Хранение отработанного ядерного топлива. Методы переработки ОЯТ. Перспективные виды ядерного топлива, страница 5

Использование в быстрых реакторов  мононитридного уран-плутониевого  топлива высокой плотности (~ 13г\см³) и теплопроводности (в 10-15 раз большей, чем у оксидов) позволяет принципиально изменить конструкцию и параметры быстрого реактора. Главным здесь является возможность отказа от уранового бланкета, а также,  снижение температурных эффекта реактивности, выгорания и запасов реактивности до безопасных уровней.  Низкая температура топлива предотвращает перегрев и разрушение оболочек твэлов при аварийной потере охлаждения или вводе реактивности. Отказ от уранового бланкета и замена его отражателем (допустим из свинца) делает пустотный эффект реактивности отрицательным и исключает наработку оружейного плутония.

Недостатки:

Недостатком мононитридного топлив аявляется образование экологически опасного углерода-14 по реакции  N(n,p) ¹4С. В будущем в нитридном топливе может быть использован азот, обогащенный азотом-15, что уменьшит количество образующего С-14, приведет к экономии нейтронов и топлива и компенсирует затраты на обогащение азота. 

Состояние технологии изготовления нитридного топлива

В России разрабатываются процессы получения смешанного мононитридного топлива из исходных сплавов урана с плутонием и  их оксидов. Известны альтернативные технологии получения смешанного нитрида из исходных оксидов. На лабораторном уровне показана технологическая возможность получения высокочистого мононитрида из исходных оксидов непрерывным способом. Все выглядит проще при использовании в качестве исходных материалов металлических урана и плутония. В этом случае уменьшается количество применяемого оборудования и повышается производительность процесса. Хорошие результаты получены при спекании в атмосфере азота или аргона при температуре до 1900 С. Проведенные радиационные испытания нитридного топлива в различных исследовательских реакторах показали его высокие эксплуатационные характеристики, совместимость с конструкционными сталями и жидкими металлическими теплоносителями. Создание замкнутого топливного цикла требуют уменьшения водных объемов радиоактивных отходов и  разработки пирохимических (неводных)  процессов регенерации облученного мононитридного топлива. Один из возможных процессов – электрохимическая регенерация в расплавленных солях. В качестве конечного продукта регенерации предполагается получать сплав урана с плутонием.

. В России и Японии продолжаются экспериментальные исследования пироэлектрохимического процесса регенерации мононитридного топлива. Достоинством этого процесса является отсутствие дополнительно вводимых в основной процесс реагентов одноразового применения помимо многократно используемых компонентов электролита, что исключает образование дополнительных отходов. В России для изучения процессов водно-химической регенерации облученного нитридного топлива рассматриваются возможности действующих технологических линий по регенерации оксидного топлива завода РТ-1.

Основная проблема уран-плутониевого топлива – необходимость разработки технологических процессов изготовления твэлов дистанционными методами,  в основном,из-за присутствия достаточно опасного для здоровья плутония.

Этапы топливного цикла быстрого реактора с нитридным топливом.

Топливный цикл  быстрого реактора с нитридным топливом делится на следующие этапы, которые совпадает с этапами замкнутого топливного цикла традиционного  быстрого реактора за исключением цикла воспроизводящих экранов:

-  облучение топлива в реакторе;

-  послереакторная выдержка облученных ТВС и их транспортировка в цех по регенерации;

-  разделка ТВС, извлечение топлива и отделение стальных элементов ТВС;

-  радиохимическая переработка топлива;

-  корректировка топливной смеси;

-  изготовление иопливных таблеток;

-  изготовление твэлов и ТВС;

-  временное хранение;

-   транспортировка  в реактор.

Схема замкнутого топливного цикла на основе нитридного ядерного топлива  приведена на рис.1.