Введение к работе
В диссертации представлены результати исследований по изучению принципиальных возможностей получения радиоактивных изотопов в типичных спектрах быстрых реакторов, в спектрах, формируемых с помощью специальных облучательных устройств ( ОУ ) с замедлителем, разработке методик и алгоритмов определения и анализа спектральных индексов с целью уточнения спектра нейтронов и скоростей реакций, определяющих накопление радионуклидов, экспериментально-расчетному обоснованию полртения кобальта-60 в энергетическом реакторе БН-350.
актуальность работы. Реакторные мишенные изотопы, находящие применение в промышленности и медицине, в основном производятся нв исследовательских ядерных реакторах на тепловых нейтронах. Схемы получения, методы расчета и оптимизации выхода целевых нуклидов, технологические аспекты применительно к этому классу реакторов достаточно хорошо исследованы. В то же время тенденции роста потребностей в производстве радионуклидов, повышении их качества и , в первую очередь удельной активности, в сочетании с выводом из эксплуатации ряда исследовательских реакторов ставят задачу расширения облучательной базы либо за счет создания специальных высокопоточных изотопных реакторов, либо за счет привлечения для получения изотопов энергетических реакторов АЭС. Второй путь привлекателен тем, что позволяет надеяться на достижение более низких значений стоимости изотопов за счет совмеиения производства нескольких видов продукции.
Быстрые реакторы , практически не применяются для получения мишенных радионуклидов. В то же время они изначально рассматривались как двухцелевые, в которых за счет лучшего баланса нейтронов возможна. эффективная наработка изотопов - вторичного ядерного топлива . Однако, в связи со временным снижением потребности в ядерном топливе, в насгояиее время ведется поиск возможностей альтернативного использования быстрых реакторов. Примерами такого использования' может быть -наработка радионуклидов. Кроме того из энергетических реакторов, применяющихся в России, только реакторы БН, обладают высокой плотностью потока нейтронов ( >1015н/см2с ), что, как правило, является необходимым условием для получения радионуклидов высокой удельной активности.
Однако, достаточно высокая плотность потока нейтронов является
необходимым, но не достаточным условием получения радионуклидов хорошего качества. Другим важнейшим фактором явлется спектр нейтронов. И именно анализ спектральных особенностей быстрых реакторов должен позволить выяснить реальные возможности получения в них радионуклидов в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями.
Таким образом, актуальность работы следует из необходимости расширения класса установок используемых для производства изотопов в связи со все возрастающими потребностями в них, повышением требований к удельной активности нуклидов, требованиями снижения стоимости их получения. Кроме того, ввиду снижения потребности в ядерном топливе необходим поиск новых возможностей применения быстрых реакторов.
-
Анализ принципиальных возможностей получения радионуклидов как в типичных спектрах реакторов типа БН, так и с учетом влияния на процессы наработки изотопов путем локального изменения спектра нейтронов с помощью замедлителя, создание для этой цели специализированной компьютерной системы.
-
Разработка методик определения и анализа спектральных индексов с целью уточнения многогрупповых спектров нейтронов и скоростей интересующих реакций, их программная реализация.
-
Анализ экспериментальных и расчетных данных по спектрам быстрых нейтронов, оценка многогруппового спектра нейтронов в активной зоне реактора БН-350 и его погрешности, поиск и , по возможности,
. устранение причин расчетно-экспериментальных расхождений.
4. Экспериментально-расчетный анализ спектральных характеристик
моделей облучательных устройств и реального облучательного
устройства для получения кобальта-60 в реакторе БН-350. При этом под
спектральными характеристиками понимаются скорости реакций в ОУ и
возмущения скоростей реакций в ТВС реактора, возникающие за счет
растечки замедленных нейтронов и соответствующего изменения спектра
нейтронов .
I. Впервые проведены систематические исследования и раскрыты широкие потенциальные возможности быстрых реакторов для получения радионуклидов как в типичных спектрах этих реакторов, так и с
I - 5 -
' помощью специальных облучательных устройств с замедлителем.'
-
По результатам прямых измерений на промышленном реакторе получены отноиения сечений захвата на изотопах плутония и америция-241;
-
Отмечен факт систематического занижения в нейтронно-физических расчетах скоростей пороговых реакций. Разработана методика восстановления многогруппового спектра нейтронов по экспериментальным данным, восстановлены и уточнены спектры нейтронов в реакторах БН-350 и БР-І. Показано, что отмеченное расхождение является следствием занижения R расчете плотности потока нейтронов в
внсокозкергетичной области.
-
Проведена оценка спектров мгновенных нейтронов деления исходя из того, что они могут Сыть причиной расхождений, между расчетными и экспериментальными спектрами БН-350 и БР-І. Оценка учитывает новейшие экспериментальные, данные о спектрах нейтронов деления, а также влияние погрешностей в них на реакторные характеристики;
-
Впервые прямыми измерениями на энергетическом реакторе БН-350 показана возможность получения радионуклида кобальт-60 с удельной активностью на уровне 100 Ки/г с помощью ОУ с гидридом циркония в качестве замедлителя при . удовлетворительном влиянии ОУ на характеристики реактора.
-
Проведено экспериментальное обоснование возможности получения кобальта-60. высокой удельной активности ( до 300+400 Ки/г ) в реакторе БН-350.
1. Разработанная система RANIJPRO и полученные в диссертации оценки
используются в настоящее время в ФЭИ для поиска и анализа возможных
.способов получения перспективных нуклидов, подготовки к выдаче
практических рекомендаций по организации промышленного производства
в быстрых реакторах, например стронция-89, хрома-51, углерода-14,.
кобальта-60.
2. Разработанные методики определения отношений сечений по
результатам исследований изотопного состава топлива и
образцов-свидетелей и восстановления многогруппового спектра
нейтронов используются при анализе новых экспериментов, например,
проводимых на реакторе БН-600.
.3. Результаты измерений спектральных индексов в реакторах БН-350 и
БР-І использовались для тестировки новейшей версии система констант
БНАБ-90. '; .
-
В БНАБ-ЭО принята оценка спектра нейтронов деления на основе исследований, изложенных в диссертации.
-
Экспериментальные исследования с облучатедьным устройством типа АР, выполненные на реакторе БН-350 показали практическую возможность получения кобальта-60 с удельной активностью, 'представляющей коммерческий интерес. Получена первая партия кобальта-60. Результаты экспериментальных исследований с макетами облучателышх устройств показали возможность получения кобальта-60 -высокого качества и могут быть использованы для разработки на их основе промышленной технологии. На основе проведенных исследований разработано и проходит испытание ОУ для получения кобальта-60 в реакторе БН-600. В настоящее время ведется работа по созданию источника нейтрино сверхвысокой активности на реакторе БН-350.
-
Результаты расчетного анализа возможностей реактора БН-350 для получения широкого набора радионуклидов.
-
Методики определения отношений сечений реакций на топливных нуклидах по результатам исследований изотопного состава топлива.
-
Результаты определения альфа плутония-239, отношений сечений захвата на изотопах плутония и америикя-241, а также реакции (п,2п) на плутонии-239 к сечению деления плутония-239 в уран-плутониевом модуле и 3MD реактора БН-350.
4. Методика определения многогруппового спектра нейтронов по
спектральным индексам.
-
Результаты анализа отноиений сечений активации широкого набора нуклидов в реакторах БР-Г и БН-350, а также спектров нейтронов этих установок.
-
Оценка спектров нейтронов деления для применения в реакторных расчетах.
7. Экспериментальные и расчетные результаты исследований
практической возможности получения кобальта-60 высокого качества в
реакторе БН-350 с помощью специальных облучательных устройств.
апробация работы, публикации. Основные материалы диссертации были опубликованы в работах П+61,' докладывались советско-французских семинарах IT,8], Всесоюзной (у] и Всероссийской С101 конференциях Ядерного Общества, международной конференции по быстрым реакторам и их топливному циклу, Киото,Япония ПИ.
объем и структура дкссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Диссертация содержит 154 страницы , в том числе 45 таблиц, 39 рисунков и 105 наименований цитируемой литературы.
