?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Относительно недавно Росатом опубликовал небольшую новость о начале проектирования комплекса для производства изотопа Mo на базе растворных реакторов. Комплекс с двумя реакторами малой мощности планируется построить в ЮАР.


Новость интересна сразу с трех сторон - во-первых самой давно продвигаемой технологии получения осколочных (осколков деления урана) изотопов на растворных реакторах, во-вторых правильным методом продвижения "бумажных" реакторов в жизнь и в-третьих примером наиболее реалистичного подхода к проникновению на рынок новых стран.

Растворный реактор Aqueous homogeneous reactor в лаборатории Oak Ridge, работал в 70х годах.

Растворные реакторы - это такой предельный случай ядерных реакторов с тепловым спектром нейтронов, где топливо (какая-то соль урана или плутония) равномерно перемешано в объеме теплоносителя/замедлителя. В силу этого реактивность установки очень сильно зависит от концентрации урана в теплоносителе и от температуры последнего, причем имеет узкий пик как по концентрации, так и по температуре. С одной стороны получается, что такой реактор практически невозможно сделать мощным т.к. активное тепловыделение приводит к появлению зон с разной температурой и плотностью, реактивность упадет и реактор заглохнет.  С другой стороны при правильном подборе характеристик получается очень простой (бак с раствором урана внутри отражателя и конденсатор, возвращающий испаряющуюся воду над ним + один движущийся стержень-поглотитель в центре) и надежный (глохнущий при нагреве выше заданной температуры) аппарат.

Растворные реакторы лет 50 назад получили распространения как импульсные источники нейтронов/гамма-излучения, т.к. технически это самая простая схема импульсных реакторов (сравните с ACRR или ИБР-2). Кстати, в индустрии, работающей с растворами урана такие "реакторы" периодически возникают нештатно, приводя к авариям и переоблучениям, есть довольно подробный документ с описанием подобных происшествий - от demon core Злотина до "ведра с ураном" в 1999 году в Японии. После перехода к более реакторным импульсным источникам нейтронов с более традиционной реализацией активной зоны (и с бОльшей нейтронной яркостью) растворные реакторы практически везде были закрыты в силу потери смысла существования.



Схематичное изображение ИБР-2, интересного использование двух вращающихся отражателей - их совмещение напротив активной зоны дает вспышку нейтронов, которая отводится по нейтроноводам к научным станциям.

Однако если взять производство 99Mo (который является источником медицинского изотопа технеция 99mTc, подробнее про это), здесь растворные реакторы имеют одно важное теоретическое преимущество. В традиционном реакторе основную часть активной зоны заполняют топливом, и только небольшая часть кассет - мишени, при этом по сути и топливо и мишени - это 235 уран. Использовать топливо как мишень мешает дороговизна рефабрикации - ведь ТВС реактора для добычи осколочного молибдена  растворяют в кислоте или щелочи, элементы сортируют химическим способом, и превратить эти растворы обратно в ТВС не так-то просто. В случае растворного реактора, очевидно, у нас выпадает как растворение ТВС, так и сложности с обратным превращением их в топливо - т.е. в растворном реакторе мишенью работает вся активная зона. Получается, что для той же производительности нужно примерно в 100 раз меньшая мощность (= расход урана, размеры, сложность и стоимость) реактора.



Рисунок-схема работающего и сегодня растворного реактора "Аргус", расположенного в Курчатовском институте. На базе него сделан проект, который был предложен ЮАР.

По сути процесс производства 99Mo для растворной установки выглядит так: 5 дней реактор работает на мощности, и нарабатывает продукты деления, затем сутки отстаивается для распада наиболее короткоживущих осколков, затем активная зона прокачивается через селективный сорбент, на котором оседает только молибден. Колонку сорбента перевозят в горячую камеру производителя генераторов технеция, где молибден извлекается, дополнительно очищается и заряжается в генераторы. Мощность реактора-производителя при этом не превышает десятков киловатт, объем активной зоны - пару сотен литров. Производительность реактора составляет (для мощности в 50 кВт) примерно 250 кюри в неделю, что хватает на заправку нескольких сотен генераторов.


Вот так выглядит установка для переочистки молибдена в горячей камере, интересно как происходит отмывка всех этих колб и холодильников после работы.

Разумеется есть и сложности. Во-первых традиционный исследовательский/изотопный реактор более универсален - здесь можно получать не один изотоп, а много параллельно, как это происходит на реакторах НИИАР, например. Во-вторых технология извлечения молибдена и только молибдена из раствора, где плавает уран и примерно 70 продуктов его деления не так проста и пока продемонстрирована только в лабораторном масштабе.

И здесь у Росатома очень хорошо сошлись звезды - наличие растворного реактора "Аргус" в Курчатовском институте и работающих с ним специалистов (которые и предложили и проверили технологию получения молибдена), желание южноафриканской компании Nesca Soc развивать бизнес по производству генераторов технеция (для которых нужен молибден 99), желание завязать связи на перспективном для атомной энергетике рынке ЮАР.

В то же время этот пример показывает, как именно "бумажные" реакторы должны преодолевать технические и лицензионные барьеры - начинать надо не с проектов энергетических реакторов на десятки и сотни мегаватт, а с попыток найти какое-то применение для, по сути, исследовательской установки. Хотя каких-то перспектив для растворных реакторов, кроме как производство осколочных изотопов (кроме технеция предлагается еще один изотоп - стронций 89, который используется для терапии рака костей) пока не просматривается, "распечатывание" еще одной атомной технологии не может не радовать.

Comments

( 28 comments — Leave a comment )
Жора Весёлый
Jun. 4th, 2017 02:57 pm (UTC)
Да, молодцы ребята, из Росатома, экспериментировать будут на "кроликах" из ЮАР. А там, глядишь и до России очередь дойдёт.
mamay69
Jun. 4th, 2017 06:06 pm (UTC)
Похоже, Жора, что ты невнимательно прочел статью. В России подобный реактор работает с 1981 года.
affidavid
Jun. 4th, 2017 06:18 pm (UTC)
Кажется бесперспективной затеей - все проблемы обычных реакторов без их универсальности. Вообще, 99Мо можно и нужно делать без всяких реакторов.
tnenergy
Jun. 4th, 2017 06:38 pm (UTC)
>Кажется бесперспективной затеей - все проблемы обычных реакторов без их универсальности.

Далеко не все, особенно если оставаться на уровне 50-100 кВт:

1. Проблем с выгоранием и радиационным распуханием нет
2. Проблем с потерей охлаждения нет
3. Реактивностная авария невозможна, т.к. у реактора очень большие отрицательные мощностные и тепловые коэффициенты реактивности.

>Вообще, 99Мо можно и нужно делать без всяких реакторов.

Пока экономически сравнимого варианта не придумали, хотя все эти активационные методы активно пытаются продвигать.
affidavid
Jun. 4th, 2017 07:09 pm (UTC)
Насколько я понимаю, то проблемы в выгоранием и охлаждением для нормальный исследовательских реакторов невелики. А вот специально делать реактор для 99Мо выглядит сомнительно. Если посчитать стоимость ускорительного 99Мо супротив постройки, эксплуатации и охраны нового специализированного реактора плюс дорогостоящая радиохимия, то ускорители должны вуиграть без проблем.
tnenergy
Jun. 4th, 2017 08:13 pm (UTC)
>Насколько я понимаю, то проблемы в выгоранием и охлаждением для нормальный исследовательских реакторов невелики.

Смотря для каких реакторов. Для 150 мегаваттных Jules Horowiz и МБИР еще как серьезны - и организация и обоснование безопасности как у взрослых.

>А вот специально делать реактор для 99Мо выглядит сомнительно.

Сомнительно строить установку а-ля BR2 или Osiris или канадский реактор (NRU кажется, запамятовал) - там прайс пойдет на сотни миллионов. Но если уж исследовательский реактор строится, как OPAL, например, то нагрузить его задачей производства молибдена - милое дело.

И опять же, 50-кВт пассивно охлаждаемый бак - это совершенно не те деньги. Тут можно уложится в несколько десятков миллионов долларов.

>Если посчитать стоимость ускорительного 99Мо супротив постройки, эксплуатации и охраны нового специализированного реактора плюс дорогостоящая радиохимия, то ускорители должны вуиграть без проблем.

Ускорители тоже недешевы, тоже требуют сложной эксплуатации, тоже радиоактивны, тоже требуют радиохимию (куда без нее в производстве чуть проще в плане охраны. Активационный молибден пока не получается именно из-за сложностей радиохимии (не получается в генераторе технеция вытаскивать технеций не загрязненный молибденом), осколочный на ускорителе требует, фактически, подкритическую сборку - тот же реактор + ускоритель. Хотя прогресс в эту сторону идет.
affidavid
Jun. 4th, 2017 08:29 pm (UTC)
Так я и говорю: если устраивать реактор, то универсальный, чтобы можно было исползовать любые мишени и получать любые изотопы и материалы. А этот 50 кВт бак постоить сильно дешевле, а эксплуатировать - нет.
Отделить технеций от молибдена невелика проблема, у них очень разная химия. Разделить два элемента сильно проще, чем суповой набор из реактора.
tnenergy
Jun. 4th, 2017 09:17 pm (UTC)
>Отделить технеций от молибдена невелика проблема, у них очень разная химия.

Если молибдена больше, чем технеция в 10^12 раз, то проблема. А именно так получается при использовании активационных методов, когда берется Mo98 и активируется до Mo99.
thrasymedes
Jun. 4th, 2017 07:27 pm (UTC)
А что делают там, где ближайший реактор, нарабатывающий 99Mo в сотнях или тысячах километров ?
Молибден едет к пациенту или пациент к реактору ?
tnenergy
Jun. 4th, 2017 08:19 pm (UTC)
Молибден умудрялись даже из Димитровграда (НИИАР) в Канаду возить.
misha_makferson
Jun. 4th, 2017 09:24 pm (UTC)
Самолетом доставляют. Реактор, самолёт, больница.
antontsau
Jun. 4th, 2017 07:48 pm (UTC)
80 млн баксов в год на молибдене, 150 на генераторах, как там по ссылке написано, сколько из этого сможет оттянуть такой юаровский (!!!! вот уж центр цивилизации, откуда так легко и просто развозить быстротухнущие генераторы, а также заслуженный, проверенный и надежный поставщик скоропортящегося медицинского товара) центр даже полного цикла, от урана (и кстати где в юар возьмут высокообогащенный ураний? а на низкообогащенном там такая гадость попрет...) до генераторов технеция? и как эта огррромная сумма вяжется с стоимостью постройки специализированного, более ничего не умеющего, реактора?

Когда это какой-то исследовательский реактор, все равно построенный за казенный счет и что-то там варящий, ну а заодно научным сотрудникам на пиво зарабатывающий мелкими медицинскими приработками, то бизнес понятен. А вот специально строить... Сдается мне, что в юар опять собрались не генераторы варить а боньбу, как 40 лет назад.


tnenergy
Jun. 4th, 2017 08:19 pm (UTC)
>80 млн баксов в год на молибдене, 150 на генераторах, как там по ссылке написано, сколько из этого сможет оттянуть такой юаровский

Процентов 10-15.

>и кстати где в юар возьмут высокообогащенный ураний? а на низкообогащенном там такая гадость попрет...

Технология должна быть заточена на 20% уран, иначе это будет нарушение ДНЯО, ГЯП и т.п. nonprolifiration договоров.

>и как эта огррромная сумма вяжется с стоимостью постройки специализированного, более ничего не умеющего, реактора?

Этот реактор - это бочка с раствором внутри биозащиты. Стоимость такой двухреакторной установки - 20...40 млн долларов, не больше.

>Сдается мне, что в юар опять собрались не генераторы варить а боньбу, как 40 лет назад.

Максимально далеко от бомбы эта технология. Для бомбы надо тяжеловодник строить или что-то с хорошей нейтронной эффективностью и приличной мощностью.

antontsau
Jun. 4th, 2017 08:42 pm (UTC)
ну то есть 8 млн в год как максимум. Продаж (молибдена), не прибыли. Реактор за 40 млн будет окупаться лет сто.

Если там 80% 238, то просто так отчистить этот молибден не выйдет, ы? Будет же неимоверная светящаяся каша с какими-то плутониями-америциями. Не оружейная, а просто очень говнистая.

От бомбы она очень рядом потому что уран. Юаровские боньбы 80х были не плутониевые а тупейшие пушечные ураниевые, вопрос исключительно в доступе к этому самому урану (он у юар есть сам по себе) и главное к его обогащению.
tnenergy
Jun. 5th, 2017 05:57 am (UTC)
>Если там 80% 238, то просто так отчистить этот молибден не выйдет, ы?

Я так подозреваю, что со времен интервью эту технологию либо доработали на НОУ, либо нашли подходы для доработки, иначе бы ЮАР никто это не предлагал.

>Будет же неимоверная светящаяся каша с какими-то плутониями-америциями.

При тех флаксах-флюэнсах, что есть в растворных реакторах, плутониев будет очень мало, а америция почти совсем не будет.

>исключительно в доступе к этому самому урану (он у юар есть сам по себе) и главное к его обогащению.

20% уран никак тут ЮАРовцам не поможет.
antontsau
Jun. 5th, 2017 07:14 am (UTC)
если бы это можно было гонять нидогогаааа на ноу, то в канаде бы и гоняли. В имеющийся-то реактор запихать можно что угодно.

20% не поможет, а вот какой-то доступ к обогащению может. Ведь в этих делах главное ногу в дверь сунуть. В общем, оооочень сомнительная какая-то история.

tnenergy
Jun. 5th, 2017 08:06 am (UTC)
>то в канаде бы и гоняли.

В Канаде на НОУ и гоняли... Правда традиционный реактор, с ТВС.

>В общем, оооочень сомнительная какая-то история.

Что-то я сомневаюсь, что кто-то в Росатоме решит в тихую продать оружейные технологии. Не стоит оно того.
antontsau
Jun. 5th, 2017 09:32 am (UTC)
да не оружейные технологии, а крышу для них. Зачем вам природный уран обогащать - а вот нам русские реактор продали, такой же как у них в курчатнике стоит, молибден делать будем! К росатому никак не докопаешься, реактор никакие плутонии гнать не умеет, а официальная причина ковыряться с уранием возникла.

В обьщем, темно это все как-то. По деньгам не бьется (если бы билось, то сам росатый эти молибдены бы так и гнал) значит что-то где-то еще есть.

tnenergy
Jun. 5th, 2017 09:53 am (UTC)
Поставка урана обогащение больше 20% - это нарушение договоров ДНЯО и ГЯП, довольно серьезное нарушение, грозящее санкциями и т.п. Что такого может предложить ЮАР, что бы Росатом пошел на такие риски?
antontsau
Jun. 5th, 2017 10:05 am (UTC)
да не поставка урана выше 20%, а как бы ни собственное обогащение под это дело замутить. Уран-то у юар и так есть, 400 тонн в год наковыривают, но зачем его обогащать если не для боньбы? аааа, вот для реактора, он на 20% работает!! В этих делах же процент весьма условен, дольше гонять на том же оборудовании - будет и процент выше.

Это, конечно, все так, рассуждения в атмосфэру. Данных ноль.



savechenkov
Jun. 5th, 2017 12:32 am (UTC)
> Вот так выглядит установка для переочистки молибдена

Эээ... а это точно она? Две независимые друг от друга системы класса реактор с перегонкой. Американьского дезайну. Ёмкость бачка справа - литра три, колбы на литр и на два, имхо.
Для чего нужны баклажки такого калибра и перегонка вообще - не очень понятно. Разве что регенерация растворителя для хроматографии (хроматограф условно не показан).
tnenergy
Jun. 5th, 2017 05:59 am (UTC)
Это фотография из некой статьи про переочистку молибдена, но если честно, я дальше заголовка не вчитывался. Найду ссылку попозже. Приспособление для перетаскивания стекла вижу, а вот как они собирают-разбирают, моют это манипуляторами - интересно.
Николай Зубков
Jun. 5th, 2017 07:53 am (UTC)
Почему нельзя совместить высокоскоростную прокачку + непрерывную селективную адсорбцию изотопов? Тогда можно резко увеличить мощность реактора + извлекать не один изотоп, а сразу несколько, получая, к примеру, сверхчистые Pu239 при адсорбции Np239 ;)
tnenergy
Jun. 5th, 2017 08:04 am (UTC)
Ну, такие идеи предлагаются.

Только есть и минусы, сразу два видны:

1. Выносим запаздывающие нейтроны из АЗ, фактически получаем при отказе насоса внос положительной реактивности в реактор. Решается уменьшением отбора раствора
2. Радиохмическая часть работает с крайне активным раствором - не уверен, что радиохимия так умеет.
Николай Зубков
Jun. 8th, 2017 07:45 am (UTC)
>1. Выносим запаздывающие нейтроны из АЗ, фактически получаем при отказе насоса внос положительной реактивности в реактор. Решается уменьшением отбора раствора
Даже навскидку вижу минимум ТРИ способа решения :)

2. Радиохмическая часть работает с крайне активным раствором - не уверен, что радиохимия так умеет.
Да какая там "радиохимия"? Ионнообменные смолы? Которые по сути - производные углерода...

Есть всё же какой то еще трабл(ы)...
tnenergy
Jun. 8th, 2017 07:53 am (UTC)
>Да какая там "радиохимия"? Ионнообменные смолы? Которые по сути - производные углерода...

И что? Там даже растворители в смолу превращаются, а ионно-обменные смолы будут так же превращаться в другие смолы, не ионно-обменные.
b_my
Jun. 8th, 2017 06:12 am (UTC)
Высокая активность - всегда проблема для химии, потому что МэВные и кэВные энергии делают возможными абсолютно любые химические реакции. Любое соединение может распасться, почти любое может возникнуть.

А теперь представьте, что у нас - медицина, требующая в итоге максимально чистого продукта.
tnenergy
Jun. 8th, 2017 06:39 am (UTC)
При таком подходе, кстати, еще и нейтронное излучение будет в химическом реакторе - вообще прелесть.
( 28 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

October 2017
S M T W T F S
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031    
Powered by LiveJournal.com