Ученые Национального Исследовательского Ядерного Университета «МИФИ» (Москва, Россия) совместно с коллегами из Университета Айн-Шамс (Каир, Египет) исследовали возможность применения ядерных отходов в качестве топлива для реакторов. Результаты опубликованы в Annals of Nuclear Energy.
В работающих ядерных реакторах накапливаются так называемые минорные актиниды — долгоживущие радиоактивные изотопы америция, кюрия, нептуния. В настоящее время во всем мире обращение с минорными актинидами, как правило, сводится либо к их отправке хранилища в составе отработанного ядерного топлива, либо к их захоронению в долгосрочных могильниках вместе с продуктами деления.
После захоронения в глубоких геологических структурах минорные актиниды не прекращают выделять радиоактивное излучение и тепло. Таким образом, долгоживущие минорные актиниды (МА) представляют собой проблему для развития ядерной энергетики.
Как рассказал один из авторов исследования, заместитель директора Института ядерной физики и инженерии Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», член правления Ядерного общества России, профессор Георгий Тихомиров, альтернативой захоронению МА может быть их трансмутация («пережигание» в ядерных реакторах).
По словам ученого, такая перспектива рассматривается во многих странах. Трансмутация превращает МА в стабильные нуклиды, короткоживущие продукты деления или полезные трансурановые радиоактивные изотопы, имеющие практическое применение.
Следовательно, трансмутация МА способна снизить объем высокоактивных отходов, а также их тепловыделение и радиотоксичность при долгосрочном захоронении. Кроме того, энергия, выделяемая при трансмутации МА, может использоваться для выработки энергии.
В случае технически удачной реализации этой идеи, МА из опасных отходов ядерной промышленности превратятся в полезное ядерное топливо.
«В ходе исследования нами были проанализированы характеристики трансмутации минорных актинидов в критическом жидкосолевом двухзонном реакторе с расплавленной солью на основе тория (SD-TMSR) и в малом быстром реакторе с расплавленной солью (SMSFR)», — рассказал Георгий Тихомиров.
Как сообщают авторы в своей публикации, они изучали изменение эффективного коэффициента размножения нейтронов и реактивности активной зоны при различных нагрузках минорных актинидов, сдвиг нейтронного спектра, временную эволюцию МА и запасов основных нуклидов, а также коэффициент трансмутации. Результаты показывают, что оба реактора эффективно трансмутируют 237Np, 241Am, 243Am и 243Cm.
Авторы работы заявляют, что в будущем они намерены исследовать и сравнивать радиотоксичность минорных актинидов в зависимости от степени выгорания в реакторах SD-TMSR и SMSFR.
Кроме того, авторы планируют изучить влияние добавления МА на параметры безопасности, включая температурный коэффициент реактивности и эффективную долю запаздывающих нейтронов в обоих реакторах.