[go: up one dir, main page]

RU2261493C1 - Method for building-up americium-242m nuclei in fast reactor radiator and irradiating device for building-up 242-m americium nuclei - Google Patents

Method for building-up americium-242m nuclei in fast reactor radiator and irradiating device for building-up 242-m americium nuclei Download PDF

Info

Publication number
RU2261493C1
RU2261493C1 RU2004101709/06A RU2004101709A RU2261493C1 RU 2261493 C1 RU2261493 C1 RU 2261493C1 RU 2004101709/06 A RU2004101709/06 A RU 2004101709/06A RU 2004101709 A RU2004101709 A RU 2004101709A RU 2261493 C1 RU2261493 C1 RU 2261493C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nuclei
americium
neutron
irradiation device
isotope
Prior art date
Application number
RU2004101709/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004101709A (en
Inventor
Ю.А. Казанский (RU)
Ю.А. Казанский
А.Л. Кочетков (RU)
А.Л. Кочетков
В.А. Левченко (RU)
В.А. Левченко
И.П. Матвеенко (RU)
И.П. Матвеенко
Original Assignee
ООО ЭНИМЦ "Моделирующие системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО ЭНИМЦ "Моделирующие системы" filed Critical ООО ЭНИМЦ "Моделирующие системы"
Priority to RU2004101709/06A priority Critical patent/RU2261493C1/en
Publication of RU2004101709A publication Critical patent/RU2004101709A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2261493C1 publication Critical patent/RU2261493C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear engineering.
SUBSTANCE: proposed method for building-up 242m-americium nuclei in fast reactor reflector includes placement of americium-241 nuclei containing material in reflector and its irradiation with neutrons. Neutron spectrum is formed by sequential passage of neutrons through neutron moderator and neutron filter made of material absorbing thermal neutrons. Used as neutron moderator is beryllium oxide or boron carbide enriched with respect to boron-11 isotope, or metal hydrides; used as substances absorbing thermal neutrons are gadolinium or cadmium. Irradiating device for building-up americium-242m nuclei in fast reactor reflector has at least one irradiation assembly provided with neutron moderator with at least one coolant channel accommodating container with target made of starting material. This container is placed in filter made of thermal neutron absorbing material; used as starting material is that having americium-241 nuclei in its composition.
EFFECT: enhanced building-up efficiency.
16 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано в ядерных реакторах на быстрых нейтронах для наработки ядер америция-242m.The invention relates to the field of nuclear engineering and can be used in fast-neutron nuclear reactors for the production of americium-242m nuclei.

Интерес к америцию-242m обусловлен очень маленькой критмассой этого изотопа (для реакторов с тепловым спектром - всего несколько десятков граммов), что позволяет создать компактный ядерный реактор на этом изотопе, который может использоваться как источник нейтронов, в частности, в нейтронозахватной терапии.The interest in americium-242m is due to the very small critical mass of this isotope (for reactors with a thermal spectrum - only a few tens of grams), which makes it possible to create a compact nuclear reactor based on this isotope, which can be used as a neutron source, in particular, in neutron capture therapy.

Известен способ наработки ядер америция-242m (242mAm) в отражателе реактора на быстрых нейтронах (Y.Ronen, M.Aboudy, D.Regev "Breeding of 242m Am in Fast Reactor". Proceedings of the 21st Conference of the Nuclear Societies in Israel. May 22-23, 2002. Haifa, Israel), выбранный в качестве прототипа. Известный способ заключается в том, что в отражатель быстрого реактора вместо обычных соединений урана загружается примерно 10000 кг двуокиси америция-241 (241AmO2) и в результате радиационного захвата нейтронов ядрами америция-241 (241Am) образуются ядра 242mAm.There is a known method for producing americium-242m ( 242m Am) nuclei in the reflector of a fast neutron reactor (Y. Ronen, M. Aboudy, D. Regev "Breeding of 242m Am in Fast Reactor". Proceedings of the 21 st Conference of the Nuclear Societies in Israel. May 22-23, 2002. Haifa, Israel), selected as a prototype. The known method consists in the fact that instead of the usual uranium compounds, approximately 10,000 kg of americium-241 dioxide ( 241 AmO 2 ) are loaded into the reflector of a fast reactor and, as a result of radiation capture of neutrons by americium-241 nuclei ( 241 Am), 242m Am nuclei are formed.

Недостатком известного способа является очень маленькая эффективность наработки ядер 242mAm (за 180 дней работы реактора примерно 0.07% от количества ядер стартового материала). Вторым недостатком является малая концентрация этого изотопа в облученном америции и, как следствие, высокая стоимость нарабатываемого материала, в которую входят в качестве основных составляющих стоимость стартового материала, стоимость обогащения облученного материала до нужных концентраций по 242mAm и стоимость природоохранных мероприятий. Причем решить эту проблему путем увеличения времени облучения стартового материала нельзя, т.к., во-первых, параллельно с наработкой идет процесс выгорания 242mAm и, во-вторых, с увеличением времени облучения стартового материала существенно повышается остаточное энерговыделение облученного материала, что делает практически невозможной его переработку с целью обогащения в промышленных условиях без дополнительной временной выдержки облученного америция.The disadvantage of this method is the very low efficiency of the production of 242m Am cores (for 180 days of reactor operation, approximately 0.07% of the number of starting material cores). The second disadvantage is the low concentration of this isotope in irradiated america and, as a consequence, the high cost of the produced material, which includes the cost of the starting material, the cost of enriching the irradiated material to the desired concentrations of 242m Am and the cost of environmental protection as the main components. Moreover, it is impossible to solve this problem by increasing the time of irradiation of the starting material, because, firstly, 242m Am burns out in parallel with the operating time and, secondly, with an increase in the time of irradiation of the starting material, the residual energy release of the irradiated material increases significantly, which makes it is practically impossible to process it for enrichment in an industrial environment without additional temporary exposure of irradiated americium.

Известно облучательное устройство для наработки радиоактивных изотопов в отражателе реактора на быстрых нейтронах (Патент РФ №2076362 "Способ наработки радиоактивных изотопов в реакторе на быстрых нейтронах и ядерный реактор на быстрых нейтронах". МПК G 21 G 1/02), выбранное в качестве прототипа. Это облучательное устройство имеет внешние геометрические размеры тепловыделяющей сборки (ТВС) быстрого реактора и снабжено замедлителем нейтронов и, по крайней мере, одним каналом для протока теплоносителя, а также мишенью из стартового материала, размещенной внутри замедлителя нейтронов.A known irradiation device for producing radioactive isotopes in the reflector of a fast neutron reactor (RF Patent No. 2076362 "Method for producing radioactive isotopes in a fast neutron reactor and a nuclear fast neutron reactor". IPC G 21 G 1/02), selected as a prototype. This irradiating device has the external geometric dimensions of the fuel assembly (FA) of the fast reactor and is equipped with a neutron moderator and at least one channel for the coolant flow, as well as a target from the starting material placed inside the neutron moderator.

Недостаток известного облучательного устройства состоит в том, что по мере наработки происходит интенсивное выгорание наработанного 242mAm, обусловленное очень большим сечением деления 242mAm тепловыми нейтронами, что делает практически невозможной промышленную наработку 242mAm.A disadvantage of the known irradiation device is that as the operating time occurs, the burned-out 242m Am intensively burns out due to the very large cross-section of fission of 242m Am by thermal neutrons, which makes the industrial operating time of 242m Am practically impossible.

Решаемая предлагаемым изобретением техническая задача состояла в том, чтобы создать способ и облучательное устройство для эффективной наработки 242mAm в промышленных масштабах с минимальными материальными и финансовыми затратами.The technical problem solved by the invention was to create a method and an irradiation device for efficiently operating 242m Am on an industrial scale with minimal material and financial costs.

Сущность изобретения в отношении способа наработки ядер америция-242m в отражателе быстрого реактора состоит в размещении вещества, содержащего ядра америция-241, в отражателе и его облучении нейтронами. Отличие предлагаемого способа состоит в том, что спектр нейтронов формируют последовательным пропусканием нейтронов через замедлитель нейтронов и фильтр нейтронов, изготовленный из вещества, поглощающего тепловые нейтроны.The essence of the invention in relation to the method of operating the americium-242m nuclei in the reflector of a fast reactor consists in placing a substance containing americium-241 nuclei in the reflector and its irradiation with neutrons. The difference of the proposed method is that the neutron spectrum is formed by sequential transmission of neutrons through a neutron moderator and a neutron filter made of a substance that absorbs thermal neutrons.

В частности, в качестве замедлителя нейтронов используют вещества, содержащие ядра бериллия (Be), в частности этим веществом может быть окись бериллия (ВеО).In particular, substances containing beryllium (Be) nuclei are used as a neutron moderator, in particular, beryllium oxide (BeO) can be this substance.

Кроме того, в качестве замедлителя нейтронов используют карбид бора (В4С), обогащенный по изотопу бор-11 (11В). В частности, обогащение по изотопу 11В составляет не менее 99%.In addition, boron carbide (B 4 C) enriched in the boron-11 isotope ( 11 V) is used as a neutron moderator. In particular, enrichment by 11 V isotope is at least 99%.

Кроме того, в качестве замедлителя нейтронов используют гидриды металлов.In addition, metal hydrides are used as a neutron moderator.

В частности, в качестве вещества, поглощающего нейтроны, используют гадолиний (Gd), в частности обогащенный по изотопу гадолиний-157 (157Gd) до величины не менее 70%.In particular, gadolinium (Gd) is used as a neutron-absorbing substance, in particular gadolinium-157 ( 157 Gd) enriched in the isotope to a value of at least 70%.

Кроме того, в качестве вещества, поглощающего нейтроны, используют кадмий (Cd).In addition, cadmium (Cd) is used as a neutron absorbing substance.

Сущность изобретения в отношении облучательного устройства для наработки ядер америция-242m в отражателе быстрого реактора в том, что оно включает, по крайней мере, одну облучательную сборку, снабженную замедлителем нейтронов с, по крайней мере, одним каналом для протока теплоносителя, а также снабженную мишенью из стартового материала, которая размещена внутри замедлителя нейтронов.The invention with respect to an irradiation device for producing americium-242m nuclei in a fast reactor reflector is that it includes at least one irradiation assembly equipped with a neutron moderator with at least one channel for the coolant flow, and also equipped with a target from the starting material, which is placed inside the neutron moderator.

Отличие облучательного устройства в том, что мишень из стартового материала размещена внутри фильтра, выполненного из поглощающего тепловые нейтроны материала, причем в качестве стартового материала использован материал, содержащий ядра америция-241.The difference between the irradiation device is that the target from the starting material is placed inside the filter made of a material absorbing thermal neutrons, and the material containing americium-241 nuclei is used as the starting material.

В частности, замедлитель нейтронов может быть выполнен из материала, содержащего ядра бериллия, в частности в качестве такого материала может быть использована окись бериллия.In particular, the neutron moderator can be made of a material containing beryllium nuclei, in particular, beryllium oxide can be used as such a material.

В частности, замедлитель нейтронов может быть выполнен из карбида бора, обогащенного по изотопу бор-11, при этом обогащение может составлять не менее 99%. В частности, замедлитель нейтронов может быть выполнен из гидрида металла. В частности, фильтр может быть выполнен из гадолиния, который может быть обогащенным по изотопу гадолиний-157, причем обогащение может составлять величину не менее 70%.In particular, the neutron moderator can be made of boron carbide enriched in the boron-11 isotope, while enrichment can be at least 99%. In particular, the neutron moderator can be made of metal hydride. In particular, the filter can be made of gadolinium, which can be enriched by the isotope gadolinium-157, and the enrichment can be at least 70%.

В частности, фильтр может быть выполнен из кадмия. В частности, толщина фильтра находится в пределах от 0.005 до 0.12 см. Кроме того, толщина замедлителя нейтронов между внешней боковой поверхностью облучательной сборки и внешней боковой поверхностью фильтра находится в пределах от 1.5 до 4.7 см.In particular, the filter may be made of cadmium. In particular, the filter thickness is in the range from 0.005 to 0.12 cm. In addition, the thickness of the neutron moderator between the outer side surface of the irradiation assembly and the outer side surface of the filter is in the range from 1.5 to 4.7 cm.

Кроме того, масса ядер америция-241 в мишени не превышает 110 г. Техническим результатом использования данного изобретения является повышение эффективности наработки ядер 242mAm, при которой возможна наработка до 50 грамм 242mAm из 1 кг 241mAm примерно за одну микрокомпанию реактора БН-600 (160-180 эффективных суток). Или же при облучении стартового материала в течении двух - трех микрокомпаний можно довести содержание 242mAm в изотопном составе Am до 13-14% и при этом остаточное тепловыделение облученного материала мишени позволит работать с ним на штатном технологическом оборудовании после временной выдержки, характерной для облученных ТВС быстрого реактора.In addition, the mass of americium-241 nuclei in the target does not exceed 110 g. The technical result of using this invention is to increase the efficiency of the production of 242m Am nuclei, in which it is possible to produce up to 50 grams of 242m Am from 1 kg 241m Am for approximately one microcompany of the BN-600 reactor (160-180 effective days). Or, by irradiating the starting material for two to three micro- companies, it is possible to increase the content of 242m Am in the Am isotopic composition to 13-14%, and the residual heat release of the irradiated target material will allow it to work with standard equipment after temporary exposure typical for irradiated fuel assemblies fast reactor.

Достижение технического результата стало возможным благодаря тому, что совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает формирование специального спектра эпитепловых нейтронов из спектра нейтронов, характерного для отражателя быстрого реактора, что позволяет нарабатывать 242mAm со скоростью, значительно большей по сравнению со скоростью его выгорания.The achievement of the technical result became possible due to the fact that the set of essential features of the invention provides the formation of a special spectrum of epithermal neutrons from the neutron spectrum characteristic of a fast reactor reflector, which allows you to produce 242m Am at a speed significantly higher than its burnout rate.

На фиг.1 приведена схема картограммы загрузки быстрого реактора, на которой схематично показаны активная зона 1, отражатель 2 реактора, ТВС первого ряда отражателя 3, облучательная сборка 4.Figure 1 shows a diagram of a cartogram loading a fast reactor, which schematically shows the active zone 1, reflector 2 of the reactor, fuel assembly of the first row of reflector 3, irradiation assembly 4.

На фиг.2 приведена схема поперечного разреза облучательной сборки 4 с замедлителем 5 нейтронов, с каналом 6 для прохождения теплоносителя, во внутренней области которого размещен контейнер с мишенью 7 из стартового материала, который в свою очередь размещен внутри фильтра 8, поглощающего тепловые нейтроны.Figure 2 shows a cross-sectional diagram of an irradiation assembly 4 with a neutron moderator 5, with a channel 6 for passing the coolant, in the inner region of which a container with a target 7 of starting material is placed, which in turn is located inside the filter 8 absorbing thermal neutrons.

На фиг.3 приведены графики наработки 242mAm в облучательных сборках с различными типами замедлителя нейтронов и поглотителя тепловых нейтронов в зависимости от времени облучения. Кривая 9 соответствует облучательной сборке с карбидом бора в качестве замедлителя нейтронов и 157Gd в качестве поглотителя тепловых нейтронов; кривая 10 соответственно с гидридом циркония и 157Gd; кривая 11 соответственно с карбидом бора и гадолинием естественного изотопного состава; кривая 12 соответственно с карбидом бора и кадмием.Figure 3 shows the graphs of the operating time of 242m Am in irradiation assemblies with various types of neutron moderator and thermal neutron absorber depending on the exposure time. Curve 9 corresponds to an irradiation assembly with boron carbide as a neutron moderator and 157 Gd as a thermal neutron absorber; curve 10, respectively, with zirconium hydride and 157 Gd; curve 11, respectively, with boron carbide and gadolinium of a natural isotopic composition; curve 12, respectively, with boron carbide and cadmium.

На фиг.4 приведены графики доли 242mAm в облученном Am в облучательных сборках с различными типами замедлителя нейтронов и поглотителя тепловых нейтронов в зависимости от времени облучения. Кривая 13 соответствует облучательной сборке с карбидом бора в качестве замедлителя нейтронов и 157Gd в качестве поглотителя тепловых нейтронов; кривая 14 соответственно с гидридом циркония и 157Gd; кривая 15 соответственно с карбидом бора и гадолинием естественного изотопного состава; кривая 16 соответственно с карбидом бора и кадмием.Figure 4 shows graphs of the fraction of 242m Am in irradiated Am in irradiation assemblies with various types of neutron moderator and thermal neutron absorber versus irradiation time. Curve 13 corresponds to an irradiation assembly with boron carbide as a neutron moderator and 157 Gd as a thermal neutron absorber; curve 14, respectively, with zirconium hydride and 157 Gd; curve 15, respectively, with boron carbide and gadolinium of natural isotopic composition; curve 16, respectively, with boron carbide and cadmium.

На фиг.5 приведены графики остаточного энерговыделения ТВС, отработавшей в зоне среднего обогащения реактора БН-600, и облучательной сборки после облучения в зависимости от времени выдержки. Кривая 17 соответствует ТВС, а кривая 18 - облучательной сборке с замедлителем нейтронов из 11В4С и поглотителем нейтронов из 157Gd.Figure 5 shows graphs of the residual energy release of fuel assemblies, spent in the medium enrichment zone of the BN-600 reactor, and the irradiation assembly after irradiation, depending on the exposure time. Curve 17 corresponds to a fuel assembly, and curve 18 to an irradiation assembly with a neutron moderator of 11 V 4 C and a neutron absorber of 157 Gd.

Способ осуществляют, а устройство работает следующим образом. В реакторе на быстрых нейтронах среди штатных ТВС второго ряда отражателя 2 размещают облучательные сборки 4. При работе реактора нейтроны с характерным для ТВС второго ряда отражателя реактора энергетическим спектром попадают в облучательную сборку 4, замедляются в слое замедлителя 5, проходят через фильтр 8, поглощающий тепловые нейтроны, и попадают в мишень 7, где захватываются ядрами 242mAm с испусканием гамма кванта, в результате чего образуются ядра 242mAm.The method is carried out, and the device operates as follows. In the fast neutron reactor, among the standard fuel assemblies of the second row of the reflector 2, the irradiation assemblies 4 are placed. During operation of the reactor, neutrons with the energy spectrum characteristic of the fuel assemblies of the second row of the reactor reflector fall into the irradiation assembly 4, slow down in the moderator layer 5, and pass through the filter 8 absorbing thermal neutrons, and hit the target 7, where they are captured by 242m Am nuclei with the emission of a gamma quantum, as a result of which 242m Am nuclei are formed.

Облучательная сборка 4 имеет внешние геометрические размеры ТВС отражателя быстрого реактора, внутри которой размещен замедлитель 5 нейтронов. Внутри замедлителя 5 нейтронов выполнен канал 6 для прохождения теплоносителя. В пространстве между оболочкой облучательной сборки и замедлителем нейтронов может располагаться дополнительный канал для прохождения теплоносителя. В канале 6 размещен контейнер с мишенью 7 из стартового материала. Контейнер помещен в фильтр из материала, поглощающего тепловые нейтроны.The irradiation assembly 4 has the external geometric dimensions of the fuel assembly of the fast reactor reflector, inside which a neutron moderator 5 is placed. Inside the neutron moderator 5, a channel 6 is made for the passage of the coolant. In the space between the shell of the irradiation assembly and the neutron moderator, an additional channel for the passage of the coolant can be located. Channel 6 contains a container with a target 7 of starting material. The container is placed in the filter from a material that absorbs thermal neutrons.

В качестве замедлителя нейтронов могут использоваться: бериллий; окись бериллия; карбид бора с природным изотопным составом бора, а также с бором, обогащенным по изотопу бор-11, причем обогащение по бору-11 может быть не менее 99%; гидриды металлов, например гидрид циркония. Толщина слоя замедлителя нейтронов может колебаться от 1.5 до 4.7 см.As a neutron moderator can be used: beryllium; beryllium oxide; boron carbide with a natural isotopic composition of boron, as well as with boron enriched in the isotope boron-11, and enrichment in boron-11 can be at least 99%; metal hydrides, for example zirconium hydride. The thickness of the neutron moderator layer can range from 1.5 to 4.7 cm.

В качестве материала, поглощающего тепловые нейтроны, могут использоваться: гадолиний естественного изотопного состава и обогащенный по изотопу гадолиний-157, причем обогащение по гадолинию-157 может превышать 70%; кадмий. Толщина фильтра может колебаться от 0.005 см до 1.2 см.As a material that absorbs thermal neutrons, the following can be used: gadolinium of natural isotopic composition and gadolinium-157 enriched in the isotope, and gadolinium-157 enrichment can exceed 70%; cadmium. Filter thickness can range from 0.005 cm to 1.2 cm.

В качестве стартового материала может использоваться Am2О3 или AmO2, разбавленные инертным материалом. Количество америция-241 в одной облучательной сборке, как правило, не должно превышать 110 г.Am 2 O 3 or AmO 2 diluted with an inert material can be used as starting material. The amount of americium-241 in one irradiation assembly, as a rule, should not exceed 110 g.

В случаях, когда необходимо разместить облучательную сборку в первом ряду ТВС отражателя или минимизировать искажение нейтронного поля активной зоны реактора вблизи облучательной сборки, в пространстве между корпусом облучательной сборки и замедлителем нейтронов размещают дополнительно поглотитель тепловых нейтронов. Дополнительный поглотитель нейтронов практически не влияет на проникновение реакторного спектра нейтронов внутрь облучательной сборки, но поглощает нейтроны, замедлившиеся в замедлителе облучательной сборки и выходящие из нее.In cases where it is necessary to place the irradiation assembly in the first row of the reflector fuel assembly or to minimize the neutron field distortion of the reactor core near the irradiation assembly, an additional thermal neutron absorber is placed in the space between the irradiation assembly housing and the neutron moderator. An additional neutron absorber practically does not affect the penetration of the reactor neutron spectrum into the irradiation assembly, but absorbs neutrons that have slowed down and exit the irradiation assembly.

В случаях, когда необходимо оптимизировать нейтронное поле облучательной сборки, размещенной во втором ряду ТВС отражателя, ее окружают сборками, аналогичными облучательной, в которых может отсутствовать стартовый материал.In cases where it is necessary to optimize the neutron field of the irradiation assembly located in the second row of the reflector fuel assembly, it is surrounded by assemblies similar to the irradiation assembly, in which starting material may be absent.

Промышленная применимость изобретения подтверждается результатами модельно-расчетных исследований. Как показывают модельно-расчетные исследования на примере реактора на быстрых нейтронах БН-600, применение предложенного изобретения позволяет в этом реакторе организовать наработку 242mAm в количестве сотен грамм за одну - две микрокомпании при высоком содержании (более 10%) требуемого изотопа в америции.The industrial applicability of the invention is confirmed by the results of model-computational studies. As model and computational studies show on the example of the BN-600 fast neutron reactor, the application of the proposed invention allows arranging 242m Am in this reactor in the amount of hundreds of grams for one or two micro-companies with a high content (more than 10%) of the required isotope in America.

В качестве базы для расчетной модели была принята модель реактора БН-600 в среднестационарном состоянии. На ее основе были выполнены расчеты с облучательным устройством (ОУ), которое размещалось во втором ряду боковой зоны воспроизводства.The model of the BN-600 reactor in the mid-stationary state was adopted as the basis for the calculation model. Based on it, calculations were performed with an irradiation device (OS), which was located in the second row of the lateral reproduction zone.

Расчеты нейтронно-физических характеристик выполнялись по программе TRIGEX (Серегин А.С., Кислицына Т.С. Аннотация комплекса программ TRIGEX-CONSYST-БНАБ-90// Препринт ФЭИ - 2655. 1997) в 26-групповом приближении с учетом выгорания только в зонах ОУ. Так как в расчетах по TRIGEX используется упрощенная версия выгорания, то отдельно использовалась программа CARE (Кочетков А.Л. "Программа CARE-расчет изотопной кинетики, радиационных и экологических характеристик ядерного топлива при его облучении и выдержке"//Препринт ФЭИ 2431. 1995) (ORIGEN-S / O.W.Hermann. R.M.Westfall. ORIGEN-S: SCALE system module to calculate fuel depletion, actinide transmutation, fission product buldup and decay, and Association source terms// NUREG/CR-0200. Revision 4. Vol.2. Section F7. 1995). Порядок расчетов был таким: "TRIGEX - CARE -....CARE". Из расчетов TRIGEX 26-групповые потоки и блокированные сечения подавались в CARE, где вычислялись новые концентрации актинидов для очередного временного шага, которые вновь подавались в TRIGEX. Для тех изотопов, которые не блокируются, одногрупповые сечения получались усреднением 26-групповых потоков на данных библиотеки ABBN-93 (Мантуров Г.Н., Николаев М.Н.. Цибуля А.М. Система групповых констант БНАБ-93. Часть 1. Ядерные константы для расчета нейтронных и фотонных полей излучения.// Вопросы Атомной Науки и Техники. Сер. Ядерные константы, выпуск 1. 1996).The neutron-physical characteristics were calculated using the TRIGEX program (Seregin A.S., Kislitsyna T.S. Annotation of the TRIGEX-CONSYST-BNAB-90 program package // Preprint FEI - 2655. 1997) in the 26-group approximation taking into account burnup only Shelter zones. Since the TRIGEX calculations use a simplified version of burnout, the CARE program was used separately (A. Kochetkov, “The CARE program for calculating the isotope kinetics, radiation and environmental characteristics of nuclear fuel during its irradiation and aging” // Preprint FEI 2431. 1995) (ORIGEN-S / OWHermann. RMWestfall. ORIGEN-S: SCALE system module to calculate fuel depletion, actinide transmutation, fission product buldup and decay, and Association source terms // NUREG / CR-0200. Revision 4. Vol.2 . Section F7. 1995). The calculation procedure was as follows: "TRIGEX - CARE -.... CARE". From TRIGEX calculations, 26-group flows and blocked cross sections were fed to CARE, where new actinide concentrations for the next time step were calculated, which were again fed to TRIGEX. For those isotopes that are not blocked, single-group cross sections were obtained by averaging 26-group flows on the data of the ABBN-93 library (Manturov G.N., Nikolaev M.N. Tsibulya A.M. System of group constants BNAB-93. Part 1. Nuclear constants for calculating neutron and photon radiation fields. // Questions of Atomic Science and Technology. Ser. Nuclear constants, issue 1. 1996).

Результаты модельных исследований приведены на фигурах 3-5. Из них следует:The results of model studies are shown in figures 3-5. From them follows:

1. ZrH2, как замедляющий материал, по сравнению с 11В4С сильно "съедает" нейтронный поток в области мишени и при этом требуется больше времени облучения для достижения оптимальной наработки 242mAm.1. ZrH 2 , as a moderating material, compared to 11 V 4 C, strongly “eats up” the neutron flux in the target region and moreover, it takes more time to irradiate to achieve an optimum operating time of 242m Am.

2. Cd проигрывает Gd, как фильтр тепловой группы. Он замедляет не только тепловую группу, но и надтепловые группы, что уменьшает наработку 242mAm. Наилучший из изотопов гадолиния 157Gd.2. Cd plays Gd like a heat group filter. It slows down not only the thermal group, but also suprathermal groups, which reduces the operating time of 242m Am. The best of the gadolinium isotopes is 157 Gd.

3. Во втором ряду внутренней зоны воспроизводства, используя ОУ с замедлителем из ZrH2 и 11В4С и фильтром из 157Gd, возможны наработка 20-30 грамм 242mAm из 1 кг 241Am. При этом содержание 242mAm в изотопном составе Am будет 13-14%.3. In the second row of the inner reproduction zone, using an op-amp with a moderator of ZrH 2 and 11 V 4 C and a filter of 157 Gd, it is possible to produce 20-30 grams of 242m Am of 1 kg of 241 Am. The content of 242m Am in the isotopic composition of Am will be 13-14%.

4. При размещении в мишени стартового вещества не более 110 г в пересчете на изотоп 241Am остаточное энерговыделение облученной мишени не превышает остаточное энерговыделение отработавшей ТВС зоны среднего обогащения.4. When no more than 110 g is placed in the target starting material in terms of the 241 Am isotope, the residual energy release of the irradiated target does not exceed the residual energy release of the spent fuel assembly of the secondary enrichment zone.

Claims (16)

1. Способ наработки ядер америция-242m в отражателе быстрого реактора, включающий размещение вещества, содержащего ядра америция-241, в отражателе и его облучение нейтронами, отличающийся тем, что спектр нейтронов формируют последовательным пропусканием нейтронов через замедлитель нейтронов и фильтр нейтронов, изготовленный из вещества, поглощающего тепловые нейтроны, при этом в качестве замедлителя нейтронов используют окись бериллия, или карбид бора, обогащенный по изотопу бор-11, или гидриды металлов, а в качестве веществ, поглощающих тепловые нейтроны, используют гадолиний или кадмий.1. A method for producing americium-242m nuclei in a reflector of a fast reactor, comprising placing a substance containing americium-241 nuclei in a reflector and irradiating it with neutrons, characterized in that the neutron spectrum is formed by sequential transmission of neutrons through a neutron moderator and a neutron filter made of matter absorbing thermal neutrons, while beryllium oxide, or boron carbide enriched in the boron-11 isotope, or metal hydrides are used as a neutron moderator, and as substances that absorb lovye neutrons using gadolinium or cadmium. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащение бора по изотопу бор-11 составляет не менее 99%.2. The method according to claim 1, characterized in that the enrichment of boron by boron-11 isotope is at least 99%. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют гадолиний, обогащенный по изотопу гадолиний-157 до величины не менее 70%.3. The method according to claim 1, characterized in that gadolinium is used enriched in the gadolinium-157 isotope to a value of at least 70%. 4. Облучательное устройство для наработки ядер америция-242m в отражателе быстрого реактора, включающее, по крайней мере, одну облучательную сборку, снабженную замедлителем нейтронов с, по крайней мере, одним каналом для протока теплоносителя с размещенным внутри него контейнером с мишенью из стартового материала, отличающееся тем, что в канале для протока теплоносителя контейнер с мишенью из стартового материала помещен в фильтр, выполненный из поглощающего тепловые нейтроны материала, причем в качестве стартового материала использован материал, содержащий ядра америция-241.4. An irradiating device for producing americium-242m nuclei in a fast reactor reflector, comprising at least one irradiation assembly equipped with a neutron moderator with at least one channel for the coolant flow with a container with a target from the starting material inside it, characterized in that in the channel for the flow of coolant, a container with a target from the starting material is placed in a filter made of a material that absorbs thermal neutrons, and used as a starting material material containing americium-241 nuclei. 5. Облучательное устройство по п.4, отличающееся тем, что замедлитель нейтронов выполнен из материала, содержащего ядра бериллия.5. The irradiation device according to claim 4, characterized in that the neutron moderator is made of a material containing beryllium nuclei. 6. Облучательное устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве материала, содержащего ядра бериллия, использована окись бериллия.6. The irradiation device according to claim 5, characterized in that beryllium oxide is used as the material containing beryllium nuclei. 7. Облучательное устройство по п.4, отличающееся тем, что замедлитель нейтронов выполнен из карбида бора, обогащенного по изотопу бор-11.7. The irradiation device according to claim 4, characterized in that the neutron moderator is made of boron carbide enriched in the boron-11 isotope. 8. Облучательное устройство по п.7, отличающееся тем, что обогащение бора по изотопу бор-11 составляет не менее 99%.8. The irradiation device according to claim 7, characterized in that the enrichment of boron by boron-11 isotope is at least 99%. 9. Облучательное устройство по п.4, отличающееся тем, что замедлитель нейтронов выполнен из гидрида металла.9. The irradiation device according to claim 4, characterized in that the neutron moderator is made of metal hydride. 10. Облучательное устройство по п.4, отличающееся тем, что фильтр выполнен из гадолиния.10. The irradiation device according to claim 4, characterized in that the filter is made of gadolinium. 11. Облучательное устройство по п.10, отличающееся тем, что гадолиний обогащен по изотопу гадолиний-157.11. The irradiation device according to claim 10, characterized in that the gadolinium is enriched in the isotope gadolinium-157. 12. Облучательное устройство по п.11, отличающееся тем, что обогащение по изотопу гадолиний-157 составляет величину не менее 70%.12. The irradiation device according to claim 11, characterized in that the gadolinium-157 isotope enrichment is at least 70%. 13. Облучательное устройство по п.4, отличающееся тем, что фильтр выполнен из кадмия.13. The irradiation device according to claim 4, characterized in that the filter is made of cadmium. 14. Облучательное устройство по п.4, отличающееся тем, что толщина замедлителя нейтронов находится в пределах 1,5 - 4,7 см.14. The irradiation device according to claim 4, characterized in that the thickness of the neutron moderator is in the range of 1.5 - 4.7 cm 15. Облучательное устройство по п.4, отличающееся тем, что толщина фильтра находится в пределах 0,005 - 0,12 см.15. The irradiation device according to claim 4, characterized in that the thickness of the filter is in the range of 0.005 - 0.12 cm 16. Облучательное устройство по п.4, отличающееся тем, что масса ядер америция-241 в мишени не превышает 110 г.16. The irradiation device according to claim 4, characterized in that the mass of americium-241 nuclei in the target does not exceed 110 g.
RU2004101709/06A 2004-01-23 2004-01-23 Method for building-up americium-242m nuclei in fast reactor radiator and irradiating device for building-up 242-m americium nuclei RU2261493C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004101709/06A RU2261493C1 (en) 2004-01-23 2004-01-23 Method for building-up americium-242m nuclei in fast reactor radiator and irradiating device for building-up 242-m americium nuclei

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004101709/06A RU2261493C1 (en) 2004-01-23 2004-01-23 Method for building-up americium-242m nuclei in fast reactor radiator and irradiating device for building-up 242-m americium nuclei

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004101709A RU2004101709A (en) 2005-07-10
RU2261493C1 true RU2261493C1 (en) 2005-09-27

Family

ID=35837574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004101709/06A RU2261493C1 (en) 2004-01-23 2004-01-23 Method for building-up americium-242m nuclei in fast reactor radiator and irradiating device for building-up 242-m americium nuclei

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2261493C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3554867A (en) * 1946-08-23 1971-01-12 Atomic Energy Commission Method of obtaining americium
RU2076362C1 (en) * 1994-12-23 1997-03-27 Физико-энергетический институт Fast neutron reactor and radioactive isotopes producing method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3554867A (en) * 1946-08-23 1971-01-12 Atomic Energy Commission Method of obtaining americium
RU2076362C1 (en) * 1994-12-23 1997-03-27 Физико-энергетический институт Fast neutron reactor and radioactive isotopes producing method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y.RONEN e.c. Breeding of 242m Am in Fast Reactor. Proceedings of the 21st Conference of the Nuclear Societies in Israel. May 22-23, 2002, Haifa, Israel. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004101709A (en) 2005-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wakabayashi Transmutation characteristics of MA and LLFP in a fast reactor
RU2645718C2 (en) Method of developing radioactive isotopes in nuclear reactor on quick neutrons
Uguru et al. A comparative study on the impact of Gd2O3 burnable neutron absorber in UO2 and (U, Th) O2 fuels
RU2003191C1 (en) Method of transmutation of isotopes
Chrysanthopoulou et al. Compilation of existing neutron screen technology
Wojciechowski The U-232 production in thorium cycle
Vu et al. Neutronics study on small power ADS loaded with recycled inert matrix fuel for transuranic elements transmutation using Serpent code
Hafez et al. The Effect of burnable absorbers on neutronic parameters of VVER-1200 reactor
RU2261493C1 (en) Method for building-up americium-242m nuclei in fast reactor radiator and irradiating device for building-up 242-m americium nuclei
RU37870U1 (en) IRRADIATION DEVICE FOR OPERATION OF RADIOACTIVE ISOTOPES IN A RAPID REACTOR REFLECTOR
Veretennikov et al. Particle emission from irradiated VVER-1200 fuel with Am burnable absorber
Trellue Reduction of the radiotoxicity of spent nuclear fuel using a two-tiered system comprising light water reactors and accelerator-driven systems
Marshalkin et al. Breeding of 233U in the thorium–uranium fuel cycle in VVER reactors using heavy water
JPH06194477A (en) Nuclear fuel rod
Zuhair et al. Study on Neutronic Behavior of Vver-1000 Fuel Assembly with Duplex Fuel Rod Design
JP2006064678A (en) Reactor fuel assembly arrangement method, fuel rod and fuel assembly
Nabila et al. An attempt to find the optimal loading pattern of minor actinides in the PWR fuel rods
Mustafa Neutronic investigation of enriched gadolinium, natural gadolinium and Zirconium-erbium as burnable poisons in the advanced PWR assemblies by MCNPX code
JPH05232276A (en) Reactor core
Cagnazzo Neutronic modelling of the new TRIGA core and experimental validation
CA2724582A1 (en) Fuel for heavy water reactor or graphite reactor and process for producing the same
RU2212072C2 (en) Method and device for transmutation of radioactive wastes
Tommasi et al. Scenarios for waste management involving innovative systems (ADS)
Algora et al. Fission reactors and decay heat
Weindl Reduction of reactor pressure vessel activation through neutron capture In the biological shield

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080124

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110124