3. Трансмутация долгоживущих продуктов отработавшего ядерного топлива

Высокий нейтронный поток реактора ПИК представляет благоприятные возможности для проведения экспериментов по разработке методики трансмутации долгоживущих продуктов деления в ходе замкнутого цикла.

В первую очередь предполагается проведение исследований двойного ядерного топливного цикла.

Методы выделения долгоживущих продуктов в Радиевом институте им.Хлопина в значительной степени разработаны. Методы подготовки выделенных продуктов для облучения (введение в матрицы, удобные для облучения) разрабатываются.

Радиохимический и спектрометрический анализ предполагается выполнять существующими в ПИЯФ и Радиевом институте им.Хлопина методами.

Рассматриваются возможности наблюдения динамики трансмутации методом кристалл-дифракционной спектрометрии, который кратко представлен в описании следующего предлагаемого направления.

Наблюдение динамики трансмутации может сыграть существенную роль в оценке допустимости тех или иных примесей, поведения промежуточных продуктов и оптимизации цикла облучения. Реактор ПИК дает уникальную возможность разработки методов трансмутации нептуния - 237 путем последовательного захвата им двух нейтронов и последующего деления.

4. Динамика накопления осколочных продуктов и продуктов трансмутации делящихся материалов.

В ПИЯФ хорошо развита методика прецизионного измерения g-спектров на кристалл-дифракционном фокусирующем g-спектрометре. Этот прибор позволяет проводить прямые измерения g-спектра твэлов или делящихся мишеней непосредственно из активной зоны или в процессе деления мишени. Метод универсален по массам ядер, не имеет ограничений по времени жизни нуклидов и может быть использован для исследования и контроля изотопного состава топлива в процессе выгорания. Возможно применение метода и для контроля процесса трансмутации, о чем упоминалось в предыдущем направлении 3.

Метод позволяет получить информацию с несравненно большей статистикой, чем при анализе извлекаемых образцов. Он позволяет измерить концентрации короткоживущих ядер.

Кристалл-дифракционный фокусирующий прибор установлен на действующем в ПИЯФ реакторе ВВР-М. На основе уже выполненных первых измерений вносятся исправления и уточнения в широко используемую ядерную базу данных Брукхейвенской Национальной лаборатории США. Это первые в мире измерения такого рода.

Метод прямого измерения g-спектров отдельных мишеней и активной зоны с целью определения и контроля элементного и изотопного состава на кристалл-дифракционном фокусирующем спектрометре может иметь и другие важные применения на реакторе ПИК.

5. Малоактивируемые стали для АЭС

Разработка малоактивируемых сталей для атомной энергетики представляется весьма заманчивым направлением работ. Естественно, такая разработка должна проводиться и проводится в специализированных материаловедческих организациях, а на реакторе ПИК в рамках такой программы можно и целесообразно провести исследования фононных спектров и межатомных потенциалов для намеченных к использованию материалов.

Традиционные исследования

Помимо намеченных в направлениях 1-5 исследований, которые безусловно относятся к пионерским и развивают новые направления в использовании исследовательских реакторов, на реакторе ПИК планируются работы традиционного для исследовательских реакторов плана.

6. В первую очередь это исследования материалов для высокотемпературной сверхпроводимости и их радиационной стойкости. Эти исследования выполняются как на выведенных нейтронных пучках, так и в облучательных каналах и, естественно, в лабораториях. Значительный объем исследований связан с облучением материалов, главным образом - сплавов для ядерных энергетических установок.

7. Облучательные возможности реактора ПИК не так широки, как возможности исследований на выведенных пучках, тем не менее, высокие нейтронные потоки позволяют проводить серьезные исследования.

В активной зоне реактора размещаются образцы для облучения в потоке быстрых нейтронов 10¹⁵ н/см²с. Облучение проводится во внутрикассетных ампулах. Имеющийся опыт совместных работ с ГНЦ "Прометей" на действующем реакторе ВВР-М будет использован и на реакторе ПИК.

В водяной петле (50 ат.) будут проводиться облучения в потоке тепловых нейтронов 4,5·10¹⁵ н/см²с, в газовой гелиевой петле - облучения в потоке быстрых нейтронов 2,5·10¹³ н/см²с в диапазоне температур от 20 К до 800^оС. В настоящее время в петле планируется исследование влияния нейтронного облучения на мартенситные превращения и физико-механические свойства сплавов с памятью формы.

8. В определенной мере к уже традиционным исследованиям можно отнести нейтронографические измерения внутренних напряжений в металлах. В ПИЯФ действует несколько дифракционных приборов хорошего качества на реакторе ВВР-М; несколько приборов такого назначения изготовлены в ПИЯФ и установлены на других реакторах в России и за рубежом.

9. На базе имеющихся каналов и нейтронных потоков можно создать производство по легированию кремния объемом до 60 т/год; диаметр слитков может достигать 200 мм.

10. В ПИЯФ существуют методики нейтронно-активационного анализа, которые можно успешно использовать и развивать на реакторе ПИК.

11. Планируется производство радиоизотопов высокой удельной активности. Особенно важны преимущества высокого потока тепловых нейтронов для получения продукции, получающейся при последовательном захвате ядром-мишенью двух или более нейтронов, например, получения рения-188 в медицинских целях. Для двойного последовательного захвата выход продукта пропорционален квадрату величины потока нейтронов.

При подготовке этих предложений проводились консультации со специалистами целого ряда научно-исследовательских институтов и сотрудниками ПИЯФ. В предложенной программе использованы рекомендации ведущих ученых: П.А.Платонова, Е.П.Рязанцева, В.А.Цыканова, А.А.Римского-Корсакова, М.И.Солонина, А.И.Слуцкера, В.В.Рыбина, А.В.Гулевича, А.В.Пучкова, Ю.В.Конобеева, А.И.Окорокова, В.И.Диденко, В.Т.Лебедева, В.А.Трунова и членов комиссии по исследовательским ядерным реакторам под председательством Н.И.Ермакова.