npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562924060277NOFZUSnpe-412Research ArticleРазделение и применение изотопов. Масс-спектрометрияSeparation and Application of Isotopes. Mass SpectrometryАТОМИЗАЦИЯ И ТРАНСПОРТ РАДИОНУКЛИДОВ В ПЛАЗМЕ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЕЗАКТИВАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ЯЭУ И ПЕРЕРАБОТКИ ОЯТATOMIZATION AND TRANSPORT OF RADIONUCLIDES IN A PLASMA FOR ION-PLASMA DEACTIVATION TECHNOLOGY FOR NUCLEAR POWER PLANT EQUIPMENT AND SPENT NUCLEAR FUEL PROCESSINGПетровскаяА. С.PetrovskayaA. S.anita3425@yandex.ruЦыгановА. Б.TsyganovA. B.anita3425@yandex.ruЛаборатория физики плазмы, ООО “ИнноПлазмаТех”РоссияPlasma Application Laboratory, InnoPlasmaTech LLCRussian Federation202425122024156624630Copyright © Петровская А.С., Цыганов А.Б., 20242024Петровская А.С., Цыганов А.Б.Petrovskaya A.S., Tsyganov A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/412

Статья посвящена решению актуальных проблем атомной энергетики: дезактивации и выводу из эксплуатации ядерных энергетических установок (ЯЭУ), “горячих камер”, оборудования для разделения изотопов, переработки отработанного ядерного топлива (ОЯТ) для эффективного замыкании ядерного топливного цикла. Авторами рассматриваются физические принципы ионно-плазменной “сухой” технологии, разрабатываемой для решения указанных проблем, определены рабочие параметры технологии для дезактивации металлоконструкций ЯЭУ, реакторного графита и переработки ОЯТ: давление в потоке газа-носителя 0.1–1 атм., скорость потока инертного газа – носителя 1–10 м/с, плотность тока 1–5 А/см2 при рабочем напряжении 100–1000 В. На примере переработки ОЯТ рассчитываются диапазоны парциальных давлений и температур осаждения элементов ОЯТ в процессе его разделения по элементному составу. В силу различия диапазонов температур конденсации каждого из элементов отработанного топлива демонстрируется очищение урана и плутония от большинства продуктов деления МОКС и СНУП отработанного топлива с чистотой не ниже 99%.

The solution to relevant problems of nuclear power industry such as the deactivation of nuclear power plants, hot cell, equipment for isotope separation, reprocessing of spent nuclear fuel for the effective closure of the nuclear fuel cycle is discussed. The ion-plasma “dry” technology developed to solve these problems is reported. The operating parameters of the ion-plasma technology for decontamination and reprocessing of spent nuclear fuel have been obtained, including inert gas pressure 0.1–1 atm., flow rate of the inert carrier gas 1–10 m/s, and current density 1–5 A/cm2 at the operating voltage of 100–1000 V. Using the example of spent nuclear fuel reprocessing, the ranges of partial pressures and deposition temperatures of spent nuclear fuel elements during the process of its separation according to elemental composition have been calculated. Due to the difference in the condensation temperature ranges of each spent fuel element, purification of uranium and plutonium from most fission products of MOX and SNUP spent fuel with a purity of at least 99% is demonstrated.

сухая дезактивацияметаллоконструкции ядерных энергетических установоквывод из эксплуатациипереработка отработанного ядерного топливаразделение изотоповСНУП и МОКС топливоионное травление-термическое разделение“dry” deactivationmetal elements of nuclear power plantsdecommissioningreprocessing of spent nuclear fuelisotope separationMNUP and MOX fuelion etching–thermal separationИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00321, https://rscf.ru/project/2429-00321/.ReferencesGurau D., Deju R. // Radiat. Phys. Chem. 2015. V. 106 (1). P. 371.Gurau D., Deju R. // Radiat. Phys. Chem. 2015. V. 106 (1). P. 371.Роменков А.А., Туктаров М.А., Карлина О.А. и др. // Патент РФ № 2546981. 2015.Роменков А.А., Туктаров М.А., Карлина О.А. и др. // Патент РФ № 2546981. 2015.Cleaver J., McCrory S., Smith T.E., Dunzik-Gougar M.L. // WM Conf. 2012. Phoenix, Arizona, USA.Cleaver J., McCrory S., Smith T.E., Dunzik-Gougar M.L. // WM Conf. 2012. Phoenix, Arizona, USA.El-Genk M.S., Tournier J.P. // J. Nucl. Mater. 2011. V. 41. P. 193.El-Genk M.S., Tournier J.P. // J. Nucl. Mater. 2011. V. 41. P. 193.Адамов Е., Муравьев Е. // Энергетическая политика. 2021. № 1 (155). С. 34.Адамов Е., Муравьев Е. // Энергетическая политика. 2021. № 1 (155). С. 34.Ковалев Н.В., Зильберман Б.Я., Голецкий Н.Д., Синюхин А.Б. // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2020. № 1. С. 67.Ковалев Н.В., Зильберман Б.Я., Голецкий Н.Д., Синюхин А.Б. // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2020. № 1. С. 67.Шадрин А.Ю., Двоеглазов К.Н., Иванов В.Б., Волк В.И., Шаталов В.В. // ВАНТ. Сер.: Материаловедение и новые материалы. 2014. № 1 (76). С. 69.Шадрин А.Ю., Двоеглазов К.Н., Иванов В.Б., Волк В.И., Шаталов В.В. // ВАНТ. Сер.: Материаловедение и новые материалы. 2014. № 1 (76). С. 69.Смирнов В.П., Самохин А.А., Ворона Н.А., Гавриков А.В. // Физика плазмы. 2013. Т. 39 (6). С. 523.Смирнов В.П., Самохин А.А., Ворона Н.А., Гавриков А.В. // Физика плазмы. 2013. Т. 39 (6). С. 523.Астраханцев Н.В., Бардаков В.М., Во Ньы Зан, Кичигин Г.Н., Лебедев Н.В., Строкин Н.А. // ВАНТ. Сер.:Плазменная электроника и новые методы ускорения. 2010. Т. 4 (7). С. 310.Астраханцев Н.В., Бардаков В.М., Во Ньы Зан, Кичигин Г.Н., Лебедев Н.В., Строкин Н.А. // ВАНТ. Сер.:Плазменная электроника и новые методы ускорения. 2010. Т. 4 (7). С. 310.Антонов Н.Н., Ворона Н.А., Гавриков А.В. и др. // Сб. докл. науч.-техн. конф. ГК “Росатом” − “Замыкание топливного цикла ядерной энергетики на базе реакторов на быстрых нейтронах”. 2021. С. 260.Антонов Н.Н., Ворона Н.А., Гавриков А.В. и др. // Сб. докл. науч.-техн. конф. ГК “Росатом” − “Замыкание топливного цикла ядерной энергетики на базе реакторов на быстрых нейтронах”. 2021. С. 260.Петровская А.С., Кладков А.Ю., Суров С.В., Цыганов А.Б. // ВАНТ. Сер.: Ядерно-реакторные константы. 2018. № 4. С. 185.Петровская А.С., Кладков А.Ю., Суров С.В., Цыганов А.Б. // ВАНТ. Сер.: Ядерно-реакторные константы. 2018. № 4. С. 185.Петровская А.С., Цыганов А.Б., Стахив М.Р. // Патент РФ № 2711292, публ. 16.01.2020.Петровская А.С., Цыганов А.Б., Стахив М.Р. // Патент РФ № 2711292, публ. 16.01.2020.Petrovskaya A.S, Tsyganov A.B., Surov S.V., Kladkov A.Yu // Nucl. Engi. Des. 2022. V. 386. P. 111561.Petrovskaya A.S, Tsyganov A.B., Surov S.V., Kladkov A.Yu // Nucl. Engi. Des. 2022. V. 386. P. 111561.Петровская А.С., Цыганов А.Б., Суров С.В., Блохин Д.А. // Вопросы материаловедения. 2022. № 4 (112). С. 199.Петровская А.С., Цыганов А.Б., Суров С.В., Блохин Д.А. // Вопросы материаловедения. 2022. № 4 (112). С. 199.Petrovskaya A.S., Tsyganov A.B., Blokhin D.A., Kladkov A.Yu. // Proc. Int. Conf. Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). 2023. P. 258. https://doi.org/10.1109/EExPolytech58658.2023.10318722Petrovskaya A.S., Tsyganov A.B., Blokhin D.A., Kladkov A.Yu. // Proc. Int. Conf. Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). 2023. P. 258. https://doi.org/10.1109/EExPolytech58658.2023.10318722Момотов В.Н., Ерина Е.А., Волков А.Ю., Куприянов В.Н., Хамдеев М.И., Тихонов Д.Е., Шадрин А.Ю., Хомяков Ю.С. // Радиохимия. 2022. Т. 64 (1). С. 53.Момотов В.Н., Ерина Е.А., Волков А.Ю., Куприянов В.Н., Хамдеев М.И., Тихонов Д.Е., Шадрин А.Ю., Хомяков Ю.С. // Радиохимия. 2022. Т. 64 (1). С. 53.Момотов В.Н., Ерин Е.А., Волков А.Ю., Куприянов В.Н. // Радиохимия. 2021. Т. 63 (2). С. 160.Момотов В.Н., Ерин Е.А., Волков А.Ю., Куприянов В.Н. // Радиохимия. 2021. Т. 63 (2). С. 160.Колобашин В.М., Рубцов П.М, Ружанский П.А. и др. Радиационные характеристики облученного ядерного топлива. 1983. Москва: Энергоатомиздат.Колобашин В.М., Рубцов П.М, Ружанский П.А. и др. Радиационные характеристики облученного ядерного топлива. 1983. Москва: Энергоатомиздат.Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. 1961. Москва: Изд. Акад. наук СССР.Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. 1961. Москва: Изд. Акад. наук СССР.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.