Ученые Высокотехнологического научно-исследовательского института неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара» (входит в Топливную компанию Росатома «ТВЭЛ») запатентовали новый способ концентрирования изотопов азота.
Разделение изотопов азота необходимо для успешной реализации программы создания уплотненного нитридного топлива для реакторов на быстрых и тепловых нейтронах.
- Использование в нитридном топливе азота природного состава приводит к двум нежелательным процессам: ухудшению нейтронного баланса реактора и накоплению в ОЯТ радиотоксичного изотопа углерода 14C. Ухудшение нейтронного баланса за счет паразитного поглощения нейтронов изотопом азот-14 в итоге приводит к сокращению кампании реактора и снижению воспроизводства ядерного топлива, а образующийся при этом изотоп углерод-14 создает дополнительные экологические риски. Существующие технологии пока не позволяют надежно иммобилизовать наработанный нуклид. Попадая в окружающую среду, он может вступать в изотопный обмен с живыми тканями растений, животных, человека, оседать в организме, приводя к внутреннему облучению. Для того, чтобы избежать этих нежелательных явлений, при производстве нитридного топлива планируется использовать азот-15, старший научный сотрудник АО «ВНИИНМ» Алексей Лизунов. - Дополнительным аспектом, важным при использовании нитридного топлива в тепловых реакторах ВВЭР, является снижение термической нагрузки на ТВС, что позволяет существенно понизить риски протекания паро-циркониевой реакции – основной причины многих тяжелых аварий реакторов на тепловых нейтронах,
- уточнил генеральный й директор АО «ВНИИНМ» Леонид Карпюк.
Задачу применения нитридного топлива в реакторах ВВЭР (в рамках программы создания толерантного топлива) также планируется решить за счет использования в его составе изотопа азот-15, который позволяет исключить образование С14 и тем самым снизить возможный экологический ущерб.
Годовое потребление изотопа азот-15, по предварительным оценкам, может достичь нескольких тонн. Никакие из существующих методов разделения изотопов азота не могут на современном уровне развития обеспечить перспективные потребности в этом изотопе.
В АО «ВНИИНМ» нашли альтернативный способ разделения стабильных изотопов азота азота-14 и азота-15. Способ концентрирования изотопов азота включает проведение противоточного массообменного процесса с использованием молекулярного азота в качестве рабочего вещества. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента разделения изотопов азота и эффективное и экологически безопасное концентрирование изотопа азота-15.
- Нами предложено возможное техническое решение, которое позволит совместить с одной стороны молекулярный азот, как рабочее тело, с другой стороны повысить эффективность такого процесса. По коэффициенту обогащения мы сможем подняться в 3-4 раза, - говорит Алексей Лизунов.
Техническое изобретение специалистов АО «ВНИИНМ» уже апробировано, получены расчетные оценки коэффициентов разделения изотопов азота в таких системах. Практическая реализация данного процесса требует от ученых дальнейших исследований для решения ряда технологических и технических вопросов.
