MOX-топливо

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

MOX-топливо (англ. Mixed-Oxide fuel) — ядерное топливо, содержащее несколько видов оксидов делящихся материалов. В основном термин применяется для смеси оксидов плутония и природного урана, обогащённого урана или обедненного урана, которая ведет себя в смысле течения цепной реакции сходно (хотя и не идентично) с оксидом низкообогащенного урана. MOX может применяться как дополнительное топливо для наиболее распространенного типа ядерных реакторов: легководных на тепловых нейтронах. Однако более эффективное использование МОКС топлива — сжигание в реакторах на быстрых нейтронах.[1]

Применение переработки оят и использование выделенного плутония в виде МОКС топлива в тепловых реакторах позволяет снизить необходимость в уране на величину до 30%.

Содержание оксида плутония в MOX составляет от 1,5 до 25-30 весовых %.

Одним из привлекательных свойств MOX-топлива является то, что при его производстве могут утилизироваться излишки оружейного плутония, которые в противном случае являлись бы радиоактивными отходами.[2][3][4]

Также MOX топливо можно получать путем переработки облученного топлива с энергетических реакторов. В процессе переработки из него выделяются изотопы плутония, например, для топлива после достаточно длительной кампании почти две трети приходится на изотопы Pu-239 и Pu-241 (делящиеся в реакторах на тепловых нейтронах), а около трети — Pu-240.[5][6] Из-за столь высокого содержания 240 изотопа, плутоний, полученный путем переработки топлив, не может быть использован для изготовления надежных и предсказуемых ядерных зарядов.[7][8] В то же время МАГАТЭ придерживается консервативных принципов и требует для такого плутония (даже в составе MOX-смеси) столь же высокого уровня защиты, как и для материалов прямого использования (англ. direct use material), например обогащенного плутония, урана-233, высокообогащенного по 235 урана.[9][8][10]

Применение МОКС-топлива в существующих реакторах требует отдельного лицензирования, иногда требуется некоторая доработка реакторов, например, введение большего числа управляющих стержней. Часто МОКС-топливо составляет от трети до половины от всего топлива, так как большие количества требуют значительных изменений или специально спроектированного реактора. Всего четыре блока в США спроектированы на полную загрузку МОКС, три блока System-80 PWR на крупнейшей в стране АЭС Пало-Верде (англ.)русск. (Тонопа, Аризона) и строящийся блок в штате Вашингтон[11]. Ни один реактор в США не имел соответствующей лицензии на 2007 год.[12]

Около 40 реакторов на тепловых нейтронах в Европе (Бельгия, Швейцария, Германия, Франция) имеют лицензию на использование комбинации обычного и MOX топлива[13] и еще 30 находятся в процессе лицензирования. Фактически у многих из них около трети топлива может составляет МОКС, но некоторые могут работать и на 50% МОКС. До Фукусимской катастрофы, Япония планировала начать использование МОКС на трети своих реакторов (изначально - к 2010), и утвердила план по строительству блока ABWR, использующего до 100% МОКС в Ома. От всего используемого ныне ядерного топлива МОКС составляет около 2%[уточнить].[14]

На реакторах на тепловых нейтронах может достигаться 30% выгорание плутония из состава МОКС-топлива.[13]

Плутоний составляет порядка 1% от облученного ядерного топлива. Приблизительное изотопное соотношение: Pu-239 52%, Pu-240 24%, Pu-241 15%, Pu-242 6%, Pu-238 2%. Все они либо делящиеся материалы, либо могут быть превращены в делящиеся в процессе трансмутации, хотя Pu-242 требует трех нейтронов, чтобы стать Кюрием-245.[13]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Crystalline Materials for Actinide Immobilisation. — Imperial College Press, 2010. — P. 198.
  2. Military Warheads as a Source of Nuclear Fuel
  3. U.S. MOX program wanted relaxed security at the weapon-grade plutonium facility - IPFM Blog
  4. Обращение с оружейными ядерными материалами, высвобождаемыми в процессе сокращения ядерного оружия: проблемы и их решение // Тезисы лекции В. И. Рыбаченкова (советник Департамента по вопросам безопасности и разоружения МИД РФ), состоявшейся 4 апреля 2002 г. в Московском физико-техническом институте
  5. Plutonium "burning" in LWRs (англ.). — «Current reprocessed plutonium (fuel burn-up 35-40 MWd/kg HM) has a fissile content of some 65%, the rest is mainly Pu-240.»  Проверено 5 декабря 2013.
  6. PERFORMANCE OF MOX FUEL FROM NONPROLIFERATION PROGRAMS (англ.). — 2011 Water Reactor Fuel Performance Meeting Chengdu, China, Sept. 11-14,, 2011.
  7. Plutonium -> Plutonium and weapons (англ.). World Nuclear Association (March 2012). — «Hence 'weapons-grade' plutonium is made in special production reactors by burning natural uranium fuel to the extent of only about 100 MWd/t (effectively three months), instead of the 45,000 MWd/t typical of LWR power reactors. Allowing the fuel to stay longer in the reactor increases the concentration of the higher isotopes of plutonium, in particular the Pu-240 isotope. For weapons use, Pu-240 is considered a serious contaminant, due to higher neutron emission and higher heat production. It is not feasible to separate Pu-240 from Pu-239. An explosive device could be made from plutonium extracted from low burn-up reactor fuel (i.e. if the fuel had only been used for a short time), but any significant proportions of Pu-240 in it would make it hazardous to the bomb makers, as well as probably unreliable and unpredictable. Typical 'reactor-grade' plutonium recovered from reprocessing used power reactor fuel has about one third non-fissile isotopes (mainly Pu-240)d.»  Проверено 5 декабря 2013.
  8. 1 2 О международном сотрудничестве России в области утилизации избыточного оружейного плутония — справочная информация МИД РФ, 11-03-2001: "оружейный плутоний, характеризующийся весьма высоким (свыше 90 %) содержанием делящегося изотопа PU-239 и малым содержанием изотопа PU-240 (до 5 %). Наличие последнего в больших пропорциях существенно осложняет задачу проектирования надежного боезаряда с заданными характеристиками (номинальная мощность, безопасность при длительном хранении и т. д.) по причине значительного спонтанного нейтронного излучения данного изотопа … «гражданский» плутоний, выделяемый при переработке (репроцессинге) отработавшего топлива ядерных реакторов АЭС и характеризующийся средним соотношением содержания изотопов 239 и 240 60 % к 40 %. … Какие-либо сведения об использовании «гражданского» плутония для изготовления ядерных боезарядов в открытой литературе отсутствуют. … Глоссарий гарантий МАГАТЭ (3) относит любой плутоний.. к материалу прямого использования (ядерный материал, который может быть превращен в компоненты ядерных взрывных устройств без трансмутации или дополнительного обогащения). … "
  9. Plutonium -> Plutonium and weapons (англ.). World Nuclear Association (March 2012). — «The International Atomic Energy Agency (IAEA) is conservative on this matter so that, for the purpose of applying IAEA safeguards measures, all plutonium .. is defined by the IAEA as a 'direct-use' material, that is, "nuclear material that can be used for the manufacture of nuclear explosives components without transmutation or further enrichment". The 'direct use' definition applies also to plutonium which has been incorporated into commercial MOX fuel, which as such certainly could not be made to explode.»  Проверено 5 декабря 2013.
  10. Определение direct use material (англ.) 31. IAEA. Проверено 5 декабря 2013.
  11. "Swords into Ploughshares: Canada Could Play Key Role in Transforming Nuclear Arms Material into Electricity," in The Ottawa Citizen (22 August 1994): "Four existing LWRs in the US (three operational at Palo Verde in Arizona, and one 75 percent complete in Washington State) were designed to use MOX in 100 percent of their cores"
  12. Nuclear Energy: Principles, Practices, and Prospects / David Bodansky. — P. 217. — ISBN 9780387269313
  13. 1 2 3 NDA Plutonium Options, Nuclear Decommissioning Authority, August 2008, <http://www.nda.gov.uk/documents/upload/Plutonium-Options-for-Comment-August-2008.pdf>. Проверено 7 сентября 2008. 
  14. Information from the World Nuclear Association about MOX.

Ссылки[править | править исходный текст]