Цөмийн хуваагдлын урт настай бүтээгдэхүүний трансмутаци

Цөмийн түлшний цацраг идэвх ихтэй, урт настай зарим гол хаягдал бүтээгдэхүүнийг бага энергитэй протоноор трансмутацилах аргын физик үндсийг товч  авч үзье.

t10
Хуваагдлын хэлтэрхийнүүдийн масс түгэлт

Ашигласан цөмийн түлшин дэх цацраг идэвхт урт наст цөмүүдийн агуулалт

Изотоп Агуулалт, г/т Идэвх, Ки/т T1/2
Селен-74 53.36 0.408 6.5×104­ жил
Криптон-85 378 9490 10.72 жил
Стронций-90 877 73500 28.6 жил
Цирконий-93 379 12.93 1.53×106 жил
Ниобий-95 0.002 26.56 34.98 өдөр
Технеций-99 863 14.7 2.13×105 жил
Родий-102 394 70000 2.9 жил
Палладий-107 1460 0.115 6.5×106 жил
Кадмий-113 88.17 9.813 14.1 жил
Сурьма-125 14.4 4210 2.73 жил
Иод-129 278 0.039 1.57×10жил
Цезий-137 2630 196300 30.17 жил
Церий-144 2570 75600 284.9 өдөр
Празеодим-144 1230 75600 17.3 мин
Прометий-147 52.3 48600 2.62 жил
Самарий-154 836 1250 90 жил
Европий-154 184 8980 8.5 жил
Гадолиний-153 122 1674 242 өдөр
Плутони-239 2810 84.7 жил
Плутони-241 115000 14.4 жил
Америций-241 200 432.6 жил
Кюрий-242 15000 162.8 өдөр
Кюрий-244 2490 18.2 жил

Бага энергитэй протоноор трансмутаци хийх

Хуваагдлын бүтээгдэхүүн цөмүүдийг 50 МэВ-ээс бага энергитэй протоноор шарахад явагдах (p,xn) урвалыг ашиглан цацраг идэвхт урт наст цөмүүдийг трансмутацилаж богино настай буюу тогтвортой цөм болон хувиргана. 151Sm, 133Cs, 137Cs, 107Pd, 99Tc, 90Sr, 88Sr, 85Kr зэрэг цөмүүд нь протоноор трансмутацилагдах боломжтой.  Энергийн хувьд зорилгод тохирсон трансмутаци нь дараах тэнцэтгэл бишээр тодорхойлогдоно.

t2

Ep– хурдассан протоны багцын энерги,

ha– хурдасгуурын ашигт үйлийн коэффициент (АҮК).

Ef-хуваагдлын энерги,

hr-реакторын АҮК,

Y-нэг хуваагдалд оногдох гаралт.

Хэрэв Ef =200 МэВ, hr=0.38, ha=0.5 гэвэл

t3

Энэ илэрхийллээс хурдассан протоны багцын бага энергийг ашиглах нь илүү тохиромжтой болох нь харагдаж байна.

Изотопуудыг ялгалгүйгээр трансмутацилах тохиолдолд трансмутацилагдаж байгаа нуклидын гаралтын хязгаар дараах хэлбэртэй байна.

t4

sт – трансмутацийн огтлол,

Ст – трансмутацилагдаж байгаа нуклидын агуулалт.

сis– холимогт орж байгаа бусад изотопуудын агуулалт ба урвалын бүрэн огтлол.

Урсгалын ø нягттай бага энергитэй протоны багцаар хуваагдлын хэлтэрхийг t хугацаагаар шарахад цацраг идэвхт урт наст цөмийн тоо дараах хоёр процессын дүнд багасна.

1-рт, цацраг идэвхт задралын хуулиар цөмийн тоо буурна:

t5

Үүнд: N– анх үүссэн цацраг идэвхт урт наст цөмийн тоо (t=0)

λ – задралын тогтмол,

Nt хугацааны дараах цацраг идэвхт урт наст цөмийн тоо

2-рт, анхдагч цацраг идэвхт урт наст цөмийг өөр нуклид болгох трансмутацийн σ огтлолтой цөмийн урвал явагдана:

t6

Энэ 2 процессоос анхдагч их цацраг идэвхтэй урт настай хэлтэрхийн идэвх 2 дахин буурах хугацааг дараах илэрхийллээр тооцно.

t7

Хуваагдлын хэлтэрхийнүүдийг бага энергитэй протоноор шарахад явагдах  урвалын огтлол

Эх цөм

(T1/2)

Охин цөмүүд Задралын тогтмол l (1/цаг) Трансмутац хийж байгаа протоны энерги  (МэВ)
10 15 20 25 30 40 50
85Kr

(10.76 жил)

85Rb Тогтвортой 812 233 75 67 64 55 47
84Rb 0.505532 0 679 822 473 155 86 68
83Rb 0.192947 0 133 219 333 601 262 94
82Rb 0.10711 0 0 1 301 245 40 79
84Kr Тогтвортой 0 0 0 19 177 195 172
83Kr Тогтвортой 0 0 0 6 12 267 177
82Kr Тогтвортой 0 0 0 0 1 326 403
90Sr

(28.78 жил)

90Y 5.74382 192 35 31 32 30 25 27
89Y Тогтвортой 601 1010 814 227 117 94 82
88Y 0.155949 0 0 28 459 604 178 84
87Y 4.964776 0 0 0 0 3 315 141
89Sr 0.329216 0 10 44 77 93 94 84
88Sr Тогтвортой 0 0 199 397 387 308 233
87Sr Тогтвортой 0 0 0 0 1 187 230
99Tc

(2.13E+05 жил)

99Ru Тогтвортой 583 54 36 38 39 33 29
98Ru Тогтвортой 126 971 1094 523 164 101 87
97Ru 5.755017 0 0 3 580 833 180 89
96Ru Тогтвортой 0 0 0 0 8 451 238
95Ru 0.422561 0 0 0 0 0 0 111
98Tc 0.001445 0 1 29 72 97 109 101
97Tc 0.002335 0 0 0 13 71 152 149
107Pd

(6.5E+06 жил)

107Ag Тогтвортой 702 176 61 60 59 51 47
106Ag Тогтвортой 0 835 1060 488 151 89 76
105Ag 2.008696 0 0 0 571 815 224 98
104Ag 0.402712 0 0 0 0 0 230 152
106Pd 0.602609 0 41 118 178 160 153 140
105Pd Тогтвортой 0 0 0 34 149 177 150
104Pd Тогтвортой 0 0 0 0 1 312 342
137Cs

(30.07 жил)

137Ba Тогтвортой 42 23 28 31 33 32 29
136Ba Тогтвортой 569 1110 672 155 108 99 93
135Ba Тогтвортой 0 0 681 1230 553 109 85
134Ba Тогтвортой 0 0 0 21 677 723 178
133Ba 576.5128 0 0 0 0 0 212 462
132Ba Тогтвортой 0 0 0 0 0 0 146
136Cs 1.26383 0 0 5 36 69 86 85

Цацраг идэвхт урт наст изотопуудыг 940 цагийн турш трансмутаци хийсний дараа тэдгээрийн идэвх хэдэн хувиар буурахыг 2×1017 p/см2×сек урсгалын нягттай 10-50 МэВ энергитэй протоны багцаар трансмутаци хийх урвалын огтлолын утгыг хуваагдлын хэлтэрхийн масс түгэлтийн муруйд харгалзах утгад нормчлон бодож олсон үр дүнг дараах хүснэгтэд үзүүлэв.

Трансмутацилагдаж буй цөмүүдийн идэвх буурах хувь

Протоны энерги (МэВ) Трансмутацилагдаж буй эх цөмүүд
Kr85 Sr90 Tc99 Pd107 Cs137
10 54.96 53.68 47.99 47.51 41.35
15 70.73 71.41 69.44 71.20 76.68
20 75.60 75.54 78.64 83.86 93.80
25 81.15 80.69 82.98 90.08 99.69
30 84.94 83.60 82.03 90.35 97.46
40 83.31 81.29 69.44 83.65 85.34
50 70.39 59.63 54.41 68.02 72.96

Цацраг идэвхт урт наст цөмүүдийн харьцангуй гаралт (t=360, 940 цаг)

Трансмутаци хийсэн хугацаа (цаг) 25 МэB
Kr85 Sr90 Tc99 Pd107 Cs137
940 0.072159 0.207764 0.217811 0.05161 0.073613
360 0.083417 0.019765 0.083417 0.019765 0.028192
t11
Хуваагдлын хэлтэрхийн харьцангуй гаралт хугацаанаас  буурах

Бага энергитэй протоноор трансмутацилах төхөөрөмж харьцангуй хялбар, үнэ өртөг багатай байна. Цөмийн хуваагдлын бүтээгдэхүүн цөмүүдийг бага энергитэй протоноор трансмутацилах тооцоог хялбар аргаар бодох нь олон нөхцөл тооцоогүй  дутагдалтай боловч цацраг идэвхтэй цөмийн хувь хэмжээ хэрхэн өөрчлөгдөхийг төсөөлөхөд дөхөмтэй юм.

50 МэВ-ээс бага энергийн мужид протоноор трансмутацилахад хамгийн тохиромжтой энергийн утга 15-25 МэВ байна.

Ө.Сайнзаяа, Н.Норов, С.Одмаа, М.Алтангэрэл

 

Advertisements

Хариулт үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Өөрчлөх )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Өөрчлөх )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Өөрчлөх )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Өөрчлөх )

Connecting to %s