Характеризация металлического топлива для трансмутации минорных актинидов в быстром реакторе

Программа METAPHIX представляет собой сотрудничество между Центральным научно-исследовательским институтом электроэнергетики (CRIEPI, Япония) и Объединённым исследовательским центром Европейской комиссии — Институтом трансурановых элементов (JRC-ITU), направленное на изучение безопасности и эффективности замкнутого ядерного топливного цикла, основанного на выделении минорных актинидов (MA: Np, Am, Cm) из отработавшего ядерного топлива, их включении в металлическое топливо и трансмутации в быстром реакторе. На базе ITU были изготовлены девять экспериментальных твэлов с натриевым заполнением, содержащих металлическое топливо, и проведено их облучение в реакторе Phénix (CEA, Франция) до выгорания 2,5, 7 и 10 ат.%. Были облучены четыре состава металлического топлива: U–Pu–Zr, использованный в качестве эталонного топлива; U–Pu–Zr + 5 мас.% MA; U–Pu–Zr + 2 мас.% MA + 2 мас.% редкоземельных элементов (RE: Nd, Y, Ce, Gd); и U–Pu–Zr + 5 мас.% MA + 5 мас.% RE. Редкоземельные элементы моделируют ожидаемый состав продукта пирометаллургической перерабатывающей установки. Послерадиационные исследования проводились с использованием нескольких методов, охватывающих свойства от макроскопической морфологии топливной матрицы до микроанализа фаз, а также перераспределения и сегрегации элементов. Облучённое топливо характеризовалось наличием многочисленных фаз, распределённых по радиусу топливного столбика. В топливе произошло значительное перераспределение его компонентов (U, Pu, Zr), а также образовалось множество вторичных фаз с различным составом. Распределение фаз в облучённом топливе, содержащем минорные актиниды и редкоземельные элементы, в основном соответствовало распределению, наблюдаемому в базовом тройном сплаве-топливе.