DE102015120689A1 - Method for irradiating isotopes of heavy chemical elements, conversion of nuclear energy into heat energy and installation therefor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie, sowie eine Anlage für dessen Verwirklichung. Das Verfahren ermöglicht die Entsorgung von Radionukliden mittels Verwendung relativistischer Ionen für die Bestrahlung eines tief unterkritischen Targets, das radioaktive Abfälle und/oder Aktiniden und/oder abgearbeiteten Kernbrennstoff enthält. Das technische Ergebnis dieser Erfindung besteht darin, dass die Menge der erzeugten Wärme- und Elektroenergie und der Umfang der entsorgten radioaktiver Abfälle zunehmen. Die Anlage, die das Verfahren realisiert, enthält aufeinanderfolgend einen Beschleuniger relativistischer Ionen, einen Block für Transport und Eingabe des Strahls in ein tief unterkritisches Target, das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen sowie einen Reserveblock und einen Wärmetransformator.The invention relates to a method for irradiating isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into heat energy, and a plant for its realization. The method enables the disposal of radionuclides by using relativistic ions for the irradiation of a deeply subcritical target containing radioactive wastes and / or actinides and / or nuclear fuel. The technical result of this invention is that the amount of heat and electricity generated and the amount of radioactive waste disposed increase. The plant implementing the process sequentially contains a relativistic ion accelerator, a block for transport and input of the jet into a deep subcritical target, the deep subcritical target of heavy chemical elements, and a reserve block and a heat transformer.

Description

Die Erfindung gehört zum Gebiet der physikalischen Kernchemie schwerer chemischer Elemente, zum Gebiet der Kernenergetik, nämlich zum Verfahren der Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, sowie Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie. Die Erfindung betrifft auch eine Anlage für die Implementierung des Verfahrens mittels Bestrahlung mit einem Strahl beschleunigter schwerer geladener Teilchen eines tief unterkritischen Targets mit einer Größe, welche eine vollständige Absorption dieses Strahls sichert. Die Erfindung kann für andere Zwecke verwendet werden, unter anderem für die Bestrahlung und Desaktivierung verschiedener Materialien und Stoffe, für die Erzeugung und Trennung von Isotopen, für die Kerndotierung.The invention belongs to the field of physical nuclear chemistry of heavy chemical elements, to the field of nuclear energetics, namely to the process of irradiation of isotopes of heavy chemical elements, as well as conversion of nuclear energy into heat energy. The invention also relates to a system for implementing the method by means of irradiation with a beam of accelerated heavy charged particles of a deeply subcritical target having a size which ensures complete absorption of this beam. The invention may be used for other purposes, including irradiation and deactivation of various materials and materials, for the generation and separation of isotopes, for core doping.

Die Trennung von Isotopen verschiedener Elemente und Partikeln nach Energien wird aktiv genug erforscht. So sind aus dem Stand der Technik zum Beispiel Verfahren für die Trennung der Alkalimetallisotope ( RU 2129909 ), Ytterbiumisotope ( RU 2119816 ), Quecksilberisotope ( RU 2074018 ) bekannt.The separation of isotopes of different elements and particles by energy is actively researched enough. For example, processes for the separation of the alkali metal isotopes ( RU 2129909 ), Ytterbium isotopes ( RU 2119816 ), Mercury isotopes ( RU 2074018 ) known.

Aus dem Stand der Technik ist die Isotopentrennung mittels Ionisierung für die Metallbearbeitung für Kernbrennstoffe bekannt ( RU 2189273 ), durch die partielle Abtrennung der Komponenten mit einer Energie im ersten Bereich und/oder gleich dem ersten Energieniveau von Komponenten mit einer Energie im zweiten Bereich und/oder gleich dem zweiten Energieniveau und Eingabe in das Plasma eines chemischen Stoffes, der mit den Komponenten in Wechselwirkung tritt.Isotope separation by means of ionization for metalworking for nuclear fuels is known from the prior art ( RU 2189273 ), by the partial separation of the components with an energy in the first range and / or equal to the first energy level of components with an energy in the second range and / or equal to the second energy level and input to the plasma of a chemical substance associated with the components in Interaction occurs.

Eine große angewandte Bedeutung haben für die Kerntechnik das Verfahren und die Anlage für die Trennung geladener Partikel nach Energien ( RU 2187171 ). Diese Lösungen sind für die Anwendung bei der Trennung von geladenen Partikeln, zum Beispiel auf der Etappe der Isotopentrennung nach Energien, neben anderen bekannten Lösungen bestimmt, die im Prozess der Suche nach Wegen der Isotopentrennung, der Verwirklichung einer gesteuerten nuklearen und thermonuklearen Fusion, Bildung von Strahlen geladener Partikel in Ionenstrahl- und Elektronenstrahleinrichtungen und Steuerung von Strahlen geladener Teilchen in der Beschleunigertechnik entwickelt wurden.Of great importance for nuclear technology are the process and the system for the separation of charged particles by energy ( RU 2187171 ). These solutions are intended for use in the separation of charged particles, for example at the stage of isotope separation by energies, among other known solutions that are involved in the process of searching for ways of isotope separation, realization of controlled nuclear and thermonuclear fusion, formation of Radiation of charged particles in ion beam and electron beam devices and control of charged particle beams in the accelerator technique have been developed.

In der RU 2119688 „Verfahren zur Desaktivierung von Silizium“ und in der RU 2000124650 „Verfahren zur Neutronen-Transmutationsdotierung von Silizium“ wird vorgeschlagen, den Fluss sekundärer Neutronen, die im Kern eines KKW-Reaktors entstehen, für die Desaktivierung, Ätzung und Dotierung der Silizium-Monokristalle einzusetzen.In the RU 2119688 "Process for the deactivation of silicon" and in the RU 2000124650 "Method for neutron transmutation doping of silicon" is proposed to use the flow of secondary neutrons, which arise in the core of a nuclear power plant reactor, for the deactivation, etching and doping of the silicon monocrystals.

Die RU 2267826 „Verfahren zur Verbrennung chemischer Transuranelemente und Kernreaktor für die Implementierung dieses Verfahrens“ beschreibt das Verfahren und die Anlage mit Benutzung des schwach unterkritischen (k ≈ 1) Reaktorkerns, wo langlebige Radionuklide schwerer chemischer Elemente stationiert werden. Die Injektion der für die Kritikalität (k = 1) des Reaktorkerns fehlenden Neutronen erfolgt aus einer externen Quelle, als welche ein Protonenbeschleuniger mit einer Energie von 1 GEV und mit einem Blei- oder Bismut-Blei-Target vorgeschlagen ist. Dabei erlaubt die beschriebene technische Lösung keine einigermaßen bedeutende Steigerung der Effizienz der Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie wegen prinzipiell unüberwindlicher Einschränkungen, die dem Verfahren auf Basis der Protonenstrahlen immanent sind. Zudem werden die Ursachen für einen unvertretbar großen Anfall langlebiger Radionuklide, für das Risiko der Entstehung der für nuklearen Terrorismus tauglichen Materialien nicht beseitigt.The RU 2267826 "Method of Combustion of Transuranic Chemical Elements and Nuclear Reactor for the Implementation of this Method" describes the method and apparatus using the weakly subcritical (k ≈ 1) core where long-lived radionuclides of heavy chemical elements are stationed. The neutron missing for the criticality (k = 1) of the reactor core is injected from an external source, which is proposed as a proton accelerator with an energy of 1 GEV and with a lead or bismuth-lead target. However, the described technical solution does not allow a reasonably significant increase in the efficiency of the conversion of nuclear energy into thermal energy due to inherently insurmountable limitations inherent in the proton beam based process. In addition, the causes of an unacceptably large accumulation of long-lived radionuclides, for the risk of the emergence of materials suitable for nuclear terrorism are not eliminated.

In der RU 2238597 „Verfahren zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie“ wird vorgeschlagen, einen Strahl relativistischer Protonen für die Anregung der Kaskadenkernprozesse in einem tief unterkritischen Target aus schweren chemischen Elementen (Blei, Bismut, Thorium und abgereichertes Uran sowie deren Zusammensetzungen) einzusetzen, dessen Inhalt gleichzeitig als Brennstoff und Kühlmittel dient. Die Urheber verweisen auf die erhöhte Wahrscheinlichkeit einer tieferen Kernspaltung im Target mit Erhöhung der Energie der zu beschleunigenden Teilchen. Diese technische Lösung hat jedoch mit der oben genannten gemeinsame Mängel, die durch die Verwendung des relativistischen Protonenstrahls bedingt sind, und betrifft nicht die Entsorgung des Flusses sekundärer Neutronen, die im vorgeschlagenen Target entstehen und daraus hinaustreten.In the RU 2238597 "Process for the conversion of nuclear energy into heat energy" is proposed to use a beam of relativistic protons for the excitation of the cascade core processes in a deep subcritical target of heavy chemical elements (lead, bismuth, thorium and depleted uranium and their compositions), the content of which simultaneously Fuel and coolant are used. The authors point to the increased probability of a deeper nuclear fission in the target with an increase in the energy of the particles to be accelerated. However, this technical solution has the above-mentioned common deficiencies, which are due to the use of the relativistic proton beam, and does not concern the disposal of the flow of secondary neutrons arising in and out of the proposed target.

Der vorgeschlagenen Erfindung liegt technisch gesehen die technische Lösung am nächsten, die in der RU 2413314 „Verfahren und Komplex zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie“ dargelegt ist. Diese Lösung ist auf die Beschleunigung eines Strahls schwerer geladener Teilchen – mehrfach geladener Ionen der Uran-, Thorium-, Bismut- und Blei-Isotope bis auf eine Energie orientiert, welche die Entstehung eines Flusses von Kaskadennukleonen im tief unterkritischen Reaktorkern gewährleistet, der als Target dient, wohin der Strahl gerichtet wird und dessen Zustand kontrolliert sowie Inhalt bei Notwendigkeit ausgewechselt wird. Um die Intensität eines derartigen Flusses zu erhöhen wird vorgeschlagen, den Reaktorkern komplett oder teilweise aus dem abgearbeiteten Kernbrennstoff zu bilden. Die Anlage zur Implementierung dieses Verfahrens enthält einen Beschleuniger mehrfach geladener relativistischer Ionen, Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, der den Beschleuniger mit dem Target verbindet, das sich in der Regel in einem festen oft zylinderförmigen Gehäuse befindet. Die im Reaktor (im Target) entstehende überschüssige Wärme wird mit Hilfe eines Subsystems abgeführt, das primäres und sekundäres Kühlmittel sowie Baugruppen zur Umwandlung der Wärmeenergie in die elektrische Energie enthält und die Funktion eines Wärmetransformators übernimmt.The proposed invention is technically the closest technical solution in the RU 2413314 "Method and complex for the conversion of nuclear energy into thermal energy" is set forth. This solution is based on the acceleration of a beam of heavy charged particles - multiply charged ions of the uranium, thorium, bismuth and lead isotopes to an energy that ensures the formation of a flow of cascade nuclei in the deep subcritical core, as a target serves, where the beam is directed and its condition is controlled and content is changed if necessary. In order to increase the intensity of such a flow, it is proposed to form the reactor core completely or partially from the spent nuclear fuel. The system for implementing this method includes an accelerator of multiply charged relativistic ions, block for transport and input of the beam into the target, which connects the accelerator to the target, which is usually located in a fixed often cylindrical housing. The excess heat generated in the reactor (in the target) is dissipated by means of a subsystem containing primary and secondary coolants as well as assemblies for converting thermal energy into electrical energy and performing the function of a heat transformer.

Neben den genannten Vorteilen des beschriebenen Prototyps weist die dort vorgeschlagene Konstruktion Mängel auf, die auf eine nicht vollständige Nutzung der Möglichkeiten von Bündeln beschleunigter Ionen für die Steigerung der Effizienz der Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie, Entsorgung langlebiger Radionuklide, einschließlich des Plutoniums und der minoren Aktiniden (Neptunium, Americium und Curium) zurückzuführen sind.In addition to the aforementioned advantages of the described prototype, the design proposed therein has deficiencies due to under-utilization of the possibilities of accelerated ion bundles for increasing the efficiency of nuclear energy conversion into thermal energy, disposal of long lived radionuclides, including plutonium and minors Actinides (neptunium, americium and curium) are due.

Die vorgelegte Erfindung beseitigt die aufgeführten Mängel der vorbekannten Analoga und des Prototyps.The present invention overcomes the listed deficiencies of the prior art analogs and prototype.

Die Aufgaben der Erfindung bestehen in der Steigerung der Effizienz der Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie sowie der Entsorgung langlebiger Radionuklide weiter Nomenklatur.The objects of the invention are to increase the efficiency of the conversion of nuclear energy into heat energy as well as the disposal of long-lived radionuclides of further nomenclature.

Zu langlebigen zählen Radionuklide mit einer Halbwertzeit ab 15 Jahre.Long-lived include radionuclides with a half-life of 15 years.

Das technische Resultat der Erfindung besteht in der Steigerung der Effizienz der Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie, in der Entsorgung langlebiger Radionuklide weiter Nomenklatur und der Gewinnung der für die weitere Nutzung geeigneten Stoffe.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the conversion of nuclear energy into heat energy, in the disposal of long-lived radionuclides of wide nomenclature and the recovery of the materials suitable for further use.

Das technische Resultat des Verfahrens zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie wird dadurch erreicht, dass ein Strahl relativistischer Ionen erzeugt und beschleunigt wird, mit ihm Atomkerne des regelmäßig zu erneuernden Materials eines tief unterkritischen Targets bestrahlt und zerstört werden, ein Fluss sekundärer Teilchen einschließlich Neutronen erzeugt wird, mittels dieser Teilchen Isotopenkerne schwerer chemischer Elemente gespalten werden, wobei Innenkernenergie freigesetzt wird, der Zustand des Targets mit einer Größe, welche die Übergabe an dieses Target der kinetischen Energie des Strahls und des Flusses sekundärer Teilchen gewährleistet, kontrolliert und die Dauer der Akkumulation und Ersetzung der Produkte des Atomkernzerfalls festgestellt wird, der Strahl relativistischer Neutronen bis auf eine Energie beschleunigt wird, bei welcher durch die Zerstörung des Targetmaterials zwei und mehr Generationen der Produkte des multifragmentären Atomkernzerfalls erzeugt werden und die Innenkernenergie innerhalb eines Zeitraums freigesetzt wird, der länger ist, als die Dauer der Akkumulation und Ersetzung der Produkte des Atomkernzerfalls mit einem für die Bestrahlung vorbereiteten Material, der Fluss sekundärer Teilchen entsorgt, das bestrahlte Material gekühlt und in die Verarbeitung als Rohstoff für die Gewinnung der für die weitere Nutzung entsprechend dem angemeldeten Verfahren geeigneten Stoffe übergeben wird.The technical result of the method for irradiating isotopes of heavy chemical elements, for converting the nuclear energy into thermal energy is achieved by generating and accelerating a beam of relativistic ions, irradiating and destroying atomic nuclei of the material of a subcritical target to be regularly renewed , a flux of secondary particles including neutrons is generated, by means of which particles isotope nuclei of heavy chemical elements are split, whereby internal nuclear energy is released, the state of the target having a size which ensures the transfer to that target of the kinetic energy of the jet and the flow of secondary particles , Controlled and the duration of the accumulation and replacement of the products of the nuclear decay is determined, the beam of relativistic neutrons is accelerated to an energy, in which by the destruction of the target material two or more genera and the internal nuclear energy is released within a period of time longer than the period of accumulation and replacement of the products of nuclear decay with a material prepared for irradiation, the secondary particle flow discarded, the irradiated material cooled and transferred to processing as a raw material for the extraction of materials suitable for further use in accordance with the notified process.

Das technische Resultat der Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie wird dadurch erreicht, dass in der ersten Variante der Anlage, die auf einander folgende Beschleuniger des relativistischen Ionenstrahls, Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke und Wärmetransformatorblock enthält, das Targetgehäuse bezogen auf die energetische Achse der Anlage kegelförmig oder kugelförmig ist, mit dem Wärmetransformator mittels Rohrleitungen und mit einem nachfüllbaren Reserveblock oberhalb des Targets mittels Rohrleitung und Verschlussvorrichtung verbunden ist. Dies gewährleistet die einfachste und somit zuverlässigere Konstruktion der Anlage zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie.The technical result of the system for the irradiation of isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy is achieved in that in the first variant of the plant, the successive accelerators of the relativistic ion beam, block for transport and input of the beam into the target, containing the deep subcritical target of heavy chemical elements in a heat resistant, radiation resistant and corrosion resistant open top casing and heat transformer block, the target casing being tapered or spherical with respect to the energy axis of the plant, with the heat transformer via piping and with a refillable reserve block above the target connected by pipeline and closure device. This ensures the simplest and thus more reliable construction of the plant for the conversion of nuclear energy into thermal energy.

In der zweiten Variante der Anlage, die auf einander folgende Beschleuniger des relativistischen Ionenstrahls, Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke und Wärmetransformatorblock enthält, ist das Targetgehäuse als zwei Segmente ausgeführt, die bezogen auf den Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target auf einander folgend angeordnet sind, deren Seitenfläche bezogen auf die energetische Achse der Anlage typengleiche zylindrische oder kegelartige Form hat, das Fußstück des ersten für Auswechslung und Fixierung geeigneten Segments flach oder kugelförmig ist, das zweite Segment mit dem Wärmetransformator mittels Rohrleitungen und mit einem nachfüllbaren Reserveblock oberhalb dieses Segments mittels Rohrleitung und Verschlussvorrichtung verbunden ist. Diese Variante der Anlage ist deswegen interessant, weil sie außer der Energieerzeugung erlaubt, unter dem relativistischen Ionenstrahl parallel radioaktive Abfälle mit überwiegend langlebigen Radionukliden in radioaktive Abfälle mit überwiegend kurzlebigen Radionukliden durch eventuellen Austausch des ersten Targetsegments, das aus radioaktiven Abfällen und/oder Aktiniden und/oder abgearbeitetem Kernbrennstoff zusammengesetzt wird, zu verwandeln.In the second variant of the plant, which includes successive relativistic ion beam accelerators, block for transport and input of the beam into the target containing deep subcritical target of heavy chemical elements in a heat resistant, radiation resistant and corrosion resistant open top casing and heat transformer block the target housing designed as two segments, which are arranged with respect to the block for transport and input of the beam into the target following each other, the side surface with respect to the energy axis of the plant type same cylindrical or has conical shape, the foot of the first suitable for replacement and fixation segment is flat or spherical, the second segment is connected to the heat transformer by means of pipelines and with a refillable reserve block above this segment by means of pipeline and closure device. This variant of the plant is interesting because it allows, in addition to energy generation, under the relativistic ion beam parallel radioactive waste with predominantly long-lived radionuclides in radioactive waste with predominantly short-lived radionuclides by eventual replacement of the first target segment consisting of radioactive waste and / or actinides and / or processed nuclear fuel is transformed.

In der dritten Variante der Anlage, die auf einander folgende Beschleuniger des relativistischen Ionenstrahls, Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke und Wärmetransformatorblock enthält, ist das Targetgehäuse als drei Segmente ausgeführt, die bezogen auf den Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target auf einander folgend angeordnet sind, deren Seitenfläche bezogen auf die energetische Achse der Anlage typengleiche zylindrische oder kegelartige Form hat, das Fußstück des ersten für Auswechslung und Fixierung geeigneten Segments flach oder kugelförmig ist, die Fußstücke des zweiten und dritten Segments kugelförmig sind und zwischen einander einen Abstand gleich der Differenz deren Radien haben, wobei das dritte Segment des Targetgehäuses mittels Rohrleitungen und Verschlussvorrichtungen entsprechend mit dem zweiten Segment und dem Reserveblock, das zweite Segment mittels Rohrleitungen mit dem Wärmetransformator verbunden sind, und der nachfüllbare Reserveblock oberhalb des dritten Targetsegments installiert ist. Diese Variante der Anlage ist zusätzlich zu Vorteilen der zweiten Variante deswegen interessant, weil sie die Möglichkeiten zur Erzielung einer maximalen Energieerzeugung dank der Erhöhung der Rate spaltbarer Radionuklide im zweiten Targetsegment verwirklicht.In the third variant of the plant, which includes successive relativistic ion beam accelerators, block for transport and input of the beam into the target containing deep subcritical target of heavy chemical elements in a heat resistant, radiation resistant and corrosion resistant open top housing and heat transformer block the target housing designed as three segments, which are arranged with respect to the block for transport and input of the beam into the target following each other, the side surface with respect to the energetic axis of the plant has the same type cylindrical or conical shape, the foot of the first for replacement and fixation suitable segment is flat or spherical, the feet of the second and third segments are spherical and between them have a distance equal to the difference of their radii, wherein the third segment of the target housing by means of piping and closure device In accordance with the second segment and the reserve block, the second segment are connected by pipes to the heat transformer, and the refillable reserve block is installed above the third target segment. This variant of the system is, in addition to advantages of the second variant, interesting in that it realizes the possibilities for achieving maximum energy generation thanks to the increase in the rate of fissionable radionuclides in the second target segment.

Das angebotene Verfahren und die Anlage werden unter Bezugnahme auf 1–13 und Tabelle 1 erläutert.The offered method and the system are described with reference to 1 - 13 and Table 1 explained.

In 1 sind die ersten sechs Etappen der Entwicklung des lawinenförmigen Prozesses der multifragmentären Kerndestruktion im Urantarget dargestellt, der vom mehrfach geladenen Ion ²³⁸U mit einer Energie von 1 GEV/Nukleon initiiert wird.In 1 The first six stages of the development of the avalanche-shaped process of the multifragmentary nuclear destruction in the uranium target, which is initiated by the multiply charged ion ²³⁸ U with an energy of 1 GEV / nucleon, are shown.

2 zeigt die Gesamtansicht der Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem kegelförmigen 1-Segmenttarget, die das angebotene Verfahren verwirklicht. 2 shows the overall view of the system for irradiation of isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy with a conical 1-segment target, which realizes the proposed method.

In 3 ist die vorgeschlagene Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie im Schnitt dargestellt.In 3 the proposed system for the irradiation of isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy is shown in section.

4 zeigt die Gesamtansicht der Anlage zum Verfahren der Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem kugelförmigen 1-Segmenttarget, die das angebotene Verfahren verwirklicht. 4 shows the overall view of the system for the irradiation of isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into heat energy with a spherical 1-segment target, which realizes the proposed method.

In 5 ist diese Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie im Schnitt dargestellt.In 5 This system is shown in section for the irradiation of isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy.

6 zeigt die Gesamtansicht der Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem zylinderförmigen 2-Segmenttarget, wo das erste Targetsegment in Form eines Zylinders ausgeführt ist. 6 shows the overall view of the system for irradiation of isotopes heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy with a cylindrical 2-segment target, where the first target segment is designed in the form of a cylinder.

In 7 ist eine solche Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie im Schnitt dargestellt.In 7 is such a system for the irradiation of isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy shown in section.

In 8 ist die Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem zylinderförmigen 2-Segmenttarget, wo das Fußstück des ersten Targetsegments in Form einer Sphäre ausgeführt ist, im Schnitt dargestellt.In 8th The system for irradiating isotopes of heavy chemical elements, for converting the nuclear energy into heat energy with a cylindrical 2-segment target, where the foot piece of the first target segment is in the form of a sphere, is shown in section.

In 9 ist die Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem kegelförmigen 2-Segmenttarget, wo das erste Targetsegment in Form eines Stumpfkegels ausgeführt ist, im Schnitt dargestellt.In 9 is the system for irradiating isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy with a conical 2-segment target, where the first target segment is designed in the form of a truncated cone, shown in section.

In 10 ist die Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem kegelförmigen 2-Segmenttarget, wo beide Targetsegmente kugelförmige Fußstücke haben, im Schnitt dargestellt. In 10 is the unit for the irradiation of isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy with a conical 2-segment target, where both target segments have spherical feet, shown in section.

11 zeigt die Gesamtansicht der Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem zylinderförmigen 3-Segmenttarget, wo das erste Targetsegment in Form eines Zylinders ausgeführt ist, während das zweite und dritte Targetsegment kugelförmige Fußstücke haben. 11 shows the overall view of the system for irradiation of isotopes heavy chemical elements, for converting the nuclear energy into heat energy with a cylindrical 3-segment target, where the first target segment is designed in the form of a cylinder, while the second and third target segment have spherical feet.

In 12 ist dieselbe Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie im Schnitt dargestellt.In 12 the same system for the irradiation of isotopes of heavy chemical elements, for the conversion of nuclear energy into thermal energy is shown in section.

In 13 ist das Schema des Kernbrennstoffkreislaufs dargestellt, der nach langlebigen Radionukliden geschlossen ist.In 13 the scheme of the nuclear fuel cycle is shown, which is closed after long-lived radionuclides.

In der Tabelle 1 ist das Verzeichnis langlebiger Radionuklide angeführt.Table 1 lists the list of long-lived radionuclides.

Dem vorgeschlagenen Verfahren liegen Ergebnisse zugrunde, die während der systematischen Analyse der Energetik des multifragmentären Zerfalls der Atomkerne von Radionukliden (von ³H bis ²⁵¹Cf) unter Einwirkung eines Strahls relativistischer Schwerpartikel (von Neutronen, Protonen, Deuteronen an bis mehrfach geladene Uranionen) erhalten wurden. Der Effekt des multifragmentären Zerfalls der Atomkerne ist längst bekannt (Experimentelle Kernphysik in zwei Büchern, K. N. Muchin, M.: Energoatomisdat, 1993, Kapitel 11, Paragraf 73 ). Trotzdem wurden bei der Erforschung dieser Erscheinung keine systematischen Berechnungen der Energetik des multifragmentären Kernzerfalls vorgenommen, der unter anderem durch Spaltbruchstücke dieses Zerfalls verursacht wird. Der Effekt der Energiefreisetzung bei Zerstörung der Targetkerne durch Spaltbruchstücke der zweiten und der nachfolgenden Generationen wurde weder entdeckt noch analysiert.The proposed method is based on results obtained during the systematic analysis of the energetics of the multifragmentation of atomic nuclei of radionuclides (from ³ H to ²⁵¹ Cf) under the influence of a beam of relativistic heavy particles (from neutrons, protons, deuterons to many times charged uranium ions) , The effect of the multifragmentary decay of atomic nuclei has long been known (Experimental Nuclear Physics in two books, KN Muchin, M .: Energoatomizdat, 1993, chapter 11, paragraph 73 ). Nevertheless, no systematic calculations of the energetics of the multifragmentation nuclear decay, which is caused, among other things, by fission fragments of this decay, were undertaken in the investigation of this phenomenon. The effect of energy release upon destruction of the target nuclei by fission fragments of the second and subsequent generations was neither discovered nor analyzed.

Die Urheber haben diese Arbeit unter Benutzung der von ihnen erarbeiteten Software auf Basis der Methodik zur Berechnung der Energie von Kernreaktionen in Targets aus unterschiedlichen chemischen Elementen unter einem relativistischen Ionenstrahl ( Physikalische Größen. Nachschlagewerk. Grigorjev I. S., Mejlichov E. S., M.: Energoatomisdat, 1991 ) und auf Basis des Massivs eingeschätzter Kerndaten über Massendefekte von Neutronen und 3288 Nukliden aus der Webseite des Nationallabors Brookhaven http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ ausgeführt. The authors have developed this work using the software developed by them on the basis of the methodology for calculating the energy of nuclear reactions in targets of different chemical elements under a relativistic ion beam ( Physical sizes. Reference guide. Grigorjev IS, Mejlichov ES, M .: Energoatomizdat, 1991 ) and up Based on the massif of estimated core data on mass defects of neutrons and 3288 nuclides from the National Laboratory Brookhaven website http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ executed.

Die Berechnungsergebnisse sollen später durch experimentelle Daten bestätigt werden.The calculation results will be confirmed later by experimental data.

Zum Resultat der ausgeführten Arbeit wurde die Entdeckung von wesentlichen vorteilhaften Besonderheiten der Energetik der multifragmentären Destruktion der Kerne langlebiger Radionuklide einschließlich aktinischer Elemente bei Targetbestrahlung mit relativistischen schweren Partikeln (mit Freisetzung der Innenkernenergie und Absorption der kinetischen Energie relativistischer Partikel), die einen positiven Beitrag elektrisch geladener Kernbruchteile zum Wachstum der Effizienz der Energiefreisetzung bezeugen. Im Ergebnis schlagen die Urheber eine neue Variante der praktischen Nutzung des genannten Effekts für die Lösung von Aufgaben und Problemen in Bereichen Energetik, Ökologie und Gesundheitsschutz vor.The result of this work was the discovery of significant advantageous features of the energetics of the multifragmentary destruction of nuclei of long-lived radionuclides including actinic elements upon targeting of relativistic heavy particles (with release of internal nuclear energy and absorption of kinetic energy of relativistic particles) Core fractions testify to the growth of energy release efficiency. As a result, the authors propose a new variant of the practical use of the above-mentioned effect for solving tasks and problems in the fields of energy, ecology and health protection.

So erfolgt zum Beispiel bei einer unelastischen Kollision eines relativistischen mehrfach geladenen ²³⁸U Ions mit einem ¹⁴C Kern deren multifragmentäre Destruktion mit dem Ausflug, nach Berechnungen, von etwa 30 Spaltfragmenten einschließlich Neutronen und Übergabe an diese der kinetischen Energie des anfliegenden Partikels. Das wahrscheinliche Resultat des Einschlags eines relativistischen Neutrons in den ²³⁸U Kern ist der Zerfall des Letzteren mit dem Ausflug von, wie aus den Berechnungen folgt, bis 30 Spaltfragmenten durch einen beliebigen Kanal und einer Energiefreisetzung. Hochenergetische Spaltfragmente, die in Hinsicht auf Ladung und Masse mit Nukliden von Chlor und aufwärts (bis einschließlich Palladium) vergleichbar sind, verursachen die Destruktion der ²³⁸U-Kerne mit einem Ausflug von, wie aus den Berechnungen folgt, maximal 33 Spaltfragmenten mit einer begleitenden Energiefreisetzung. Bei der multifragmentären Destruktion des ¹³⁷Cs Kerns mit einer ähnlichen Übergabe der kinetischen Energie eines gleichen relativistischen Partikels an eine Menge der ausfliegenden Spaltfragmente kann sich deren Anzahl, wie aus den Berechnungen folgt, auf 35 belaufen.For example, in an inelastic collision of a relativistic multiply charged ²³⁸ U ion with a ¹⁴ C nucleus, its multifragmentary destruction with the excursion occurs, according to calculations, from about 30 fission fragments including neutrons and transfer to them the kinetic energy of the approaching particle. The probable result of the impact of a relativistic neutron on the ²³⁸ U nucleus is the decay of the latter with the excursion from, as shown by the calculations, to 30 fission fragments through an arbitrary channel and an energy release. High energy fission fragments, which are comparable in charge and mass to nuclides of chlorine and upwards (up to and including palladium), cause the destruction of the ²³⁸ U cores with an excursion of, according to the calculations, a maximum of 33 fission fragments with an accompanying energy release , In the multifragmentary destruction of the ¹³⁷ Cs nucleus, with a similar transfer of the kinetic energy of a similar relativistic particle to a set of fission fragments, their number may be 35, as calculated.

Gleichartige Ergebnisse wurden auch für hochenergetische Produkte einer multifragmentären Destruktion der Targetkerne erhalten, die ihrerseits die nachfolgenden Targetkerne treffen und eine Destruktion der Letzteren bedingen. Die entstandenen elektrisch geladenen Kernfragmente und Neutronen, die nicht nur die kinetische Energie des angeflogenen Partikels sondern auch diejenige Energie, die infolge der multifragmentären Destruktion häufig freigesetzt wird, wegtransportieren, erzeugen bei weiteren Zusammenstößen mit Targetkernen die nächste Generation sekundärer Teilchen und starten somit den lawinenartigen Prozess der Targetmaterialzerstörung. Similar results were also obtained for high-energy products of multifragmentary destruction of the target nuclei, which in turn hit the subsequent target nuclei and caused a destruction of the latter. The resulting electrically charged nuclear fragments and neutrons, which are not only the transport away the kinetic energy of the targeted particle but also the energy that is often released as a result of the multifragmentary destruction, generate the next generation of secondary particles in further collisions with target nuclei and thus start the avalanche-like process of target material destruction.

Die 1 illustriert die ersten sechs Etappen der Entwicklung des Prozesses der multifragmentären Kerndestruktion im ²³⁸U durch das 32-fach-geladene Ion des ²³⁸U mit einer Energie von 1 GEV/Nukleon am Beispiel der Entstehung in der ersten Generation von 6 hinsichtlich der Masse vergleichbaren, elektrisch geladenen Fragmenten und 39 Neutronen:

• 1. Zusammenstoß des beschleunigten Ions des ²³⁸U mit einem Targetkern.
• 2. Entstehung hochenergetischer Spaltfragmente der ersten Generation mit Freisetzung von 194 MEV (~3·10¹² Varianten der Realisierung).
• 3. Streuung der Spaltfragmente der ersten Generation.
• 4. Zusammenstoß der Spaltfragmente der ersten Generation mit Targetkernen.
• 5. Entstehung hochenergetischer Spaltfragmente der zweiten Generation mit Freisetzung, entsprechend den Berechnungen, von ungefähr 190 MEV (über 2·10⁸ Varianten der Realisierung der Energie).
• 6. Streuung der Spaltfragmente der zweiten Generation.

The 1 illustrates the first six stages of the development of the process of the multifragmentary nuclear destruction in the ²³⁸ U by the 32-fold-charged ion of the ²³⁸ U with an energy of 1 GEV / nucleon using the example of formation in the first generation of 6 comparable in mass, electrically charged fragments and 39 neutrons:

• 1. Collision of the accelerated ion of the ²³⁸ U with a target nucleus.
• 2. Generation of high-energy fission fragments of the first generation with release of 194 MEV (~ 3 · 10 ¹² variants of the realization).
• 3. Scattering of fission fragments of the first generation.
• 4. Collision of fission fragments of the first generation with target cores.
• 5. Generation of high-energy fission fragments of the second generation with release, according to calculations, of about 190 MEV (over 2 · 10 ⁸ variants of realization of energy).
• 6. Scattering of fission fragments of the second generation.

Die 1 charakterisiert das angebotene Verfahren und zeigt, dass ein jedes Neutron und ein jedes elektrisch geladenes Fragment der ersten Generation das Entstehen von, wie aus den Berechnungen folgt, mindestens 10 hochenergetischen Spaltfragmenten mit Freisetzung von ungefähr 190 MEV verursachen können. Dabei erzeugt ein Partikel des Strahls mindestens zwei Generationen von Spaltfragmenten, zerstört hierdurch, wie aus den Berechnungen folgt, etwa 450 Targetkerne und setzt etwa 194 ÷ 45·193 MEV = 8.7 GEV an Innenkernenergie frei. Bei der Erzeugung einer dritten Generation solcher Spaltfragmente steigt die Anzahl der zerstörten Kerne, wie aus den Berechnungen folgt, auf 4500, wobei etwa 194 ÷ 450·190 MEV = 86 GEV freigesetzt werden.The 1 characterizes the method offered and shows that each neutron and each electrically charged first generation fragment can cause the generation of at least 10 high energy fission fragments with release of approximately 190 MEV, as calculated. A particle of the beam produces at least two generations of fission fragments, thereby destroying about 450 target cores as shown in the calculations and releasing about 194 ÷ 45 · 193 MEV = 8.7 GEV of internal nuclear energy. When generating a third generation of such fission fragments, the number of cores destroyed, as calculated from the calculations, increases to 4500, releasing about 194 ÷ 450 · 190 MEV = 86 GEV.

Auf diese Weise entsteht und entwickelt sich der lawinenförmige Prozess der Atomkerndestruktion, darunter durch elektrisch geladene Fragmente dieser Atomkerne, deren Energie die Coulomb-Barriere der Kerne überschreitet, die auf der Bewegungslinie der Fragmente von Targetkernen liegen, mit deren nachfolgender Zerstörung.In this way, the avalanche-like process of atomic nucleus destruction develops and develops, including electrically charged fragments of these nuclei, whose energy exceeds the Coulomb barrier of the nuclei, which lie on the line of movement of the fragments of target nuclei, with their subsequent destruction.

Eine derartige Verfolgung der Kette von Ereignissen, die mit dem wahrscheinlichen Schicksal anderer Kernspaltfragmente der ersten Generation, insbesondere aus der 6-fragmentären Destruktion der ²³⁸U-Kerne zusammenhängen, führt zu ähnlichen, den so genannten schleifenartigen, d.h. auf die hinsichtlich Masse und Ladung äquivalenten Fragmente, mit denen diese Folgen von Zerstörungsereignissen der Targetkerne beginnen, geschlossenen Ketten. Die angegebenen Folgen, selbstverständlich von verschiedenen Größen, existieren beim Zerfall der Targetkerne in eine beliebige andere Anzahl der Fragmente aus einer Menge von Varianten, die vom Erhaltungsgesetz der Energie, des Impulses, der elektrischen und Barionenladung zugelassen und in diesem Prozess realisiert werden.Such tracking of the chain of events associated with the probable fate of other first-generation nuclear fission fragments, particularly the 6-fragment destruction of the ²³⁸ U cores, results in similar, so-called loop-like, ie equivalent mass and charge Fragments that begin these consequences of destructive events of the target nuclei are closed chains. The specified sequences, of course of different sizes, exist in the decay of the target nuclei into any other number of fragments from a set of variants that are allowed by the conservation law of energy, momentum, and electric and barion charge and realized in this process.

Auf diese Weise wird beim angegebenen Verlauf der Destruktionsprozesse eine in Bezug auf Leistung vergleichbare Menge von schleifenartigen Folgen von Zerstörungsereignissen der Targetkerne realisiert. Anders gesagt, läuft die Erreichung einer für die Praxis geeigneten Leistung einer Menge von derartigen Folgen, die im Target von relativistischen Partikeln des Strahls initiiert werden, unter sonst gleichen Bedingungen auf den Erwerb durch diese einer dafür genügenden Energie hinaus. In diesem Fall wird ein jedes Partikel im Strahl fähig, eine ziemlich große Anzahl der Targetkerne zu entsorgen, was zu einer entsprechenden Senkung der Anforderungen an die Stromintensität des Beschleunigers führt. In this way, a comparable amount of loop-like consequences of destruction events of the target cores is realized at the specified course of the destruction processes. In other words, the attainment of a practical performance of a set of such sequences initiated in the target of relativistic particles of the beam, under otherwise equal conditions, amounts to acquisition by that energy sufficient therefor. In this case, each particle in the jet will be able to dispose of a fairly large number of target cores, resulting in a corresponding reduction in the current intensity requirements of the accelerator.

Die Bedeutung des beschriebenen Effekts der Verstärkung der Kerndestruktion im Targetinhalt besteht in Folgendem.The significance of the described effect of enhancing the core destruction in the target content is as follows.

Erstens, durch Platzierung im strahlseitigen Targetsegment und angemessene Bestrahlung unter dem Strahl aus schweren geladenen Teilchen, die bis auf relativistische Energien beschleunigt sind, verschiedener Materialien einschließlich langlebiger Radionuklide nach Tabelle 1, kann man deren praktisch komplette Entsorgung durch mehrfache Wiederverwendung des entsprechenden bestrahlten Targetinhalts mittels gekoppelter radiochemischer Regenerierung und Refabrikation erreichen.First, by placement in the beamside target segment and adequate irradiation under the beam of heavy charged particles accelerated to relativistic energies of various materials including long lived radionuclides according to Table 1, their virtually complete disposal can be coupled by multiple reuse of the corresponding irradiated target content achieve radiochemical regeneration and refabrication.

Zweitens, Produkte der Entsorgung radioaktiver Abfälle, sowohl abgetrennter, d.h. mit vorwiegend langlebigen Radionukliden, als auch nicht abgetrennter (und/oder chemischer) Abfälle, des abgearbeiteten Kernbrennstoffs aus Forschungs-, Industrie- und Energiereaktoren können nach entsprechender Kühlung und nachfolgender radiochemischer und sonstiger Verarbeitung in verschiedenen Zweigen der Volkswirtschaft Anwendung finden. Das ist darauf zurückzuführen, dass die genannten Produkte hauptsächlich stabile und durch Neutronendefizit gekennzeichnete Nuklide sind. Die letzteren (in überwiegender Mehrheit) unterscheiden sich bekanntlich von Nukliden mit Neutronenüberschuss, die im Brennstoff heutiger Reaktoren anfallen, durch signifikant kürzere Halbwertzeiten.Secondly, radioactive waste management products, both separated, ie with predominantly long-lived radionuclides, and non-separated (and / or chemical) wastes Nuclear fuel from research, industrial and energy reactors can be used after appropriate cooling and subsequent radiochemical and other processing in various branches of the economy. This is because these products are mainly stable and neutron-deficient nuclides. The latter (overwhelmingly) are known to differ from neutron-surplus nuclides produced in fuel of today's reactors by significantly shorter half-lives.

Drittens, bei einer vollständigen Absorption des Flusses sekundärer Neutronen im entsprechenden Targetsegment erfolgt die Erzeugung spaltbarer Radionuklide mit einer entsprechenden Erhöhung der Energieerzeugung im Target und Umwandlung in die elektrische Energie, die unter anderem die für die Beschleunigung der Partikel im Strahl verbrauchte elektrische Energie kompensiert. Die anfallende überschüssige elektrische Energie kann von anderen Verbrauchern solcher Energie benutzt werden.Third, with complete absorption of the secondary neutron flux in the corresponding target segment, fissile radionuclide generation occurs with a corresponding increase in target energy production and conversion to electrical energy, which inter alia compensates for the electrical energy consumed in the acceleration of the particles in the beam. The resulting excess electrical energy can be used by other consumers of such energy.

Die vorgeschlagene Anlage besteht aus einem Beschleuniger, einem tief unterkritischen Target, aus Blöcken für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, einem Wärmetransformator und Reserveblock.The proposed system consists of an accelerator, a deep subcritical target, blocks for transport and input of the jet into the target, a heat transformer and reserve block.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Beschleuniger des relativistischen Ionenstrahls Accelerator of the relativistic ion beam

22

Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target Block for transport and input of the beam into the target

33

Target target

44

Reserveblock reserve block

55

Wärmetransformator heat transformer

66

Rohrleitung zur Targeteinspeisung Piping for target feed

77

Verschlussvorrichtung des Reserveblocks Closing device of the reserve block

8, 9, 10, 118, 9, 10, 11

Rohrleitungen des Kühlmittels Pipelines of the coolant

1212

das erste Targetsegment the first target segment

1313

das zweite Targetsegment the second target segment

1414

das dritte Targetsegment the third target segment

1515

Rohrleitung zur Einspeisung des zweiten Targetsegments mit dem Material des dritten Targetsegments Pipe for feeding the second target segment with the material of the third target segment

1616

Verschlussvorrichtung des dritten Targetsegments Closure device of the third target segment

Die Erzeugung von Strahlen relativistischer schwerer Ionen erfolgt mit Hilfe des Rückwärtswellen-Linearbeschleunigers 1 ( ULOV, s. A. S. Bogomolow, T. S. Bakirov „Ionenbeschleuniger für industrielle Nutzung“, M., Kuna, 2012, 87 S. ), wobei die zu beschleunigenden mehrfach geladenen Ionen eine Energie von mindestens 100 MEV pro Nukleon erreichen. Die Überschreitung des genannten Energiewertes der mehrfach geladenen Ionen erlaubt, die überschüssige Energie praktisch komplett für die Initiierung der oben beschriebenen Vielfalt nuklearer Prozesse einzusetzen.The generation of beams of relativistic heavy ions takes place with the aid of the reverse-wave linear accelerator 1 (FIG. ULOV, s. AS Bogomolov, TS Bakirov "Ion accelerator for industrial use", M., Kuna, 2012, 87 p. ), wherein the multiply charged ions to be accelerated reach an energy of at least 100 MEV per nucleon. Exceeding the above-mentioned energy value of the multiply charged ions makes it possible to use the surplus energy practically completely for the initiation of the above-described diversity of nuclear processes.

Der Abstand zwischen der Baugruppe im Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, von wo aus der Strahl unmittelbar auf das mit dem Block angrenzende Targetsegment gerichtet wird, und dem letztgenannten wird unter der Bedingung der Minimierung negativer Einwirkungen ionisierender Strahlung des zu bestrahlenden Stoffes in diesem Segment auf die genannte Baugruppe bestimmt.The distance between the assembly in the block for transport and input of the beam into the target, from where the beam is directed directly to the target segment adjacent to the block, and the latter is in the condition of minimizing negative effects of ionizing radiation of the substance to be irradiated in This segment is determined on the specified module.

Das Material des 1-Segment-Targets 3 und des ersten Segments 12 des 2- und 3-Segment-Targets wird aus radioaktiven Abfällen, sonstigen Stoffen, die für eine direkte Destruktion bestimmte langlebige Radionuklide, darunter kleine Aktiniden (Plutonium und minore Aktiniden) enthalten, und/oder aus dem abgearbeiteten Kernbrennstoff in Form einer tiefschmelzenden eutektischen Mischung vom Typ U-Fe zusammengesetzt. Diese Materialen können anfänglich fest oder flüssig sein. Die Schichtstärke dieser Materialien in der Strahltrajektorie wird für das 1-Segmenttarget 3 unter der Voraussetzung bestimmt, dass hier nicht nur der primäre Strahl, sondern auch der Fluss sekundärer Partikel einschließlich Neutronen vollständig absorbiert wird. Die Schichtstärke und die Leistung des Beschleunigerstrahls bedingen die Möglichkeit einer kompletten Verschmelzung des Targetinhalts. Die Stärke des ersten Segments 12 im 2- und 3-Segmenttarget wird unter der Voraussetzung bestimmt, dass hier die Umwandlung der meisten primären Teilchen des Strahls in einen Fluss sekundärer Partikel gesichert wird, wobei in diesem Segment eine überwiegende Mehrheit der Destruktionsprodukte mit Neutronendefizit entsteht. Infolge der Freisetzung der Innenkernenergie auch bei einer relativ tiefen Multifragmentierung der Atomkerne, wächst die Temperatur des Materials im ersten Segment 12 auf Werte, die mindestens eine Teilverschmelzung des Materials bedingen. Die Dauer der Bestrahlung (mit Akkumulation der Destruktionsprodukte der Atomkerne) des ersten Segments 12 im 2- und 3-Segmenttarget mit dem Strahl wird in der Regel durch Berechnungsverfahren ermittelt, ausgehend von der Notwendigkeit, eine zweckgemäße Zerstörungsrate des Targetmaterials bei Aufrechterhaltung einer noch ausreichenden Festigkeit des entsprechenden Gehäuses zu bewirken. Nach der Erreichung der vorgegebenen Bestrahlungsdosis wird das Material dieses Segments durch ein neu vorbereitetes Material ersetzt, mit nachfolgender Kühlung und Übergabe des bestrahlten Materials in einen radiochemischen Betrieb als Rohstoff für die Herstellung neuer Partien von Materialien mit Radionukliden, welche für die Verbrennung unter dem Beschleunigerstrahl der Anlage bestimmt sind. In diesem Zusammenhang ist zu betonen, dass hier eine Betriebsdauer der vorgeschlagenen Anlage erreicht wird, die unvergleichbar größer ist, als die Dauer der Akkumulation der Destruktionsprodukte der Atomkerne nicht nur im ersten Targetsegment, sondern im ganzen Target.The material of the 1-segment target 3 and the first segment 12 of the 2- and 3-segment target is derived from radioactive waste, other substances containing long-lived radionuclides destined for direct destruction, including small actinides (plutonium and minor actinides) and / or from the spent nuclear fuel in the form of a low-melting eutectic mixture composed of the type U-Fe. These materials may initially be solid or liquid. The layer thickness of these materials in the beam trajectory is for the 1-segment target 3 provided that not only the primary beam but also the flow of secondary particles including neutrons is completely absorbed. The layer thickness and the performance of the accelerator beam require the possibility of a complete fusion of the target content. The strength of the first segment 12 in the 2-segment and 3-segment target, it is determined that the conversion of most of the primary particles of the beam into a flow of secondary particles is ensured here, in which segment a vast majority of the neutron-deficient destruction products are formed. As a result of the release of the inner nuclear energy even with a relatively deep multi-fragmentation of the atomic nuclei, the temperature of the material in the first segment increases 12 to values that require at least a partial fusion of the material. The duration of the irradiation (with accumulation of the atomic nucleus destruction products) of the first segment 12 in the 2- and 3-segment target with The beam is typically determined by calculation methods based on the need to effect a reasonable rate of destruction of the target material while still maintaining sufficient strength of the corresponding housing. After the predetermined irradiation dose has been reached, the material of this segment is replaced with a newly prepared material, with subsequent cooling and transfer of the irradiated material to radiochemical operation as a raw material for the production of new lots of radionuclide materials which are burned under the accelerator beam Plant are determined. In this context, it should be emphasized that here an operating life of the proposed system is achieved, which is incomparably greater than the duration of accumulation of the atomic nuclei destruction products not only in the first target segment, but in the entire target.

Das Material des zweiten Segments 13 des Targets (6–10 und 12) wird vor allem aus Aktiniden, auch unter Benutzung vom abgereicherten und/oder regenerierten Uran, und/oder aus dem abgearbeiteten Kernbrennstoff mit strenger Einhaltung der Bedingung über die tiefe Unterkritikalität hergestellt. In diesem Targetsegment erfolgt die hauptsächliche Energiefreisetzung durch alle Varianten der Destruktion, bei denen die Innenkernenergie freigesetzt wird. Dafür wird das Material des zweiten Segments in Form einer tiefschmelzenden eutektischen Mischung vom Typ U-Fe gebildet, die unter dem intensiven Teilchenfluss bis auf die Schmelztemperatur aufgeheizt und deren Schmelze danach als primäres Kühlmittel für die Übertragung der Abwärme aus dem Target durch Rohrleitungen 8–11 verwendet wird (6–12). Neben der Abführung überschüssiger Wärme aus dem Target dienen die Rohrleitungen auch für die Homogenisierung des Targetinhalts infolge der tatsächlichen Durchmischung. Eine derartige eutektische Mischung wird auch für die Überführung in die flüssige Form des Materials des dritten Segments 14 des 3-Segmenttargets (11 und 12) eingesetzt, das für die Entsorgung des aus dem zweiten Targetsegment 13 herausgehenden Flusses von Neutronen bestimmt ist, die hier ihre Fähigkeit zur Spaltung der ²³²Th- und/oder ²³⁸U-Kerne verloren haben, mit Reproduktion spaltbarer Nuklide. Die genannte eutektische Mischung kann in sämtlichen Segmenten aller drei Targetvarianten durch eine Schmelze flüssiger Salze entsprechender chemischer Elemente oder deren Kompositionen ersetzt werden.The material of the second segment 13 of the target ( 6 - 10 and 12 ) is mainly produced from actinides, also using depleted and / or regenerated uranium, and / or from the spent nuclear fuel with strict adherence to the condition of deep subcriticality. In this target segment, the main release of energy takes place through all variants of the destruction, in which the inner nuclear energy is released. For this purpose, the material of the second segment is formed in the form of a deep-melting eutectic mixture of the U-Fe type, which is heated up to the melting temperature under the intensive flow of particles, and the melt is thereafter used as the primary coolant for the transfer of the waste heat from the target through pipelines 8th - 11 is used ( 6 - 12 ). In addition to the removal of excess heat from the target, the pipes also serve for the homogenization of the target content as a result of the actual mixing. Such a eutectic mixture also becomes suitable for conversion to the liquid form of the material of the third segment 14 of the 3-segment target ( 11 and 12 ) used for the disposal of the second target segment 13 outgoing flux of neutrons that have lost their ability to split the ²³² Th and / or ²³⁸ U nuclei, with the reproduction of fissionable nuclides. The said eutectic mixture can be replaced in all segments of all three target variants by a melt of liquid salts of corresponding chemical elements or their compositions.

Die Menge des Materials des dritten Segments 14 des 3-Segmenttargets wird mit einem ausreichenden Überschuss gebildet, der eine rechtzeitige Kompensation der unvermeidlichen Senkung des Materialniveaus des zweiten Segments 13 nicht nur infolge dessen Übergangs in eine flüssige Form durch Aufheizung, sondern auch infolge einer dauerhaften Verbrennung unter dem Strahl durch die Übertragung einer entsprechenden Menge der Schmelze des Materials des dritten Segments 14 des Targets aus dem beheizten Reserveblock 4 (11 und 12), der oberhalb des dritten Targetsegments auf der Höhe des natürlichen Triebs installiert wird, durch die Rohrleitung zur Targeteinspeisung 6 und die Verschlussvorrichtung 7 erlaubt. Die gleiche Funktion erfüllt der Reserveblock 4 in Varianten der Anlage mit einem 1-Segement- und 2-Segmenttarget (2–10). Durch die Rohrleitung zur Targeteinspeisung 6 und die Verschlussvorrichtung 7 erfolgt aus dem Reserveblock die Kompensation der Senkung des Materialniveaus in denjenigen Targetsegmenten, wo die hauptsächliche Wärmefreisetzung vor sich geht. Diesbezüglich ist zu bemerken, dass in 1–12 der Grundzustand der Verschlussvorrichtungen als „geschlossen“ bezeichnet ist.The amount of material of the third segment 14 of the 3-segment target is formed with a sufficient surplus, which is a timely compensation for the inevitable lowering of the material level of the second segment 13 not only as a result of its being converted to a liquid form by heating, but also due to permanent combustion under the jet by the transfer of a corresponding amount of the melt of the material of the third segment 14 of the target from the heated reserve block 4 ( 11 and 12 ), which is installed above the third target segment at the height of the natural shoot, through the pipeline for target injection 6 and the closure device 7 allowed. The same function is fulfilled by the reserve block 4 in variants of the plant with a 1-segment and 2-segment target ( 2 - 10 ). Through the pipeline to the target feed 6 and the closure device 7 From the reserve block, the compensation of the lowering of the material level takes place in those target segments where the main heat release takes place. In this regard, it should be noted that in 1 - 12 the basic state of the closure devices is referred to as "closed".

Um den Schwund des Inhalts des zweiten Segments 13 des 3-Segment-Targets zu kompensieren, wird aus dem Gehäuse des dritten Segments 14 mit einer Pumpe in der Verschlussvorrichtung 16 durch die Rohrleitung 15 (11 und 12) eine entsprechende Menge des mit spaltbaren Nukliden angereicherten bestrahlten Materials des dritten Segments 14 des Targets transportiert.To the disappearance of the contents of the second segment 13 of the 3-segment target is removed from the housing of the third segment 14 with a pump in the closure device 16 through the pipeline 15 ( 11 and 12 ) an appropriate amount of fissile nuclide enriched irradiated material of the third segment 14 of the target transported.

Die Anlage funktioniert folgenderweise. The system works as follows.

Im stationären Regime wird der Beschleunigerstrahl 1 mehrfach geladener Ionen ²³⁸U mit einem Durchschnittsstrom von etwa 1 mA und einer Energie von 1GEV/Nukleon mittels Block 2 für Transport und Eingabe des Strahls ins Target entweder auf das Target 3 der Anlage mit dem 1-Segmenttarget (2–5) oder auf das erste Segment 12 des 2- oder 3-Segment-Targets (6–12) gerichtet.In the stationary regime, the accelerator beam 1 multiply charged ions ²³⁸ U with an average current of about 1 mA and an energy of 1GEV / nucleon by block 2 for transport and input of the beam into the target either on the target 3 the plant with the 1-segment target ( 2 - 5 ) or on the first segment 12 of the 2- or 3-segment target ( 6 - 12 ).

Im Falle des 1-Segmenttargets 3 (2–5) mit einem kegelförmigen oder kugelförmigen Gehäuse und dem aus radioaktiven Abfällen und/oder Aktiniden und/oder aus dem abgearbeiteten Kernbrennstoff zusammengesetzten Material generiert der Strahl primärer Partikel einen Fluss sekundärer Teilchen, deren erste Generationen ebenfalls Targetkerne zerstören. Im unteren Teil des Targets 3 wird der Fluss sekundärer Teilchen entsorgt. Dabei wird die Innenkernenergie freigesetzt, die sich im Target in die Wärmeenergie verwandelt. Der Schwund des Targetmaterials wird aus dem Reserveblock 4 durch die Rohrleitung 6 mit der Verschlussvorrichtung 7 kompensiert. Die überschüssige Wärme aus dem Target 3 wird mit Hilfe von Rohrleitungen 8, 9, 10, 11 in den Wärmetransformator 5 abgeführt, wo sie in die elektrische Energie verwandelt wird.In the case of the 1-segment target 3 ( 2 - 5 ) with a cone-shaped or spherical housing and the material composed of radioactive waste and / or actinides and / or from the spent nuclear fuel, the jet of primary particles generates a flow of secondary particles whose first generations also destroy target nuclei. In the lower part of the target 3 the flow of secondary particles is disposed of. The inner nuclear energy is released, which turns into heat energy in the target. The shrinkage of the target material is removed from the reserve block 4 through the pipeline 6 with the closure device 7 compensated. The excess heat from the target 3 is with the help of piping 8th . 9 . 10 . 11 in the heat transformer 5 dissipated, where it is transformed into electrical energy.

In der zweiten Variante der Anlage mit einem 2-Segmenttarget (6–10) im Gehäuse, dessen Seitenfläche eine zylindrische oder kegelartige Form hat, das Fußstück des ersten Segments 12 flach oder kugelförmig ist, der Inhalt des ersten Segments mit dem Targetinhalt in der ersten Variante der Anlage identisch ist, wobei das zweite Segment 13 mit Aktiniden und/oder dem abgearbeiteten Kernbrennstoff mit Einhaltung der Bedingung über die tiefe Unterkritikalität gefüllt wird, erzeugt der primäre Strahl einen Fluss sekundärer Teilchen im ersten Segment und verwandelt die Kerne des hier enthaltenen Materials in Kerne mit Neutronendefizit. Der Fluss sekundärer Teilchen im zweiten Segment sorgt für die hauptsächliche Energiefreisetzung und wird auf die gleiche Weise wie im 1-Segmenttarget entsorgt. Der Schwund des Targetmaterials wird aus dem Reserveblock 4 durch die Rohrleitung 6 mit der Verschlussvorrichtung 7 kompensiert. Die überschüssige Wärme aus dem zweiten Targetsegment 13 wird mit Hilfe von Rohrleitungen 8, 9, 10, 11 in den Wärmetransformator 5 abgeführt, wo sie in den elektrischen Strom verwandelt wird. In the second variant of the plant with a 2-segment target ( 6 - 10 ) in the housing, the side surface of which has a cylindrical or conical shape, the foot piece of the first segment 12 is flat or spherical, the content of the first segment is identical to the target content in the first variant of the plant, wherein the second segment 13 is filled with actinides and / or the spent nuclear fuel in compliance with the deep subcriticality condition, the primary jet creates a flow of secondary particles in the first segment and transforms the nuclei of the material contained therein into neutron deficient nuclei. The flow of secondary particles in the second segment provides the main energy release and is disposed of in the same manner as in the 1-segment target. The shrinkage of the target material is removed from the reserve block 4 through the pipeline 6 with the closure device 7 compensated. The excess heat from the second target segment 13 is with the help of piping 8th . 9 . 10 . 11 in the heat transformer 5 removed where it is transformed into electricity.

In der dritten Variante der Anlage (12) mit einem 3-Segmenttarget hat die Seitenfläche der Segmente eine zylindrische oder kegelartige Form, das Fußstück des ersten Segments ist flach oder kugelförmig, die Fußstücke des zweiten und dritten Segments sind kugelförmig und liegen voneinander in einem Abstand gleich der Differenz deren Radien. Der Abstand zwischen den Gehäusen des zweiten und des dritten Segments wird unter der Voraussetzung bestimmt, dass im dritten Segment der Fluss sekundärer Neutronen aus dem zweiten Segment vollständig absorbiert wird. Im dritten Segment erfolgt die komplette Entsorgung des Neutronenflusses. Das dritte Targetsegment ist mittels Rohrleitungen und Verschlussvorrichtungen entsprechend mit dem zweiten Segment und dem Reserveblock verbunden. Das erste Segment 12 und das zweite Segment 13 sind mit den gleichen Materialien gefüllt wie entsprechende Segmente des 2-Segmenttargets, das Material des dritten Targetsegments wird aus dem abgereicherten und/oder regenerierten ²³⁸U und/oder ²³²Th gebildet, das zweite Segment sichert die Energiefreisetzung, im dritten Segment 14 erfolgt die Entsorgung des sekundären Flusses von Neutronen, die das Potential zur Spaltung der ²³⁸U- und/oder ²³²Th-Kerne verloren haben, durch Umwandlung dieser Kerne in spaltbare Radionuklide.In the third variant of the plant ( 12 ) with a 3-segment target, the side surface of the segments has a cylindrical or conical shape, the foot of the first segment is flat or spherical, the feet of the second and third segments are spherical and spaced from each other by a distance equal to the difference in their radii. The distance between the housings of the second and third segments is determined on condition that the flow of secondary neutrons from the second segment is completely absorbed in the third segment. In the third segment, the complete disposal of the neutron flux takes place. The third target segment is connected by means of pipelines and closure devices respectively to the second segment and the reserve block. The first segment 12 and the second segment 13 are filled with the same materials as corresponding segments of the 2-segment target, the material of the third target segment is formed from the depleted and / or regenerated ²³⁸ U and / or ²³² Th, the second segment secures the energy release, in the third segment 14 the disposal of the secondary flux of neutrons that have lost the potential to cleave the ²³⁸ U and / or ²³² Th nuclei occurs by converting these nuclei into fissionable radionuclides.

Die oben erwähnte Bestimmung der Anlage (Erzeugung von Wärme- und Elektroenergie, Entsorgung langlebiger Radionuklide) bildet die Grundlage für die Schaffung einer ganzheitlichen Menge von entsprechenden geschlossenen Kernbrennstoffzyklen – in Bezug auf langlebige Radionuklide, einschließlich der Erzeugung der Wärme- und Elektroenergie durch Freisetzung der Kernenergie, in Bezug auf chemische Abfälle.The above-mentioned determination of the plant (generation of heat and electric energy, disposal of long-lived radionuclides) forms the basis for the creation of a holistic amount of corresponding closed nuclear fuel cycles - in terms of long-lived radionuclides, including the generation of heat and electricity by release of nuclear energy , in terms of chemical waste.

Als Beispiel ist in der 13 das Schema des Kernbrennstoffkreislaufs dargestellt, der in Bezug auf langlebige Radionuklide geschlossen ist. Daraus folgt, dass praktisch der gesamte abgearbeitete Kernbrennstoff sowie radioaktive Abfälle, die unter anderem Plutonium und minore Aktiniden enthalten, die in einem solchen Kernbrennstoffkreislaufs anfallen, in den verbundenen Entsorgungszyklus geliefert werden, der die vorgeschlagene Anlage, ein Lager für die Kühlung der darin bestrahlten Materialien, radiochemische Verarbeitung, einen Betrieb für die Vorbereitung der Materialien mit langlebigen Radionukliden (und/oder der chemischen Abfälle) auf die Bestrahlung enthält. In diesem Fall gehören dazu Materialien, die ²³²Th und/oder ²³⁸U enthalten und unter anderem für die Reproduktion spaltbarer Nuklide in der Anlage eingesetzt werden. Produkte des Entsorgungszyklus langlebiger Radionuklide sind die Wärmeenergie und die Elektroenergie, die nicht nur innerhalb sondern auch außerhalb des Kernbrennstoffkreislaufs benötigt werden.As an example, in the 13 presented the scheme of the nuclear fuel cycle, which is closed in relation to long-lived radionuclides. It follows that virtually all of the spent nuclear fuel, as well as radioactive waste containing, inter alia, plutonium and minor actinides arising in such a nuclear fuel cycle, are delivered to the associated disposal cycle, the proposed facility, a warehouse for the cooling of the materials irradiated therein , radiochemical processing, an operation for the preparation of materials containing long-lived radionuclides (and / or chemical waste) on the irradiation contains. In this case, these include materials that contain ²³² Th and / or ²³⁸ U and are used, inter alia, for the reproduction of fissionable nuclides in the plant. Products of the long-lived radionuclide disposal cycle are the heat energy and the electric energy needed not only inside but also outside the nuclear fuel cycle.

Im genannten Entsorgungszyklus werden radioaktive Abfälle bergbaulicher, hydrometallurgischer und sonstiger Betriebe, abgereichertes Uran aus der Urananreicherung nach Isotop ²³⁵U, abgearbeiteter Kernbrennstoff, regeneriertes Uran, Plutonium und minore Aktiniden sowie radioaktive Abfälle radiochemischer Betriebe verarbeitet.In the disposal cycle radioactive waste from mining, hydrometallurgical and other operations, depleted uranium from uranium enrichment to isotope ²³⁵ U, spent nuclear fuel, regenerated uranium, plutonium and minor actinides as well as radioactive waste from radiochemical operations are processed.

Das Schema in der 13 ist für die Bildung von Kernbrennstoffzyklen aller Art (U, U-Pu, Th-U etc.), die in Bezug auf langlebige Radionuklide geschlossen sind, für praktisch realisierbare Kombinationen mit und ohne Schnellneutronenreaktoren, mit Einsatz weiterer Arten von Anlagen und Betrieben, bei deren Funktion unvermeidlich radioaktive Abfälle entstehen, mit einem kompletten prinzipiellen Verzicht auf die heute praktizierte Endlagerung derartiger Abfälle geeignet.The scheme in the 13 is for the formation of nuclear fuel cycles of all kinds (U, U-Pu, Th-U, etc.), which are closed in relation to long-lived radionuclides, for practically feasible combinations with and without high-speed neutron reactors, with use of other types of equipment and operations whose function inevitably produces radioactive waste, with a complete principle waiver of the currently practiced disposal of such waste suitable.

Es ist zu betonen, dass dieser Entsorgungszyklus auch eine eigenständige Bedeutung hat, wenn in diese Entsorgung nicht nur der abgearbeitete Kernbrennstoff, radioaktive Abfälle aus dessen Verarbeitung, Thorium, Uran, Plutonium und minore Aktiniden, sondern auch radioaktive Abfälle anderer Herkunft, die zum Beispiel bei der Demontage von alten oder frühzeitig außer Betrieb gesetzten Kernreaktoren und/oder ähnlichen Anlagen anfallen, übergeben werden.It should be emphasized that this cycle of disposal also has its own significance, if not only the nuclear fuel, radioactive waste resulting from its processing, thorium, uranium, plutonium and minor actinides, but also radioactive waste of other origins, such as dismantling of old or prematurely decommissioned nuclear reactors and / or similar plants.

Ähnlich werden in anderen Industriezweigen geschlossene Betriebszyklen in Bezug auf entsprechende chemische Abfälle gebildet, die in einen ähnlichen Entsorgungszyklus wie in 13 geliefert werden, der mit Einsatz der vorgeschlagenen Entsorgungsanlage geschaffen, aber an die vorwiegende Verbrennung chemischer Elemente aus branchentypischen Abfällen angepasst ist. In diesem Fall bekommt dieser Industriezweig Wärmeund Elektroenergie für den Eigenbedarf, während aus dem verbundenen Kernbrennstoffkreislauf in den Entsorgungszyklus die oben genannten Verbrauchsmaterialien und Zubehörteile geliefert werden. Similarly, in other industries, closed cycles of operation are formed with respect to corresponding chemical wastes that fall into a similar disposal cycle as in 13 provided with the use of the proposed disposal plant, but adapted to the predominant combustion of chemical elements from industry-typical waste. In this case, this industry gets heat and electric energy for its own use, while from the associated nuclear fuel cycle in the disposal cycle, the above consumables and accessories are supplied.

Somit erlaubt eine vollumfassende Implementierung des vorgeschlagenen Verfahrens und der Anlage zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie nicht nur die Erreichung einer logischen Abgeschlossenheit und ökologischen Schlüssigkeit der bestehenden und neu projektierten Typen und Abarten von Kernbrennstoffzyklen mit vollständiger Erfüllung entsprechender Anforderungen der IAEA (Unbegrenztheit der Vorräte des Brennstoffrohstoffs, Stabilität der radioaktiven Grundstrahlung der Erde, Gewährleistung des Nichtverbreitungsregimes, natürliche Sicherheit nuklearer Energieanlagen), sondern auch eine zielgerichtete und kontinuierliche Entwicklung einer tief unterkritischen umweltfreundlichen Energiewirtschaft, die unter anderem eine angemessene Rechtfertigung der menschlichen Tätigkeit in der gesamten Industrie einschließlich der Atombranche gewährleistet. Tabelle 1 – Verzeichnis langlebiger Radionuklide Nr. langlebiges Radionuklid T_1/2, Jahre Nr. langlebiges Radionuklid T_1/2, Jahre Nr. langlebiges Radionuklid T_1/2, Jahre 1 Be-10 1.387(12)+6 31 I-129 1.57(4)+7 61 Th-229 7932(28) 2 C-14 5700(30) 32 Cs-135 2.3(3)+6 62 Th-230 7.54(3)+4 3 Al-26 7.17(24)+5 33 Cs-137 30.08(9) 63 Th-232 1.40(1)+10 4 Si-32 153(19) 34 La-137 6(2)+4 64 Pa-231 3.276(11)+4 5 Cl-36 3.01(2)+5 35 Pm-145 17.7(4) 65 U-232 68.9(4) 6 Ar-39 269(3) 36 Sm-146 10.3(5)+7 66 U-233 1.592(2)+5 7 Ar-42 32.9(11) 37 Sm-151 90(8) 67 U-234 2.455(6)+5 8 K-40 1.248(3)+9 38 Eu-150 36.9(9) 68 U-235 7.04(1)+8 9 Ca-41 1.02(7)+5 39 Gd-148 70.9(10) 69 U-236 2.342(4)+7 10 Ti-44 60,0(11) 40 Gd-150 1.79(8)+6 70 U-238 4.468(3)+9 11 Mn-53 3.74(4)+6 41 Tb-157 71(7) 71 Np-236 153(5)+3 12 Fe-60 2.62(4)+6 42 Tb-158 180(11) 72 Np-237 2.144(7)+6 13 Ni-59 7.6(5)+4 43 Dy-154 3.0(15)+6 73 Pu-238 87.7(1) 14 Ni-63 101.2(15) 44 Ho-163 4570(25) 74 Pu-239 24110(30) 15 Se-79 2.95(38)+5 45 Ho-166m 1.20(18)+3 75 Pu-240 6561(7) 16 Kr-81 2.29(11)+5 46 Hf-178m 31(1) 76 Pu-242 3.75(2)+5 17 Sr-90 28.90(3) 47 Hf-182 8.90(9)+6 77 Pu-244 8.00(9)+7 18 Zr-90 1.61(5)+6 48 Re-186m 2.0+5 78 Am-241 432.6(6) 19 Nb-91 6.8(13)+2 49 Ir-192m 241(9) 79 Am-242m 141(2) 20 Nb-92 3.47(24)+7 50 Pt-193 50(6) 80 Am-243 7370(40) 21 Nb-93m 16,12(12) 51 Hg-194 444(77) 81 Cm-243 29.1(1) 22 Nb-94 2.03(16)+4 52 Pb-202 52.5(28)+3 82 Cm-244 18.1(1) 23 Mo-93 4.0(8)+3 53 Pb-205 1.73(7)+7 83 Cm-245 8423(74) 24 Tc-97 4.21(16)+6 54 Pb-210 22.20(22) 84 Cm-246 4706(40) 25 Tc-98 4.2(3)+6 55 Bi-207 31.55(4) 85 Cm-247 1.56(5)+7 26 Tc-99 2.111(12)+5 56 Bi-208 3.68(4)+5 86 Cm-248 3.48(6)+5 27 Pd-107 6.5(3)+6 57 Bi-210m 3.04(6)+6 87 Cm-250 8.3+3 28 Ag-108m 438(9) 58 Po-209 102(5) 88 Bk-247 1380(250) 29 Sn-121m 43.9(5) 59 Ra-226 1600(7) 89 Cf-249 351(2) 30 Sn-126 2.30(14)+5 60 Ac-227 21.772(3) 90 Cf-251 898(44) Anmerkungen: 6T_1/2 – Halbwertzeit; 1.387(12)+6 – (1.387 ± 0.012)·10 Thus, a full implementation of the proposed method and plant for converting nuclear energy into heat energy not only allows the achievement of logical integrity and environmental consistency of existing and reprogrammed types and varieties of nuclear fuel cycles with full compliance with IAEA requirements (unlimited inventory of nuclear fuel) But also a purposeful and continuous development of a deeply subcritical environmentally friendly energy industry which, inter alia, ensures an adequate justification of human activity throughout the industry, including the nuclear industry. Table 1 - List of long-lived radionuclides No. long-lived radionuclide T _1/2 , years No. long-lived radionuclide T _1/2 , years No. long-lived radionuclide T _1/2 , years 1 Be-10 1,387 (12) +6 31 I-129 1:57 (4) +7 61 Th-229 7932 (28.) 2 C-14 5700 (30) 32 Cs-135 2.3 (3) +6 62 Th-230 7:54 (3) +4 3 Al-26 17.7 (24) +5 33 Cs-137 30.08 (9) 63 Th-232 1:40 (1) +10 4 Si-32 153 (19) 34 La-137 6 (2) +4 64 Pa-231 3.276 (11) +4 5 Cl-36 3:01 (2) +5 35 Pm-145 17.7 (4) 65 U-232 68.9 (4) 6 Ar-39 269 (3) 36 Sm-146 10.3 (5) +7 66 U-233 1.592 (2) +5 7 Ar-42 32.9 (11) 37 Sm-151 90 (8) 67 U-234 2.455 (6) +5 8th K-40 1,248 (3) +9 38 Eu-150 36.9 (9) 68 U-235 7:04 (1) +8 9 Ca-41 1:02 (7) +5 39 Gd-148 70.9 (10) 69 U-236 2.342 (4) +7 10 Ti-44 60.0 (11) 40 Gd-150 1.79 (8) +6 70 U-238 4,468 (3) +9 11 Mn-53 3.74 (4) +6 41 TB-157 71 (7) 71 Np-236 153 (5) +3 12 Fe-60 2.62 (4) +6 42 Tb-158 180 (11) 72 Np-237 2.144 (7) +6 13 Ni-59 7.6 (5) +4 43 Dy-154 3.0 (15) +6 73 Pu-238 87.7 (1) 14 Ni-63 101.2 (15) 44 Ho-163 4570 (25) 74 Pu-239 24110 (30) 15 Se-79 2.95 (38) +5 45 Ho-166m 20.1 (18) +3 75 Pu-240 6561 (7) 16 Kr-81 29.2 (11) +5 46 Hf 178m 31 (1) 76 Pu-242 3.75 (2) +5 17 Sr-90 28.90 (3) 47 Hf-182 8.90 (9) +6 77 Pu-244 8:00 (9) +7 18 Zr-90 1.61 (5) +6 48 Re-186m 2.0 + 5 78 Am-241 432.6 (6) 19 Nb-91 6.8 (13) +2 49 Ir 192m 241 (9) 79 Am-242m 141 (2) 20 Nb-92 3:47 (24) +7 50 Pt-193 50 (6) 80 Am-243 7370 (40) 21 Nb 93m 16.12 (12) 51 Hg-194 444 (77) 81 Cm-243 29.1 (1) 22 Nb-94 2:03 (16) +4 52 Pb-202 52.5 (28) +3 82 Cm-244 18.1 (1) 23 Mo-93 4.0 (8) +3 53 Pb-205 1.73 (7) +7 83 Cm-245 8423 (74) 24 Tc-97 21.4 (16) +6 54 Pb-210 22:20 (22) 84 Cm-246 4706 (40) 25 Tc-98 4.2 (3) +6 55 Bi-207 31.55 (4) 85 Cm-247 1:56 (5) +7 26 Tc-99 2.111 (12) +5 56 Bi-208 3.68 (4) +5 86 Cm-248 3:48 (6) +5 27 Pd-107 6.5 (3) +6 57 Bi-210m 3:04 (6) +6 87 Cm-250 8.3 + 3 28 Ag-108m 438 (9) 58 Po-209 102 (5) 88 Bk-247 1380 (250) 29 Sn-121m 43.9 (5) 59 Ra-226 1600 (7) 89 Cf-249 351 (2) 30 Sn-126 30.2 (14) +5 60 Ac-227 21772 (3) 90 Cf-251 898 (44) Remarks: 6T _1/2 half-life; 1.387 (12) +6 - (1.387 ± 0.012) · 10

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• RU 2129909 [0002] RU 2129909 [0002]
• RU 2119816 [0002] RU 2119816 [0002]
• RU 2074018 [0002] RU 2074018 [0002]
• RU 2189273 [0003] RU 2189273 [0003]
• RU 2187171 [0004] RU 2187171 [0004]
• RU 2119688 [0005] RU 2119688 [0005]
• RU 2000124650 [0005] RU 2000124650 [0005]
• RU 2267826 [0006] RU 2267826 [0006]
• RU 2238597 [0007] RU 2238597 [0007]
• RU 2413314 [0008] RU 2413314 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• K. N. Muchin, M.: Energoatomisdat, 1993, Kapitel 11, Paragraf 73 [0033] KN Muchin, M .: Energoatomizdat, 1993, Chapter 11, Section 73 [0033]
• Physikalische Größen. Nachschlagewerk. Grigorjev I. S., Mejlichov E. S., M.: Energoatomisdat, 1991 [0034] Physical sizes. Reference guide. Grigorjev IS, Mejlichov ES, M .: Energoatomizdat, 1991 [0034]
• Basis des Massivs eingeschätzter Kerndaten über Massendefekte von Neutronen und 3288 Nukliden aus der Webseite des Nationallabors Brookhaven http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ [0034] Based on the massif of estimated core data on mass defects of neutrons and 3288 nuclides from the National Laboratory Brookhaven website http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ [0034]
• ULOV, s. A. S. Bogomolow, T. S. Bakirov „Ionenbeschleuniger für industrielle Nutzung“, M., Kuna, 2012, 87 S. [0049] ULOV, s. AS Bogomolov, TS Bakirov "Ion accelerator for industrial use", M., Kuna, 2012, 87 p. [0049]

Claims (4)

Verfahren zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente und zur Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie, wobei – ein Strahl relativistischer Ionen erzeugt und beschleunigt wird, mit ihm Atomkerne des regelmäßig zu erneuernden Materials eines tief unterkritischen Targets bestrahlt und zerstört werden, – ein Fluss sekundärer Teilchen einschließlich Neutronen erzeugt wird, durch diese Teilchen Isotopenkerne schwerer chemischer Elemente gespalten werden, wobei Innenkernenergie freigesetzt wird, – der Zustand des Targets mit einer Größe, welche die Übergabe der kinetischen Energie des Strahls und des Flusses sekundärer Teilchen an dieses Target gewährleistet, kontrolliert und die Dauer der Akkumulation und Ersetzung der Produkte des Atomkernzerfalls festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Strahl relativistischer Ionen bis auf eine Energie beschleunigt wird, bei welcher durch die Zerstörung des Targetmaterials zwei und mehr Generationen der Produkte des multifragmentären Atomkernzerfalls erzeugt werden und die Innenkernenergie innerhalb eines Zeitraums freigesetzt wird, der länger ist, als die Dauer der Akkumulation und Ersetzung der Produkte des Atomkernzerfalls durch ein für die Bestrahlung vorbereitetes Material, – der Fluss sekundärer Teilchen entsorgt, das bestrahlte Material gekühlt und in die Verarbeitung als Rohstoff für die Gewinnung der für die weitere Nutzung entsprechend dem angegebenen Verfahren geeigneten Stoffe übergeben wird. Method of irradiating isotopes of heavy chemical elements and converting nuclear energy into thermal energy, wherein - a beam of relativistic ions is generated and accelerated, irradiated with atomic nuclei of the material of a subcritical target which is to be regularly renewed, - a flow of secondary particles including Neutrons are generated, by which particles are split isotopic nuclei of heavy chemical elements, whereby internal nuclear energy is released, - the state of the target with a size which ensures the transfer of the kinetic energy of the beam and the flow of secondary particles to this target, controls and the duration the accumulation and replacement of the products of atomic decay is characterized, characterized in that - the beam of relativistic ions is accelerated to an energy in which by destroying the target material two and more generations of Pr the nuclear energy is released within a period of time longer than the duration of accumulation and replacement of the products of atomic decay by a material prepared for irradiation, the flow of secondary particles is disposed of, the irradiated material is cooled and is transferred to the processing as a raw material for obtaining the substances suitable for further use in accordance with the specified method. Anlage für die Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, die aufeinanderfolgend umfasst: – einen Beschleuniger für einen relativistischen Ionenstrahl, – einen Block für Transport und Eingabe des Strahls in ein tief unterkritisches Target, – das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke – einen Wärmetransformatorblock, dadurch gekennzeichnet, dass das Targetgehäuse bezogen auf die energetische Achse der Anlage kegelförmig oder kugelförmig ist, mit dem Wärmetransformator mittels Rohrleitungen und mit einem nachfüllbaren Reserveblock oberhalb des Targets mittels Rohrleitung und Verschlussvorrichtung verbunden ist. Plant for carrying out a method according to claim 1, comprising in sequence: - a relativistic ion beam accelerator, - a block for transport and input of the beam into a deep subcritical target, - the deep subcritical target of heavy chemical elements in a refractory, radiation-resistant and corrosion-resistant housing with open upper edge - a heat transformer block, characterized in that the target housing is based on the energy axis of the system conical or spherical, is connected to the heat transformer by means of pipes and with a refillable reserve block above the target by means of pipeline and closure device. Anlage für die Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, die aufeinanderfolgend umfasst: – einen Beschleuniger für einen relativistischen Ionenstrahl, – einen Block für Transport und Eingabe des Strahls in ein tief unterkritisches Target, – das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke – einen Wärmetransformatorblock, dadurch gekennzeichnet, dass – das Targetgehäuse als zwei Segmente ausgeführt ist, die bezogen auf den Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target aufeinanderfolgend angeordnet sind, deren Seitenfläche bezogen auf die energetische Achse der Anlage typengleiche zylindrische oder kegelartige Form hat, – ein Fußstück des ersten für Auswechslung und Fixierung geeigneten Segments flach oder kugelförmig ist, – das zweite Segment mit dem Wärmetransformator mittels Rohrleitungen und mit einem nachfüllbaren Reserveblock oberhalb dieses Segments mittels Rohrleitung und Verschlussvorrichtung verbunden ist. Plant for carrying out a method according to claim 1, comprising in sequence: - a relativistic ion beam accelerator, - a block for transport and input of the beam into a deep subcritical target, - the deep subcritical target of heavy chemical elements in a refractory, Radiation-resistant and corrosion-resistant housing with open upper edge - a heat transformer block, characterized in that - the target housing is designed as two segments, which are arranged with respect to the block for transport and input of the beam into the target successively whose side surface with respect to the energy axis of the plant has the same cylindrical or conical shape, - is a foot piece of the first suitable for replacement and fixation segment flat or spherical, - the second segment with the heat transformer by means of pipes and with a refillable reserve block above this segment is connected by means of pipeline and closure device. Anlage für die Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, die aufeinanderfolgend umfasst: – einen Beschleuniger für einen relativistischen Ionenstrahl, – einen Block für Transport und Eingabe des Strahls in ein tief unterkritisches Target – das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke, – einen Wärmetransformatorblock, dadurch gekennzeichnet, dass – das Targetgehäuse als drei Segmente ausgeführt ist, die bezogen auf den Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target aufeinanderfolgend angeordnet sind, deren Seitenfläche bezogen auf die energetische Achse der Anlage typengleiche zylindrische oder kegelartige Form hat, – ein Fußstück des ersten für Auswechslung und Fixierung geeigneten Segments flach oder kugelförmig ist, – Fußstücke des zweiten und dritten Segments kugelförmig sind und zwischen einander einen Abstand gleich der Differenz deren Radien haben, – das dritte Segment des Targetgehäuses mittels Rohrleitungen und Verschlussvorrichtungen entsprechend mit dem zweiten Segment und dem Reserveblock, das zweite Segment mittels Rohrleitungen mit dem Wärmetransformator verbunden sind, und der nachfüllbare Reserveblock oberhalb des dritten Targetsegments installiert ist. Plant for carrying out a method according to claim 1, comprising in sequence: - a relativistic ion beam accelerator, - a block for transport and input of the beam into a deep subcritical target - the deep subcritical target of heavy chemical elements in a heat resistant, radiation resistant and corrosion-resistant open-shell housing, - a heat transformer block, characterized in that - the target housing is designed as three segments, which are arranged successively relative to the block for transport and input of the beam into the target, the side surface with respect to the energy axis of the plant has the same cylindrical or conical shape, - a foot piece of the first suitable for replacement and fixation segment is flat or spherical, - foot pieces of the second and third segment are spherical and between each other a distance equal to the D ifferferenz whose radii have, - the third segment of the target housing by means of pipes and sealing devices according to the second segment and the reserve block, the second segment by means of pipes with the Heat transformer are connected, and the refillable reserve block is installed above the third target segment.

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