Ученые «Росатома» разработали технологию получения изотопа азот-15 для производства топлива реакторов будущего. Изотопно-модифицированное СНУП-топливо для быстрых реакторов, где вместо природного азота будет использован азот-15, будет обладать рядом преимуществ.
Давайте разбираться.
СНУП-топливо – смешанное нитридное уран-плутониевое. Некая матрица, в состав которой входят атомы урана, плутония и азота (азот – нитро на латыни). Традиционное ядерное топливо — это оксид урана, соединение урана и кислорода. Нитридное топливо – плотнее в 1,4 раза, то есть при одинаковых размерах активной зоны нитридного топлива в нем на 40% больше. Объем тот же, а делящегося вещества – на 40% больше, и это просто с экономической точки зрения выгоднее: на одной заправке реактор дольше работает без остановок.
Вот только основной изотоп азота в природе – азот-14, а он не очень хорош в реакторе по двум причинам.
1) Он норовит съедать свободные нейтроны – те самые, которые из учебника, помните: “Один нейтрон ударил в ядро урана, оно развалилось, образовалось уже 2 свободных нейтрона, которые ударили уже в два ядра урана…” А вот не получилось – ядро азота-14 тупо сожрало один из этих нейтронов, и уже деление ядер урана выглядит совершенно иначе. Уже приходится хитрить, какие-то сложные придумки придумывать – а оно надо, такое счастье-то?
И причина № 2: азот-14, который сожрал свободный нейтрон, превращается в углерод-14 – а он бета-радиоактивен, и период полураспада у него – 5 730 лет. Если бета-источник внешний – защитой от него даже обычная одежда служит. Но если углерод-14 попал в воздух – мы его рискуем вдохнуть, а бета-источник внутри организм кратно опаснее. Попал углерод-14 в воду – риск того, что его усвоят растения, он ведь по химическим свойствам от обычного углерода-12 ничем не отличается. Если растение не из числа тех, которые мы с вами едим – есть риск того, что его какая-нибудь домашняя скотина схрумкает, но конечный пункт все тот же – желудок человека, а это опять бета-источник внутри организма, причем в случае углерода-14 – очень долгоживущий. Так что нитридное топливо с экономической точки зрения выгодно, но из-за азота-14 несет сразу два риска.
Потому ученые Росатома и озаботились наработкой азота-15, который свободные нейтроны просто не замечает – презирает он их, да и все.
В активной зоне реактора – никаких проблем, в воде и в воздухе тоже все в полном порядке.
Азот-15 исключительно стабилен, безопасен, не требует особых условий хранения и применения – одним словом, просто красавчик. Но в природном азоте этого изотопа – азота-15 – всего 0,37%, собрать его в кучку — это сильно постараться надо.
Вот ученые Росатома взяли и постарались и – все у них получилось, с чем их совершенно искренне и поздравляю.