следующих условий. Первое – решетка нептуниевых стержней в центральной сборке должна быть достаточно просторной с высокой объемной долей теплоносителя. Второе – центральная сборка должна окружаться сборками, создающими защитный барьер против быстрых нейтронов деления, усиливающих пороговую 237Np(n, 2n)236Pu-реакцию. Такой барьер могут создать сборки, содержащие природный или радиогенный свинец. Приведены расчетные оценки темпа накопления низкофонового плутония в центральной сборке с просторной решеткой нептуниевых стержней, окруженной свинцовыми защитными сборками.

2023, Шмелёв, А. Н., Апсэ, Владимир Александрович, Куликов, Геннадий Генрихович, Куликов, Евгений Геннадьевич, Глебов, Василий Борисович, Гераскин, Николай Иванович

Приведены расчетные оценки принципиальной возможности крупномасштабной наработки 238 Pu в активной зоне энергетического реактора типа ВВЭР-1000. Предлагается использовать Np-фракцию младших актинидов из состава трансурановых радиоактивных отходов в качестве стартового материала. Облучательное устройство с NpO2 -твэлами размещается в центре активной зоны реактора. Варьирование шага решетки NpO2-твэлов и окружение облучательного устройства слоем тяжелого замедлителя применяется с целью создания оптимальных спектральных условий для крупномасштабной (~ 3 кг/г.) наработки кондиционного плутония с требуемым изотопным составом (не менее 85% 238 Pu и не более 2 ppm 236Pu). Плутоний такого изотопного состава пригоден для использования в качестве теплового источника в радиоизотопных термоэлектрических генераторах и в кардиостимуляторах. Показано, что расчетные масштабы наработки 238 Pu в энергетическом реакторе типа ВВЭР значительно превосходят имеющиеся масштабы его наработки в исследовательских реакторах

2023, Shmelev, A. N., Geraskin, N. I., Apse, V. A., Kulikov, G. G., Kulikov, E. G., Glebov, V. B., Глебов, Василий Борисович, Куликов, Евгений Геннадьевич, Куликов, Геннадий Генрихович, Апсэ, Владимир Александрович, Гераскин, Николай Иванович

The paper presents the estimates for the possibility for large-scale production of 238Pu in the core of a VVER-1000 power reactor. The Np-fraction of minor actinides extracted from transuranic radioactive waste is proposed to be used as the starting material. The irradiation device with NpO2 fuel elements is installed at the reactor core center. The NpO2 fuel lattice pitch is varied and the irradiation device is surrounded by a heavy moderator layer to create the best possible spectral conditions for large-scale production (~ 3 kg/year) of conditioned plutonium with the required isotopic composition (not less than 85% of 238Pu and not more than 2 ppm of 236Pu). Plutonium with such isotopic composition can be used as the thermal source in thermoelectric radioisotope generators and in cardiac pacemakers. It has been demonstrated that the estimated scale of the 238Pu production in a VVER-type power reactor exceeds considerably the existing scale of its production in research reactors.