Мы думаем о Настоящем, Прошлом и Будущем
Список форумов Форум АЭС специалистов с  осколков СССР

Форум АЭС специалистов с осколков СССР

АЭС проблемы из первых рук Операторы. Техники. Исследователи О радиации. Надёжности. Прошлом и Будущем
 
 FAQFAQ   ПоискПоиск   ПользователиПользователи   ГруппыГруппы   РегистрацияРегистрация 
 ПрофильПрофиль   Войти и проверить личные сообщенияВойти и проверить личные сообщения   ВходВход 

Прикованный к атомной галере имеет право знать правду о пробоинах в Корабле Предупредить, когда увидел рифы, почувствовал приближение бури
Изотопно-смещенные фантазии для любопытных.О цирконии 90

 
Начать новую тему   Ответить на тему    Список форумов Форум АЭС специалистов с осколков СССР -> 1405 Физики иногда тоже шутят
Предыдущая тема :: Следующая тема  
Автор Сообщение
Jarra
Site Admin

   

Зарегистрирован: 20.01.2013
Сообщения: 216
Откуда: Afrika AEZSansibar

СообщениеДобавлено: Сб Апр 20, 2019 8:49 pm    Заголовок сообщения: Изотопно-смещенные фантазии для любопытных.О цирконии 90 Ответить с цитатой



URL:

Изотопно-смещенные фантазии для любопытных.
О цирконии 90


Как Россия станет монополистом в производстве циркония 90



Этот странный термин - «изотопно-смещенные материалы» вне круга посвященных лиц всплывает не часто.


В конце августа он снова прозвучал на совещании с участием аж двух вице-президентов ТВЭЛа одновременно.


Озвучил его один из руководителей группы Новоуральского научно-конструкторский центра Сергей Геннадьевич Хомяков.









Так что, когда в один из сентябрьских дней он согласился поменять бизнес-ланч на беседу о перспективах развития ННКЦ и Новоуральского научно-производственного кластера, я задал вопрос в лоб.

-Что, и золото можно сделать?!
- Ну конечно. Берешь ртуть 196Hg, помещаешь ее в ядерный реактор , дзынь и достаешь 197Au…

Если быть точным, то на бумаге это выглядит так:

196Hg + n = 197Hg* + ?

197Hg* + e- = 197Au.



Это еще в 1947 году сделали.
Но сейчас это неинтересно.

- Как неинтересно?! Это же ЗОЛОТО!!! – я откинулся на спинку дивана и озадаченно посмотрел на собеседника.




Сергей Геннадьевич казался несколько раздосадованным тем, что разговор про изотопно-смещенные материалы свернулся к такой банальной вещи, как золото.

- Потому как дорого и… дорого.
И вообще, о каком золоте можно говорить, когда есть такие замечательные, я бы сказал, удивительные вещи,

как цирконий -90, свинец-207, да тот же моноизотопный кремний.
Вот где настоящий Клондайк!





- Свинеец? – теперь настала моя очередь сделать недоумённое лицо.
В некоторой растерянности я перевел взгляд на окно.

Там, борясь с собственным трафиком, кипела жизнью небольшая офисная улица.
Аккуратные двухэтажные здания, построенные вплотную друг к другу, образовывали две неприступные «крепостные стены», надёжно огораживая от внешнего мира то, что в журналистской среде фигурирует под штампом «ядерный щит страны».

Целый промышленный город со своими улицами и площадями, километровыми цехами и подземными туннелями, крупнейшее не то, что в стране, в мире разделительное ядерное производство, Уральский Электрохимический комбинат.

Сверхтехнологии, суперсекретность, обогащенный уран… а тут, какой-то банальный свинец.

- Ну свинец свинцу рознь,
– видимо заметив мой скепсис продолжил собеседник
от 204-го до 208-го,

причем последнего больше половины, а в некоторых рудах его концентрация и до 99% доходит.

И чем же интересен свинец для нашей атомной отрасли?
А тем, что используется как теплоноситель в атомных реакторах.


И в чем там основная проблема?
Вот там этих основных проблем несколько.


Во – первых, температура плавления и коррозия.

Для того, чтобы свинец оставался жидким и работал как теплоноситель, он не должен остывать ниже 327 градусов цельсия.

А поддержание данной температуры при любых возможных ситуациях, это серьезная технологическая проблема .

Приплюсуем к этому угрозу коррозии, зашлаковывания и образование радиогенных свинцов, висмутов и полония.

Но стоит природный свинец заменить на стабильный изотоп 206, и реактору станет дышать гораздо легче
- образование радиогенных элементов изменяются значительно.

Попадая в активную зону,природный свинец получает такую мощную дозу излучения,
что на выходе он уже не совсем свинец, а частично висмут.


Но и с висмутом проблем еще нет.
Дело в том, что у теплоносителя цикл замкнутый, а значит, висмут снова попадает в реактор, и облучившись, превращается в полоний,
а вот это уже проблема.




Ядовитей вещество трудно себе представить, а значит, его утилизация влетает в большую копеечку.

Запустив в реактор свинец 206, про образование в теплоносителе полония и других опасных радиогенных элементов можно забыть.

Риск запроектных аварий тоже нельзя сбрасывать со счетов, так что использование высококипящего (Ткип=2024 К),
радиационно - стойкого и слабо активируемого свинцового теплоносителя,

химически пассивного при контакте с водой и воздухом
позволяет осуществлять теплоотвод при низком давлении.

И исключает пожары, химические и тепловые взрывы при разгерметизации контура, течах парогенератора и любых перегревах теплоносителя.



Теперь возьмем Свинец 208, практически "прозрачный" - с малым сечением захвата нейтронов.

Он уже планируется использоваться в реакторах на быстрых нейтронах -выжигателях актинидов.

При его использовании, КПД реактора -выжигателя повышается на 25%! Также Свинец 208 может использоваться в уникальных приборах - спектрометрах.

Дальше на очереди свинец 207.
Из всех своих собратьев-изотопов он отличается наибольшим сечением захвата нейтронов.

В плане радиационной безопасности трудно найти лучшую защиту, а значит ее можно делать меньше, тоньше и легче, что для космических аппаратов,

реакторов подводных лодок и ледоколов очень актуально.

Ну и, наконец, свинец 204.

Изотоп примечателен тем, что он наиболее удален от радиогенного изотопа свинца 210
(его содержание в рудах ничтожно мало) и соответственно содержание его в качестве микропримеси при разделении на каскаде ГЦ будет минимальным из-за большой (максимальной) разности масс между изотопами 210 и 204.

Поэтому, альфа-излучение свинца 210 в качестве примеси в свинце 204 стремится к нулю.

Нет альфа-частиц – нет сбоев в работе электронных схем.
Для производителей электроники, это просто мечта, а не материал.

И его потребность для изготовления одних только процессоров оценивается в 300 тонн в год!

По закону подлости - его в природе очень мало, всего – 1.4%.


Но вернемся к нашим реакторам.

Практически все внутрикорпусные устройства изготавливаются из циркония,
вернее, его сплавов Э110 и Э635.


Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов и высокую температуру плавления.

Но и он не без греха.
Так же, как и в ситуации со свинцом, цирконий под воздействием радиации внутри реактора имеет неприятную способность превращаться из циркония 92

в радиоактивный цирконий 93 с периодом полураспада 1,53 млн. лет.

Когда из активной зоны достают отработавшие свое «сборки», то оснастка «фонит» по бета-излучению на 200-300 ПДУ (предельно допустимый уровень радиационного излучения).

Ну и куда его потом девать?
Туда, откуда и взяли – в мать сыру-землю на веки вечные.
Так никакого циркония не напасёшься.

А вот если в конструкции ТВС (тепловыделяющей сборки) использовать только изотоп цирконий 90,
то получим весьма долгоиграющий материал.

Внутри реактора он вначале перейдёт в цирконий 91, потом в цирконий 92,
и только потом - в 93-й изотоп.
Да и то - не факт.

Вероятность того, что в один и тот же атом три раза попадет нейтрон, да еще с поглащением, крайне мала.





Поэтому цирконий можно использовать вновь и вновь.
Экономия денег просто огромная.

Ну и про сечение захвата давайте упомянем.
Тепловые нейтроны пролетают сквозь него без задержек и нагревают теплоноситель, а не сборку.

Топливо равномерней выгорает, сами ТВС меньше деформируются, тех же высокоактивных отходов меньше в 5-10 раз -
и это уже громадная экономия.

Сергей Геннадьевич сделал паузу, ожидая мою реакцию.
- Звучит это конечно крайне заманчиво, но только вот главный вопрос остался открытым –

КАК? Как получить это цирконий 90 или 206-й свинец?

- Так это вообще не вопрос.
А как мы обогащенный уран получаем?
Вот же,
– Сергей Геннадьевич кивнул в сторону окна – целый завод стоит.

Круглые сутки только и делает, что 235 уран от 238-гоотделяет.

Что уран, что цирконий, все одно – металлы.
Достаточно превратить металл в подходящее "летучее" вещество", загнать его в каскад центрифуг, и

отделить тяжелые изотопы от легких
- эту задачу мы решили еще 50 лет назад.

Сейчас вообще уникальная ситуация сложилась, и если удастся ей воспользоваться,

то мы захватим весь мир, хоть и в узком производственном сегменте, но с мощным потенциалом, соизмеримым даже с мировым рынком урана.

При этом, данные материалы востребованы и после первого удачного опыта их применения

потребность в них может резко возрасти.





Вот давайте разложим все по полочкам.
Если смотреть на изотопно-смещенные материалы как на продукт, то будет видно видим, что потенциальная потребность в них есть,

а вот рынка, как такового, нет.

Почему не используют эти металлы до сих пор - потому что никто не производит в промышленных масштабах
(требуемые объемы десятки, сотни, тысячи тонн).

Спрашивается, почему не производят и не производили?

Потому что все разделительное производство занято под разделение урана.

И вот тут мы имеем так называемое «окно возможности», когда в нашу пользу играют сразу несколько обстоятельств.

Мы обладаем уникальными технологиями центрифужного разделения изотопов, и у нас высвобождаются мощности под производство чего-то еще, кроме урана.

Совсем недавно мы откупоривали шампанское по поводу запуска в производство центрифуг девятого поколения.









А «девятка» не просто лучше, чем предыдущие поколения, она имеет производительность лучшую в разы.

Это значит, что установив в цепочку одну «девятку», мы безболезненно, сможем вывести даже не одну «семерку», а поболее.

А ведь «семерки» еще способны работать и работать.

С точки зрения технологии нам разницы нет, что уран обогащать, что свинец обеднять.

Сейчас изотопы, о которых мы говорили выше, производятся в лабораторных условиях в мизерных количествах, в считаных граммах.

Естественно, что их цена имеет астрономические масштабы.
Мы же говорим о производстве сотен тонн на готовых площадях, с оборудованием и обученным персоналом!

Не стоит, думаю, объяснять, как это скажется на себестоимости продукции.

Выйдя на рынок, а вернее создав этот рынок, мы станем и законодателями, и монополистами.

Даже если конкуренты решатся броситься вдогонку, им придется либо высвобождать мощности от урана
(на чем тогда их АЭС будут работать – непонятно),
либо строить новые производства с нуля (а это большие капиталовложения, которые будут влиять на стоимость продукта)!

Ну вот, как-то так, – Сергей Геннадьевич потянулся к чашке с уже остывшим кофе, – а вы говорите «золото».

Грустный
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
Показать сообщения:   
Начать новую тему   Ответить на тему    Список форумов Форум АЭС специалистов с осколков СССР -> 1405 Физики иногда тоже шутят Часовой пояс: GMT + 3
Страница 1 из 1

 
Перейти:  
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Знать. Уметь. Предвидеть. Работать с Атомом без права на риск.


Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Вы можете бесплатно создать форум на MyBB2.ru, RSS