Реакторы - размножители на быстрых нейтронах

Как отмечено выше, запасы дешевого урана не безграничны и их недостаток уже будет ощущаться после 2010 г. Даже если бы ситуация с запасами урана и не была столь критической, необходимо принимать во внимание и другой фактор. Изотоп ²³⁵U, являясь единственным встречающимся в природе делящимся изотопом, относится к невозобновляемым ресурсам. Этот изотоп не образуется в природе, и, если экономически извлекаемые запасы ²³⁵U использовать полностью в тепловых реакторах, он исчезнет навсегда. Поэтому следует создать такую технологию, которая позволила бы применять встречающийся в гораздо больших количествах изотоп ²³⁸U. Этот изотоп не поддерживает цепную реакцию под воздействием нейтронов, но может быть преобразован в такой элемент, который такую реакцию поддерживает.

Ядра ²³⁸U поглощают быстрые нейтроны. В образующихся ядрах ²³⁹U начинается, β - распад, имеющий период полураспада 23,5 мин, после чего получается элемент нептуний. Этот изотоп также распадается, испуская β - частицы, и превращается в плутоний. Период полураспада равен 2,35 сут. Символически это можно записать так:

Данный процесс представляет собой расширенное воспроизводство ядерного горючего. Плутоний ²³⁹Pu даже в большей степени, чем ²³⁵U подвержен тепловой нейтронной реакции деления, и за одно деление у него образуется в среднем большее число нейтронов.

На рисунке 2.3 приведена структурная схема реактора - размножителя на быстрых нейтронах. В результате реакции деления в ядерном горючем ²³⁹Pu образуются быстрые нейтроны, ее продукты деления выделяют в топливных элементах теплоту. Затем теплота поглощается теплоносителем и используется для производства пара. В защитном слое из воспроизводящего материала ²³⁸U быстрые нейтроны образуют новое ядерное горючее. Выделение плутония из защитного слоя осуществляется химическим путем. В реакторе - размножителе на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя нельзя применять воду, поскольку замедление нейтронов в данном случае нежелательно.

1 - обогащение урановой руды; 2 - делящийся материал; 3 - ядерное топливное сырье; 4 - восстановление делящегося материала; 5 - продукты радиоактивного распада; 6 - полезная работа; 7 - конденсатор; РБН – реактор - размножитель на быстрых нейтронах; БН - быстрые нейтроны; СБТ - сбросная теплота; Т – теплоноситель

Рисунок 2.3 – Схема потока вещества и энергии в реакторе - размножителе на быстрых