Металлическое и керамическое урановое топливо. Дисперсные топливные элементы. Плутониевое топливо, страница 6

Рис. 12.4.2  Полные сечения ²³⁹ Рu, ²⁴⁰ Рu и ²⁴¹ Рu при низких энергиях нейтронов

4.  ²⁴⁰ Рu играет очень важную роль в балансе нейтронов реактора с плутониевым топливом. Из-за высокого значения а у ²³⁹ Рu производ­ство ²⁴⁰ Рu на один нейтрон, поглощенный в топливе, более чем в 2 раза больше, чем производство ²³⁶U при захвате нейтронов ядрами ²³⁵U. В то время как ²³⁶U слабо поглощает нейтроны и его накопление незна­чительно уменьшает реактивность, ²⁴⁰ Рu имеет высокое сечение погло­щения нейтронов (240 б), и их поглощение приводит к образованию ²⁴¹ Рu, имеющего высокое значение v, причем его сечение деления зна­чительно больше сечения деления ²³⁹ Рu. При загрузке в реактор топлива с высокой концентрацией ²⁴⁰ Рu (т. е. топлива, которое длительное вре­мя облучалось в реакторе) можно значительно увеличить длительность кампании реактора. ²⁴⁰ Рu в этом отношении значительно более эффек­тивен, чем ²³⁸U, поскольку благодаря существенно более высокому сечению поглощения выгорание ²⁴⁰ Рu, а следовательно, и увеличение реактивности происходят значительно быстрее. При заданном изотопном составе плутониевого топлива для достижения максимальной длитель­ности кампании в качестве дополнительной степени свободы можно использовать геометрические размеры твэлов, поскольку все плутоние­вые изотопы имеют сильные резонансы, и здесь очень существен эффект самоэкранирования.

5.  Как уже отмечалось, кинетика реактора зависит от доли за­паздывающих нейтронов, величина которой для ²³⁹ Рu составляет только 0,0021, в то время как для ²³⁵U она равна 0,0065. Полная доля запазды­вающих нейтронов для плутониевой активной зоны увеличивается, если в составе изотопов плутония присутствует ²⁴¹Рu. Для него эта доля со­ставляет 0,0053. Низкий запас до критичности на мгновенных нейтронах ведет к более строгим ограничениям на допустимые изменения реактив­ности, которые могут возникнуть в аварийных условиях.

Вопрос об использовании плутония для сокращения потребления естественного урана должен решаться с учетом того обстоятельства, что стоимость его извлечения из облученного топлива достаточно высока. Это связано как с высоким уровнем радиоактивности отработанного топлива, так и с высокой токсичностью самого плутония. Удельная ток­сичность ²³⁹Ри более чем в 10⁴ раз выше, чем токсичность ²³⁵U, из-за большей α-активности, а допустимое его содержание в организме в 10⁵ раз меньше из-за тенденции плутония накапливаться в костях. Поэтому не­обходимы очень строгие меры, чтобы не допустить утечку плутония. Необходимо также обеспечить защиту от α-активности высокооблученного плутония, основной вклад в которую дают изотопы ²³⁸Pu, ²³⁹ Рu, ²⁴¹ Рu и ²⁴¹ Am. Кроме того, значительную опасность представляет нейт­ронное излучение при спонтанном делении ²⁴⁰Рu. Дополнительную слож­ность представляет, конечно, необходимость исключения накопления плутония до критической массы на всех стадиях переработки. Ограничение размеров перерабатываемой партии плутония увели­чивает стоимость продукции.

Приложение к разд. 12.4

                  АУК -аммониумуранилкарбонат