Торий в ядерном топливном цикле
В. И. Бойко, В. А. Власов, И. И. Жерин, А. А. Маслов, И. В. Шаманин
В книге обобщены и систематизированы результаты исследований, выполненных в ведущих российских и зарубежных научных центрах, предметом которых являлись различные стороны вопроса о месте тория в ядерном топливном цикле (ЯТЦ).
Рассмотрены ключевые моменты, определяемые положительными и негативными относительно других ядерных материалов особенностями тория, которые позволяют делать взвешенные оценки эффективности ядерной энергетической технологии на его основе. В их число входят химические свойства тория и его важнейших соединений, основные возможные технологии получения соединений тория и металлургического тория для нужд ядерной энергетики. Рассмотрены физические свойства тория и его соединений с точки зрения их приемлемости по требованиям реакторных технологий и нераспространения ядерных материалов. Рассмотрены базовые положения физики реактора и основные составляющие его расчетных схем. Изложены результаты сравнительного анализа свойств тория и урана. определяющих преимущества и недостатки уран-плутониевого и торий-уранового ЯТЦ, а также информация, позволяющая проводить сравнение параметров ЯТЦ при изменении основных делящихся и сырьевых нуклидов. В заключение приводятся основные технологии переработки облученного ядерного топлива.
Книга будет полезна для специалистов, занятых научными и проектно-технологическими работами по направлению "Ядерная физика и ядерные технологии", а также для студентов старших курсов и аспирантов физико-технических, химико-технологических и экологических специальностей.
ISBN: 5-98191-018-6
Pages: 360
Binder: твердый
Publisher: ИД "Руда и Металлы"
Language: English
Publishing year: 2006
If you want order this book, you shold send your request to the books@rudmet.com.
Оглавление:
Предисловие
Глава 1. Ядерные топливные циклы. Общие положения
1.1.Основные звенья цикла
1.2. Базовые типы ядерных топливных циклов
1.2.1. Уран-плутониевый топливный цикл
1.2.2. Рециркуляция плутония или смешанный уран-плутониевый ЯТЦ
1.2.3. Уран-ториевый ЯТЦ
1.3. Ядерный топливный цикл как энергетическая технология
1.4. Материалы, используемые в ядерных топливных циклах
1.5. Обогащение топлива
Литература к главе 1
Глава 2. Торий в природе
2.1. Распространенность тория в природе, его минералы
2.2. Геохимические особенности тория. Типы месторождений
2.3. Краткая характеристика сырьевой базы тория в России
Литература к главе 2
Глава 3. Химические свойства тория и его соединений
3.1. Химические свойства тория
3.2. Важнейшие химические соединения тория
3.2.1. Диоксид тория
3.2.2. Гидроксид тория
3.2.3. Галогениды тория
3.2.4. Нитраты тория
3.2 5. Сульфаты тория
3.2.6. Фосфаты тория
3.2.7. Оксалаты тория
3.2.8. Карбонаты тория
Литература к главе 3
Глава 4. Технология получения соединений тория
4.1. Обогащение торийсодержащих руд
4.1.1. Обогащение коренных руд
4.1.2. Обогащение монацитовых песков
4.2. Переработка монацитовых концентратов
4.2.1. Сернокислотный метод (метод сульфатизации)
4.2.2. Щелочной метод
4.3. Извлечение тория из других видов сырья
4.3.1. Щелочно-кислотное разложение концентратов редких металлов
4.3.2. Разложение титано-тантало-ниобатов
4. 4. Методы очистки химических концентратов тори
4.4.1. Метод ступенчатой нейтрализации
4.4.2. Метод селективного осаждения гидратированного сульфата тория
4.4.3. Метод селективного осаждения и растворения оксалата тория
4.4.4. Метод экстракционной очистки соединений тория
4.5. Получение диоксида тория
4.6. Получение галогенидов тория
4.6.1. Безводный тетрафторид
4.6.2. Безводный тетрахлорид
Литература к главе 4
Глава 5. Получение металлического тория
5.1. Металлотермические методы
5.1.1. Восстановление диоксида тория кальцием
5.1.2. Восстановление тетрафторида тория кальцием
5.1.3. Восстановление тетрахлорида тория магнием
5.2. Электролитический метод получения тория
5.2.1. Электролиз фторида тория
5.2.2. Электролиз хлорида тория
5.3. Йодидный метод рафинирования тория
5.4. Методы получения компактного тория
5.4.1. Порошковая металлургия тория
5.4.2. Плавка и литье тория
Литература к главе 5
Глава 6. Торий для ядерных энергетических установок
6.1. Свойства тория
6.1.1. Ядерные, физические и теплофизические свойства
6.1.2. Механические свойства
6.2. Материалы на основе тория
6.2.1. Чистый торий
6.2.2. Металлические сплавы
6.2.3. Керамические соединения тория
6.3. Радиационные эффекты
6.3.1. Влияние облучения на металлический торий и его сплавы
6.3.2. Влияние облучения на смешанные керамические соединения
6.4. Коррозионные эффекты
6.5. Радиоактивный распад в торий-урановом топливном цикле и его влияние на радиационную обстановку
6.5.1. Продукты распада 232U и 228Th
6.5.2. Содержание продуктов деления и радиоактивного распада в регенерированном торий-урановом топливе
6.5.3. Вопросы безопасности при работе с торийсодержащим ядерным топливом
6.6. Сравнение свойств ядерного топлива на основе урана и тория
6.6.1. Оксидное топливо
6.6.2. Карбидное топливо
6.6.3. Металлическое топливо
6.7. Нейтронно-физические аспекты обращения с уран-ториевыми и плутоний-ториевыми сплавами
6.7.1. Необходимое условие самопроизвольного деления смеси основных делящихся нечетно-четных нуклидов с сырьевым четно-четным нуклидом 232Th
6.7.2. Определение времени торможения и конечной энергии нейтрона в тяжелой размножающей среде
6.7.3. Критические размеры в средах: c235U(1 - c)232Th и c239Pu(1 - c)232Th
6.7.4. Результаты расчетов
Литература к главе 6
Глава 7. Ядерная энергетическая установка
7.1. Общие сведения
7.2. Выделение энергии при делении
7.3. Вероятность процесса деления
7.4. Коэффициент деления
7.5. Замедление нейтронов
7.6. Нейтронный цикл
7.7. Утечка нейтронов и критические размеры
7.8. Использование топлива
7.9. Ядерное топливо
7.10. Физика нейтронов в реакторе
7.10.1. Коэффициент размножения в мультиплицирующей системе
7.10.2. Жизненный цикл нейтронов
7.10.3. Эффективный коэффициент размножения в мультиплицирующей системе
7.11. Нейтронно-физический расчет реактора
7.11.1. Задачи нейтронно-физического расчета
7.11.2. Схема нейтронно-физического расчета
7.11.3. Структура нейтронно-физического расчета
7.11.4. Процедура гомогенизации и определение эффективных параметров ячейки (модуль 3)
7.11.5. Подготовка одногрупповых и двухгрупповых констант для расчета реактора в целом (модуль 4)
7.11.6. Определение эффективного коэффициента размножения (модуль 5)
7.11.7. Расчет параметров системы борного регулирования (модуль 6)
7.11.8. Определение длительности кампании реактора (модуль 8)
7.11.9. Оценочный расчет коэффициента размножения k∞
Литература к главе 7
Глава 8. Ядерно-физические параметры ториевого и уранового циклов в сравнении
8.1. Размножающие свойства делящихся элементов уран-ториевого и уран-плутониевого циклов
8.2. Ядерно-физические параметры тория и урана-238
8.3. Размножение на быстрых нейтронах
8.4. Ядерно-физические характеристики нуклидов, накапливающихся в процессе облучения
8.5. Накопление продуктов деления
8.6. Накопление протактиния-233 и нептуния-239
8.7. Выход запаздывающих нейтронов и энергии при делении
8.8. Характеристики ториевых систем на тепловых и промежуточных нейтронах
8.9. Расчеты нуклидного состава и характеристик, связанных с выгоранием топлива, образованием продуктов деления и актиноидов
8.9.1. Радиоактивные выбросы АЭС в нормальном режиме работы
8.9.2. Выгорание ядерного топлива
8.9.3. Шлакование реактора
8.9.4. Расчет реактора в конце кампании
8.10. Сечения для нейтронов тепловых энергий, факторы Вескотта, резонансные интегралы и средние сечения радиационного захвата нейтронов для энергии 30 кэВ
8.10.1. Фактор Вескотта (gw)
8.10.2. Резонансный интеграл
8.10.3. Средние сечения радиационного захвата нейтронов
Литература к главе 8
Глава 9. Открытый торий-плутониевый ядерный топливный цикл на базе серийных легководных реакторов
9.1. Опыт использования оружейного плутония и тория в ядерных энергетических установках
9.2. Организация торий-плутониевого ядерного топливного цикла на базе серийного ВВЭР-1000
9.2.1. Передвижение топлива в радиальном направлении
9.2.2. Последовательность вычислений
9.2.3. Интегральные параметры кампании
9.3. Оптимизация схем загрузки и перемещения топлива, баланс актиноидов в торий-плутониевом ядерном топливном цикле на базе серийного легководного реактора
9.3.1. Существо проблемы и путь ее решения
9.3.2. Алгоритм построения оптимальной схемы перемещения топлива
9.3.3. Перестановки тепловыделяющих сборок
9.3.4. Баланс актиноидов при движении топлива
9.3.5. Содержание актиноидов в облученном топливе
9.4. Смешанная загрузка легководного реактора под давлением, организация открытого торий-плутониевого ядерного топливного цикла
9.4.1. Состояние исследований
9.4.2. Методика и особенности численного эксперимента
9.4.3. Схема смешанной загрузки
9.4.4. Схема перемещения топлива
9.4.5. Параметры первых кампании и цикла выгорания (неустановившийся режим движения топлива)
9.5. Дефицит запаздывающих нейтронов в маневренном режиме реактора ВВЭР с плутоний-ториевой загрузкой
9.5.1. Методика анализа, регламенты изменения реактивности и мощности
9.5.2. Решение прямой и обратной задач
9.5.3. Смешанная ториевая загрузка (Th, Pu)O2 + (Th, 235U)O2
Литература к главе 9
Глава 10. Переработка облученного ядерного топлива
10.1.Состав облученного ядерного топлива
10.1.1. Накопление актиноидов
10.1.2. Нуклидный состав продуктов деления
10.1.3. Выдержка облученного ядерного топлива
10.2. Транспортировка облученного ядерного топлива
10.3. Облученное топливо в разных вариантах циклов
10.3.1. Топливный цикл с однократным использованием урана
10.3.2. Уран-плутониевый топливный цикл
10.3.4. Торий-урановый топливный цикл
10.4. Хранение облученного ядерного топлива
10.5. Переработка торийсодержашего облученного ядерного топлива
10.6. Отходы от переработки облученного ядерного топлива
10.6.1. Газообразные отходы
10.6.2. Жидкие отходы
10.6.3. Твердые отходы
10.6.4. Органические отходы
10.7. Долговременное хранение отходов
10.8. Хранение жидких высокоактивных отходов в резервуарах
10.9. Возможность окончательного удаления высокоактивных отходов из биосферы
10.10. Удаление в геологические формации
10.10.1. Отверждение жидких высокоактивных отходов
10.10.2. Герметизация отходов перед направлением на вечное хранение
10.10.3. Свойства геологических хранилищ
Литература к главе 10
Заключение
