Методика оценки эффективности трансмутации долгоживущих минорных актиноидов

Долгоживущие минорные актиноиды (МА); америций, нептуний и кюрий являются основными участниками долгосрочной радиотоксичности отработавшего топлива. Таким образом, трансмутация этих МА рассматривается в качестве альтернативы непосредственному захоронению. До настоящего времени не было разработано однозначного международно признанного количественного критерия эффективности трансмутации МА, хотя это было бы весьма желательно. Абсолютное и относительное снижение общей массы МА совершенно неадекватно, поскольку они игнорируют накопление более высоких радиотоксичных долгоживущих МА из трансмутированного нуклида. В данной работе мы предлагаем новый критерий эффективности трансмутации МА в ядерных реакторах и демонстрируем его работоспособность при сравнении двух жидкосолевых реакторах; однофазный двухзонный ториевый жидкосолевый реактор (Single-fluid Double-zone Thorium-based Molten Salt Reactor – SD-TMSR) и маломощный жидкосолевый реактор с быстрым спектром (Small Molten Salt Fast Reactor – SMSFR). Кроме того, предлагаемый критерий учитывает массу всех полезных МА, короткоживущих МА и короткоживущих продуктов деления (ПД). Мы представляем новый подход к загрузке МА в SD-TMSR и SMSFR. Общее изменение массы актиноидов и ПД во время облучения было рассчитано с использованием код SERPENT-2. Результаты показывают, что эффективность трансмутации 241Am, основного кандидата на трансмутацию, в SD-TMSR намного выше, чем в SMSFR. После 1500 дней облучения эффективность трансмутации достигает 82.6% для SD-TMSR, однако для SMSFR достигает 52.5%.

1. Liu B., Jia R., Han R., Lyu X., Han J., Li W. // Ann. Nucl. Energy. 2018. V. 115. P. 116. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2018.01.031

2. Biss K.H., Thomauske B. // Ann. Nucl. Energy. 2018. V. 83. P. 25. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.03.042

3. Yu C., Li X., Cai X., Zou C., Ma Y., Han J., Chen J. // Ann. Nucl. Energy. 2015. V. 85. P. 597. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.06.014

4. U.S. Dept. Energy // Tech. Rep. 2002. P. 48.

5. Rosenthal M., Kasten P., Briggs R. // Nucl. Applications Technol. 1970. V. 8. P. 107. https://doi.org/10.13182/NT70-A28619

6. Ashraf O., Tikhomirov G. // Ann. Nucl. Energy. 2020. V. 148. P. 107751. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107751

7. Ignatiev V., Feynberg O., Gnidoi I., Merzlyakov A., Surenkov A., Uglov V., Zagnitko A., Subbotin V., Sannikov I., Toropov A., et al. // Ann. Nucl. Energy. 2014. V. 64. P. 408. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2013.09.004

8. Rabotnov N. // Tech. Rep. 2002.

9. Li G.C., Cong P., Yu C.G., Zou Y., Sun J.Y., Chen J.G., Xu H.J. // Prog. Nucl. Energy. 2018. V. 108. P. 144. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2018.04.017

10. Ashraf O., Rykhlevskii A., Tikhomirov G.V., Huff K.D. // Ann. Nucl. Energy. 2020. V. 137. P. 107115. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2019.107115

11. Fiorina C., Aufiero M., Cammi A., Franceschini F., Krepel J., Luzzi L., Mikityuk K., Ricotti M.E. // Prog. Nucl. Energy. 2013. V. 68. P. 153. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2013.06.006

12. Leppanen J., Pusa M., Viitanen T., Valtavirta V., Kaltiaisenaho T. // Ann. Nucl. Energy. 2015. V. 82. P. 140. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.08.024