Project


Plutonium Conversion
#0017


General Information  

Full Title
Feasibility study of technologies for accelerator based conversion of military plutonium and long-lived radioactive waste.

Tech Area / Field
  • ENV-RWT: Environment / Radioactive Waste Treatment

Status
1 2 3 4 5 6 7 8
 Project completed

Senior Project Manager
Kondratenkov Yu B

Project Officer/Assistant
Pobedimskaya D D

Leading Institute
ITEF (ITEP)

Supporting institutes

Collaborators
  • Los-Alamos National Laboratory
  • CERN

Project Summary  

Around 1989 the LANL (US) specialists advanced an idea to transmute the long-lived radioactive waste by super high fluxes of thermal neutrons. The fluxes would be provided by accelerator driven neutron source. Later when the US and Russia governments have agreed mutually to reduce their nuclear weapons stockpiles the US institution group have proposed the utilization of surplus plutonium as an energy resource for accelerator driven power plant.

The purpose of the proposed effort of the Russian institutes group is a feasibility study of energy production from bum up of weapons-grade Pu being removed from weapons stockpiles, energy production from actinides in defence nuclear waste and nuclear power waste and also transmutation of the most hazardous long-lived fission products to stable or short-lived species. We propose to study an integrated set of technologies to safely consume the weapons plutonium and recycle the nuclear waste.

The scope of Accelerator Based Conversion (ABC), involves using a medium-energy proton accelerator to produce a copious source of thermal neutrons that are multiplied and absorbed in an assembly of Pu and higher actinides. The result of the proposal will provide the necessary background to the concept of the accelerator based systems to accomplish the complete conversion of the weapon materials by fission.

Powerful proton linacs are being studied here as drivers for high-flux neutron sources that can transmute long-lived fission products and actinides and also as drivers of advanced fission-energy systems that could generate electric power with no long-term waste legacy. The Accelerator Transmutation of Waste (ATW) is considered here as a longer-range but potentially higher-impact application than the surplus Pu conversion and as a technology closely allied to the ABC.

The scientific significance is that ABC/ATW leads to a reduction in weapons Pu to be stored by using waste-free technologies, for it allows the simultaneous destruction of the actinides and key long-lived fission products, significantly reducing the waste storage requirements. It will advance reactor science and technology.

The ABC/ATW concept provides almost unlimited energy with a very small long-lived radioactive waste stream. The commercial effect is expected to be ensured by the conversion of Pu and nuclear waste to practically stable low level fission product waste with a reasonable cost addition to nuclear electric power generation.

The proposal addresses the objectives of ISTC, since ABC/ATW will develop and demonstrate a technology that requires much of the technical expertise, accumulated in Russia weapons laboratories. ABC/ATW will promote the integration of weapons scientists of Russia into the civilian sphere of developing safe nuclear power technologies and of environmental production. It is expected that the proportion of weapons scientists and engineers participating will be more than 60%.

Примерно в 1989 г. специалисты Лос-Аламоской лаборатории (США) выдвинули идею трансмутации долгоживущих радиоактивных отходов в сверхвысоких потоках тепловых нейтронов. Эти потоки должны вырабатываться нейтронным источником на основе ускорителя. Позже, когда правительства России и США договорились о взаимном уменьшении количества накопленного ими ядерного оружия, ряд институтов предложил использование избыточного плутония в качестве источника энергии в энергетических установках, управляемых ускорителем.

Целью предлагаемых исследований ряда Российских институтов является изучение возможности производства энергии путем сжигания плутония оружейного качества, извлеченного из оружейных хранилищ, производства энергии с помощью актинидов из ядерных отходов оборонной промышленности и отходов ядерной энергетики, а также трансмутации наиболее опасных долгоживущих продуктов деления в стабильные или радиоактивные осколки. Мы предлагаем исследовать совокупность технологий безопасного использования Оружейного плутония и переработки ядерных отходов.

Концепция ABC (Конверсия на Основе Ускорителя) включает использование протонного ускорителя средних энергий для производства мощного источника тепловых нейтронов, размножаемых и поглощаемых бланкетом, включающим в себя плутоний и более тяжелые актиниды. Результат предложения обеспечит необходимый базис для концепции систем на основе ускорителя для выполнения полной конверсии оружейных материалов с помощью деления.

Мощные протонные линейные ускорители рассматриваются здесь как устройства, способные управлять высокопоточными источниками нейтронов, которые могут трансмутировать актиниды и долгоживущие продукты деления, а также управлять перспективными энергетическими системами на основе деления, способными производить электроэнергию без долгоживущих отходов. Кроме того, как подход, рассчитанный на более длительную перспективу, претендующий на более существенную роль в энергетике, чем можно ожидать от конверсии избыточного Pu и, одновременно, как технология, близкая к ABC, здесь рассматривается концепция ATW (Ускорительная Трансмутация Отходов).

Научное значение проекта заключается в том, что ABC/ATW концепции ведут к уничтожению оружейного плутония с помощью безотходных технологий, т.к. они позволяют одновременно уничтожать актиниды и ключевые долгоживущие продукты деления, значительно уменьшая необходимость в хранилищах отходов. Проект значительно продвинет реакторную науку и технологию.

ABC/ATW концепция обеспечивает почти неограниченное производство энергии с очень низким количеством долгоживущих радиоактивных отходов. Ожидается, что коммерческий эффект выразится в конверсии Pu и ядерных отходов в практически стабильные отходы продуктов деления низкого уровня с приемлемым удорожанием произведенной при этом электроэнергии.

Предложение соответствует целям и задачам МНТЦ, т.к. концепция ABC/ATW призвана развить и продемонстрировать технологию, которая потребует много из того технического опыта, что сосредоточен в Российских лабораториях, связанных с разработкой вооружений. ABC/ATW будет содействовать интеграции Российских ученых оборонных отраслей в гражданской сфере, где развиваются безопасные ядерно-энергетические технологий и природосберегающие производства. Ожидается, что ученые и инженеры, из числа занятых ранее в разработке вооружений, составят более 60% от общего количества участников проекта.