Цирконий-88 — второй после ксенона Владимир Рычин, AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 10.01.2019 В целом ряде СМИ появились новости о том, что цирконий оказался «исключительным поглотителем нейтронов». Означает ли это, что от выбора циркония в качестве материала для оболочек твэлов необходимо срочно отказаться? … Читать далее
Цирконий-88 — второй после ксенона
Владимир Рычин, AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 10.01.2019
В целом ряде СМИ появились новости о том, что цирконий оказался «исключительным поглотителем нейтронов».
Означает ли это, что от выбора циркония в качестве материала для оболочек твэлов необходимо срочно отказаться? Конечно же нет!
Цирконий-88
Поводом для новостей стала опубликованная 7 января 2019 года в журнале «Nature» статья, посвящённая результатам измерений сечения захвата в тепловой точке для изотопа цирконий-88. Полный текст статьи доступен только по платной подписке.
Статью для журнала написал коллектив авторов из национальной лаборатории «Лоуренс Ливермор» и американских университетов. Первый автор — Дженнифер Шустерман, одновременно имеющая отношение и к нацлаборатории, и к университету Нью-Йорка.
Цирконий-88 — что это за изотоп? Обратимся к заключению, подготовленному в ГНЦ РФ — ФЭИ. Автор заключения — Марк Николаевич Николаев, текст заключения доступен на сайте ФЭИ.
Изотоп цирконий-88 радиоактивен, его период полураспада составляет 83,4 дня. Распадается путём захвата орбитального электрона в иттрий-88, который, в свою очередь, с периодом 106,6 дней распадается в стабильный стронций-88.
Очевидно, что в природном цирконии изотоп с атомной массой 88 отсутствует. В реакторе для его образования Марк Николаев видит всего два пути, и оба более чем экзотические — либо реакция (n,3n) на изотопе 90Zr, либо две подряд реакции (n,2n) — 90Zr(n,2n)89Zr(n,2n)88Zr.
Легко убедиться, что в ядерных реакторах производство циркония-88 будет крайне мало — особенно если вспомнить, что реакция (n,2n) пороговая. В быстрых реакторах шанс увидеть 88Zr может быть выше, чем в тепловых, но так как американская работа касается только тепловой точки, то и нам останавливаться на быстром спектре нет смысла.
Ради интереса можно добавить, что в Окриджской национальной лаборатории, где по спецзаказам можно приобретать небольшие активности 88Zr на уровне милликюри, о реакторном пути наработки даже не думают. Там цирконий-88 получают путём скалывания протонами молибденовых мишеней.
Новые сечения
В виду практического отсутствия в реакторах нейтронными данными для циркония-88 до сих пор интересовались мало.
В заключении М.Н.Николаева, в частности, говорится: «Полные наборы оценённых нейтронных данных для этого изотопа отсутствуют… Оценка выполнена на основе теоретических расчётов и полуэмпирических систематик. Экспериментальные данные отсутствуют».
До появления статьи американских исследователей считалось, что сечения захвата на 88Zr в тепловой области малы.
Так, в заключении М.Н.Николаева приводится значение сечения захвата в тепловой точке, взятое из европейского файла активационных данных EAF-2003 и равное 8,44 барн.
Конечно, год от года библиотеки нейтронных данных обновляются и уточняются. Но конкретно по цирконию-88 каких-то серьёзных подвижек не было. Например, американские авторы ссылаются на работу 2012 года, в которой значение интересующего нас сечения принималось равным 10 барн.
Что же сделал коллектив американских авторов? Для них в университете Алабамы на циклотроне была изготовлена мишень из циркония-88. Эту мишень облучили на исследовательском реакторе MURR в университете Миссури, что позволило получить первые экспериментальные данные по сечениям захвата 88Zr. Вся работа проводилась по контракту с нацлабораторией «Лоуренс Ливермор».
Результаты измерения сечений авторы охарактеризовали как «неожиданные», потому что сечение захвата в тепловой точке оказалось просто огромным, а именно 861000±69000 барн на одной сигме. Иными словами, сечение оказалось почти в сто тысяч раз больше ожидаемого.
Возможно второй в мире
Если результаты американских измерений получат признание, то изотоп цирконий-88 займёт второе место в списке наиболее сильных поглотителей в тепловой области, уступив только ксенону-135.
Нужно ли из-за этого волноваться нейтронщикам? Нет, потому что концентарии 88Zr в активной зоне работающего реактора очень малы (см. экзотические пути его получения в реакторе).
Кстати говоря, а что получится в результате реакции захвата нейтрона на цирконии-88? Образуется изотоп цирконий-89, который также быстро распадается. Его период полураспада 78,4 часа, дочернее ядро — стабильный иттрий-89.
Можно задаться и таким вопросом, почему вдруг в Ливерморской нацлаборатории заинтересовались сечениями циркония-88.
Дело в том, что малоизученные реакции на изоторах циркония уже давно привлекают её внимание, но не с точки зрения атомной энергетики, а с точки зрения детектирования нейтронных потоков в интересах безопасности. Достаточно напомнить, что про эту тему периодически вспоминают в таком американском управлении как NNSA.
А там, действительно, ещё измерять и измерять. На схемах ниже, взятых из одной из презентаций NNSA по национальному комплексу лазерных термоядерных реакций (NIF) от 2007 года, можно видеть, какими сечениями интересовались американские атомщики и какие из них были на тот момент измерены (вторая схема).
Заметим, что захватом на цирконии-88 в своих рассуждениях авторы презентации пренебрегали. Теперь им, возможно, придётся принимать во внимание ешё и эту реакцию.
Интересующие сечения на изотопах циркония.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.
Cечения, для которых имелись экспериментальные данные на 2007 год.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.
И последнее, что хотелось бы сказать в связи с работой Шустерман и её коллег. Если результаты их измерений подтвердятся, то они должны привлечь внимание физиков-теоретиков. В конце концов, пора уже разобраться с природой резонансов в нейтронных сечениях.
Но главное даже не это. Американский эксперимент лишний раз напоминает нам — говорить о том, что в нейтронике и нейтронных данных всё сделано и известно, рано. Работы по этому важнейшему направлению атомной отрасли по-прежнему непочатый край.
Ключевые слова: Нейтронно-физические расчёты реакторов, Статьи, Владимир Рычин, Мнения
Другие новости:
Блок №2 АЭС «Haiyang» приступил к коммерческой эксплуатации
Строительство всех четырёх AP-1000 в Китае завершено.
На энергоблоке №1 Белорусской АЭС начался основной этап подготовки к загрузке ИТВС
В ближайшее время в проектное положение будет установлен БЗТ.
«Тяньвань-4» введён в коммерческую эксплуатацию
Ключевое событие «Начало коммерческой эксплуатации энергоблока №4 Тяньваньской АЭС» состоялось 22 декабря.