PRoAtom

(Всего: 0)
от на 23/09/2024

Проблема ядерно-чистого графита
Сложнейшие проблемы атомных реакторов, которые были в 1940-60-х, успешно решены сегодня современными технологиями. Но для старого поколения атомщиков они до сих пор остаются сложнейшими из сложнейших, и в учебниках им уделяется незаслуженно большое внимание.
В 1940-х, для выполнения требований Ферми, требовалось провести глубочайшую очистку графита от примесей бора, редкоземельных элементов, кадмия, серебра. На проблему ядерно-грязного графита наткнулись немецкие ядерщики, и забраковали этот прекрасный дешевый замедлитель нейтронов, который стал фундаментом военного реактор-строения.
Манхэттен решил проблему с помощью глубокой химической очистки графита.
С высоты сегодняшнего понимания ядерных технологий, проблема графита имеет весомость 20%. Поясняю. Чтобы использовать графит для получения 0,03% плутония из природного урана (300 грамм из тонны), в собственном нейтронном потоке цепной реакции деления, необходимо снизить сумму концентрации нейтронных поглотителей до 0,005%. Это 50 ppm (промилле) борного коэффициента или менее. В 1940-х пришлось создавать новые химические отрасли для решения этой проблемы.
Современный способ решения проблемы – использование обогащенного по изотопу урана-235. Чтобы решить проблему грязного графита, требуется уран с обогащением 0,87%.
Чтобы решить проблему нержавеющей оболочки, необходимо поднять обогащение до 1,5%.
Понятно, что во времена Ферми предложение использовать обогащенный уран для реактора выглядело сарказмом, ведь обогащенный уран стоил на порядки дороже плутония. Но сегодня цена работы обогащения упала во многие тысячи раз, и даже в самом простом топливе, в реакторах АЭС, используется уран обогащением до 4,95% (5% и более считается распространением ядерного оружия).
Семикратное обогащение урана-235 не только не устраняет проблему ядерной чистоты материалов, но и требует добавления в топливо эффективных нейтронных поглотителей, которые компенсируют высокую реактивность свежего топлива. Современное топливо содержит 2-3 добавки из редкоземельных элементов и… гафния, того самого, для очистки от которого реакторного циркония раньше строили целые заводы.
С точки зрения химической чистоты, содержание примесей продуктов деления 5% в ОЯТ – это технический концентрат, а не чистый материал. Технически чистый материал квалификации Ч содержит 1-2,5% примесей, квалификация ЧДА – 0,5-1% примесей, квалификация ХЧ – 0,1%. Ядерная чистота – 0,005%, спектрально чистый (электроника) – 1Е-3% - 1Е-5%.
Дементий Башкиров