Динамика трансмутации: влияние многократного рециклирования на характеристики топливного цикла

С физической точки зрения непрерывное многократное рециклирование осуществимо как в тепловых, так и в быстрых реакторах. В 2009 финансовом году исследования трансмутации, проведённые в Национальной лаборатории Айдахо (INL), дали важные новые сведения, позволили выявить ограничения и разработать инструменты для анализа многократного рециклирования. Многократное рециклирование смешанного оксидного (MOX) топлива, включая все трансурановые элементы, возможно при условии непрерывного обогащения урановой фазы примерно до 6,5% и ограничения обогащения трансурановыми элементами до уровня немного ниже 8%. Многократное рециклирование гетерогенных сборок с инертной матрицей (IMF) возможно при непрерывном обогащении твэлов UOX примерно до 4,95%, если 60 из 264 топливных твэлов являются твэлами с промежуточной матрицей. Новый инструмент позволяет быстро оценивать влияние различного времени охлаждения на эволюцию изотопного состава. Было установлено, что время охлаждения почти столь же сильно влияет на концентрации актинидов с большими массовыми числами в топливе, как и выбор между тепловым и быстрым нейтронными спектрами. Был создан новый набор данных, обеспечивающий оперативную оценку доз гамма- и нейтронного излучения в MOX-топливе в зависимости от эволюции изотопного состава. Все исследования этого года были посвящены влиянию динамической обратной связи, обусловленной выбором вариантов в пространстве решений. Равновесные концентрации компонентов топливного цикла и переходное время достижения равновесия для каждого изотопа оценивались для различных сочетаний параметров реактора, переработки и времени охлаждения. Были установлены новые граничные случаи и аналитические методы оценки как безопасности реактора, так и радиационной безопасности персонала. Этот целостный комплекс физических анализов и методов обеспечивает более детальное разрешение вариантов топливного цикла и их последствий по сравнению с прежними разрозненными анализами и анализами для отдельных точек.