05:51 08 Grudzień 2019
Przepracowane paliwo jądrowe

W Rosji powstał nowy materiał dla reaktorów jądrowych

© Sputnik . Aleksandr Kondratuk
Świat
Krótki link
4530
Subskrybuj nas na

Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych Uniwersytetu „MIFI” zbadali możliwość wykorzystania izotopomodyfikowanego molibdenu jako alternatywy dla stopu cyrkonu, z którego tworzy się elementy paliwowe i udowodnili, że w ten sposób można poprawić bezpieczeństwo reaktorów jądrowych.

Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie "Chemical Engineering Research and Design".

Energia jądrowa zasadniczo różni się od innych paliw znanych ludzkości ekstremalnym niebezpieczeństwem i złożonością zastosowań. W reaktorach jądrowych wykorzystuje się dwutlenek uranu (UO2) w postaci tabletek o średnicy kilku centymetrów, które są umieszczone w hermetycznie zamkniętych elementach paliwowych.

Oprawy tych elementów paliwa powinny być odporne na korozję, erozję i mieć odporność termiczną, a także nie wpływać na charakter absorpcji neutronów w reaktorze.

Obecnie głównym materiałem oprawy elementów paliwowych w większości komercyjnych elektrowni jądrowych w Rosji są stopy cyrkonu. Mają one dużą odporność na korozję w wodzie i niski przekrój przechwytywania neutronów termicznych (to jest właściwość materiału, charakteryzująca się prawdopodobieństwem oddziaływania cząstki elementarnej — neutronu — z jądrem atomowym). Im niższy przekrój przechwytywania, tym mniej neutrony wpływają na charakterystykę materiału prętów paliwowych.

Jednak, jak się okazało, stopy cyrkonu mają znaczące wady. W szczególności aktywnie reagują z wodą i generują ciepło, wytwarzając wodór i przyspieszając degradację powłoki prętów paliwowych. Jest to spowodowane reakcją cyrkonu w temperaturze powyżej 700 stopni Celsjusza, co jest bardzo niebezpieczne, w przypadku awarii elektrowni jądrowych chłodzonych wodą. To uważa się za główny powód eksplozji w japońskiej elektrowni atomowej Fukushima.

Naukowcy od dawna dyskutują nad możliwością zastąpienia stopów cyrkonu ogniotrwałym metalem molibdenowym. Podobnie jak cyrkon, ma on wysoką odporność na korozję, ale jego przewodność cieplna jest wyższa.

Również z molibdenem wiążą się jednak pewne trudności. W szczególności jego zastosowanie wymaga zwiększenia stopnia wzbogacenia uranu, co powoduje, że proces technologiczny jest znacznie droższy.

Aby rozwiązać ten problem należy zmienić naturalny skład izotopu molibdenu na kaskadzie centryfug gazowych, a mianowicie usunąć pozostałych siedem izotopów i pozostawiając tylko jeden najcięższy izotop (Mo-100), którego przekrój neutronów jest praktycznie taki sam jak cyrkonu.

Ponadto, za pomocą techniki odśrodkowego rozdzielania izotopów można modyfikować izotopy molibdenu tak, że przekrój przechwytywania będzie bliższy lub nawet mniejszy niż w przypadku cyrkonu.

„Badanie to pozwoliło nam uzyskać wszelkie informacje niezbędne do projektowania systemów rozdzielnego umieszczania produkcji na dużą skalę izotopomodyfikowanego molibdenu na bazie istniejącej w Rosji technologii rozdzielania nieuranowych izotopów w centryfugach gazowych” — stwierdza profesor Wydziału Fizyki Molekularnej Uniwersytetu „MIFI” Waletin Borysewicz.

Naukowcy porównali skuteczność kilku kaskadowych schematów separacji izotopów molibdenu z różnymi wymaganiami dla przechwytu neutronów w otrzymywanym produkcie. Prace były prowadzone przy wsparciu Rosyjskiej Fundacji Badań Fundamenalnych we współpracy z Wydziałem Inżynierii i Fizyki Uniwersytetu Tsinghua (Pekin, Chiny).

Wyniki wykazały, że najbardziej skuteczny system separacji może być realizowany przy użyciu albo jednej prostokątnej kaskady (CPM) albo podwójne CPM — w zależności od wartości zadanej przekroju przechwytywania neutronów w uzyskanym izotopomodyfikowanym molibdenie.

Zobacz również:

Amerykańska doktryna jądrowa: Rosja podejmie niezbędne działania
Macron obiecał zmodernizować siły jądrowe Francji
Amerykańscy naukowcy ocenili potencjał jądrowy KRLD
Tagi:
reaktor, paliwo atomowe, elektrownia atomowa, Narodowy Badawczy Uniwersytet Jądrowy MIFI, Rosja
Standardy społecznościDyskusja
Komentarz przez FacebookKomentarz przez Sputnik
  • Komentarz