Published 2023 | Version v1
Journal article

Some economic aspects of reducing americium production in a two-component system of thermal and fast reactors

  • 1. IPPE JSC, Obninsk (Russian Federation)

Description

The article analyzes the economic aspects of reducing the production of americium during the transition from a single-component nuclear power system (NES) based on thermal reactors in an open fuel cycle to a two-component system with thermal and fast reactors in a closed nuclear fuel cycle. Scenarios for the development of these systems in Russia up to the end of the century are modeled. Two methods are considered for reducing the production of americium in a two-component NES with fast sodium reactors. The first method, closing the fuel cycle for plutonium in BN reactors of SFR type, is based on the use of plutonium separated from spent nuclear fuel of thermal reactors with the shortest possible (according to technical specifications) time for MOX fuel preparation and use thus preventing the main part of plutonium-241 from decay into americium. The second way is transmutation of americium. The study was carried out by using the mathematical code CYCLE design for modeling of the NES with closed nuclear fuel cycle (NFC). The technical and economic data used in the paper was taken from published studies of Russian specialists and materials of European Union specialists presented in the IAEA/INPRO SYNERGIES project. The results of the research show that the efficiency of closing the NFC by using plutonium from thermal reactors in MOX fuel of fast sodium reactors is comparable to the efficiency of the homogeneous transmutation considered in the paper. The combination of the americium accumulation prevention method and transmutation method might significantly reduce the rate of the americium accumulation in a nuclear energy system, but the estimated costs of the considered homogeneous transmutation can significantly worsen the economic performance of fast sodium reactors.

Abstract (Russian)

Анализируются экономические аспекты снижения наработки америция при переходе от однокомпонентной ядерной энергетической системы (ЯЭС) на тепловых реакторах в открытом топливном цикле к двухкомпонентной системе с тепловыми и быстрыми реакторами в замкнутом ядерном топливном цикле. Моделируются сценарии развития этих систем в России до конца столетия. Рассматриваются два способа снижения наработки америция в двухкомпонентной ЯЭС с быстрыми натриевыми реакторами. Первый способ – замыкание топливного цикла по плутонию – заключается в использовании плутония из ОЯТ тепловых реакторов в реакторах БН с максимально коротким (по техническим условиям) временем изготовления МОКС-топлива, при котором основная масса плутония-241 не успевает превратиться в америций. Второй способ состоит в трансмутации америция. Исследование проводилось на основе математического моделирования топливного цикла ЯЭС с использованием кода CYCLE. Информационную базу исследования составили публикации российских специалистов и материалы специалистов Европейского союза, представленные в проекте МАГАТЭ/ИНПРО SYNERGIES. Результаты расчетных исследований показывают, что эффективность замыкания ЯТЦ по плутонию в быстрых натриевых реакторах сопоставима с рассмотренным в статье гомогенным вариантом трансмутации. Сочетание замыкания по плутонию и трансмутации могло бы существенно снизить темпы наработки америция в ЯЭС, но оцененные затраты на трансмутацию в рассмотренном гомогенном варианте могут значительно ухудшить экономические показатели быстрых натриевых реакторов.

Additional details

Additional titles

Original title (Russian)
Некоторые экономические аспекты снижения наработки америция в двухкомпонентной системе тепловых и быстрых реакторов

Publishing Information

Journal Title
Izvestiya Wysshikh Uchebnykh Zawedeniy, Yadernaya Energetika
Journal Issue
no.3
Journal Page Range
p. 45-56
ISSN
0204-3327

Optional Information

Notes
20 refs., 3 fig., 2 tab.