Диоксид урана в топливе

Диоксид урана в топливе

Сегодня мы попробуем разобраться, насколько активен диоксид урана, используемый в ядерном топливе.

Ещё супруги Кюри обнаружили, что удельная активность урановых руд (в пересчёте на содержащийся в них уран) значительно превосходит активность выделенного из них химически чистого урана.

Но для начала узнаем, что такое активность источника ионизирующих излучений.

 

Активность источника ионизирующих излучений

Активность источника — это количество ядерных превращений, происходящее в нём в единицу времени. Системной единицей активности является беккерель (Бк) — активность такого источника, в котором (в среднем, статистически) происходит одно ядерное превращение в секунду. 1 Бк — это очень маленькая активность (например, равновесная активность тела человека равна 7500 Бк), поэтому часто используются кратные ему величины — килобеккерель (кБк — 1000, или 103, Бк), мегабеккерель (МБк — 1000000, или 106, Бк) и еще более «крупные.» До сих пор часто применяется также внесистемная единица активности — кюри (Ки).

1 Ки = 3,7 х 1010 Бк.

1 Ки — на практике часто довольно большая активность, что обуславливает частое применение дробных частей этой единицы — милликюри (мКи — 0,001, или 10—3 Ки), микрокюри (0,000001, или 10—6 Ки).

 

Природный уран

Причина этого заключается в том, что в рудах, помимо урана, содержатся менее долгоживущие продукты его распада. Они образуют так называемые радиоактивные цепочки, или ряды, и находятся в состоянии радиационного равновесия (сколько ядер любого члена ряда в единицу времени образуется, столько же и распадётся).

При этом активность любого члена ряда равна активности исходного материала (урана), а количество ядер обратно пропорционально периоду полураспада. Поэтому удельная активность урановой руды возрастает, в сравнении с чистым ураном, во столько раз, сколько радиоактивных ядер в рассматриваемом ряду — 14 у урана-238 и 11 — у урана-235.

Среди них — открытые Пьером и Марией Кюри полоний и радий, а также самый тяжёлый инертный газ — радон. Закачиваются оба ряда стабильными изотопами свинца.

Для установления радиационного равновесия необходимо время, в несколько раз превышающее период полураспада наиболее долгоживущего члена ряда. В природе такое время у изотопов урана было: возраст Земли составляет, по современным представлениям, свыше десяти миллиардов лет.

 

Топливный уран

Однако если выполнить химическую очистку урана от дочерних радионуклидов (а именно это и происходит на одном из начальных этапов и производства ядерного топлива), то в нём за относительно короткое время его хранения накопятся только короткоживущие члены ряда, непосредственно следующие за ядрами урана. В ряду урана-238 таких два (торий-234 и протактиний-234), в ряду урана-235 — один (торий-231). Соответственно уменьшается и удельная активность, которая у топливного урана приблизительно в 5 раз меньше, чем у руды (в пересчёте на уран).

У топлива для реакторов ВВЭР-1000 и РБМК-1000 она равна 0,14 и 0,086 МБк/г, соответственно. Интенсивность же излучения, измеряемая внешними детекторами, упадёт для топливного урана ещё гораздо сильнее, чем для руды, так как она обусловлена в основном гамма-излучением. Испускающие же его дочерние продукты распада чистого топливного урана (в частности, радий) смогут достичь равновесных количеств в материале топлива лишь через несколько миллионов лет. Сам же уран гамма-излучения почти не испускает, а его альфа-излучение целиком задерживается самим материалом.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить