Published 2024 | Version v1
Journal article

Accumulation and yield of helium and tritium in boron carbide irradiated in the BN-600 reactor

  • 1. A.I. Leypunsky Institute for Physics and Power Engineering, Obninsk (Russian Federation)

Description

The experimental results of the study of boron carbide samples irradiated in the BN-600 reactor to determine the accumulation and release of gaseous products of nuclear fission depending on burnout, temperature and atmospheric composition above the samples are presented. When irradiated, boron carbide, in addition to helium, accumulates a gaseous product of nuclear reactions - the radioactive isotope of hydrogen - tritium. Its accumulation occurs by reactions: 10B(n, α)7Li(n, nα)T; 10B(n, α)7Li(n, 2n)6Li(n, α)T; 10B(n, 2α)T; 11B(n,T)9Be. The issues of assessing the accumulation and release of radioactive tritium in boron-containing regulatory authorities are of great importance for ensuring environmental safety when developing a technology for their disposal or recycling. For the study, hot-pressed boron carbide tablets were used, which were spent in the BN-600 reactor for 502 effective days, with boron burnout (1,8; 5,1; 6,2; 7,2; 8,4)×1021 capt/cm3. The accumulation of helium and tritium in irradiated boron carbide was determined by burning prepared samples with subsequent analysis of the obtained products on an omegatron mass spectrometer. The content of helium and tritium in the samples of the vapor-gas medium was measured using a radiochromatograph. The values of the accumulation of helium and tritium in boron carbide irradiated in the BN-600 reactor, depending on the burnout of boron, can be estimated by dependencies (B - boron burnout, 1021 capt/cm3): - accumulation of 3T with an error of 8 %: VT = (-0.0062 + 0.0078B/1021) ncm3/g B4C; - accumulation of 4He with an error of 3 %: VHe = (-7.03 + 16.03B/1021) ncm3/g B4C. The values of the helium yield from boron carbide in the argon stream and water vapor + argon at a temperature of 1200 °C, depending on the burnout of boron with an error of 3 %, can be estimated by the dependencies: - in the argon stream: VoutletHe = (-0.073 + 0.059B/1021) ncm3/g B4C; - in the flow of argon + water vapor: VoutletHe = (0.57 + 0.083B/1021) ncm3/g B4C. The values of the tritium yield from boron carbide in the argon stream and argon + water vapor at a temperature of 1200 °C, depending on the burnout of boron with an error of 8 %, can be estimated by the dependencies: - in the argon stream: AoutletT = (-11.42 + 9.01B/1021)×107 Bg/g B4C; - in the flow of argon + water vapor: AoutletT = (73.42 + 14.13B/1021)×107 Bg/g B4C.

Abstract (Russian)

Приведены экспериментальные результаты исследования образцов карбида бора, облученных в реакторе БН-600, по определению накопления и выхода газообразных продуктов ядерного деления в зависимости от выгорания, температуры и состава атмосферы над образцами. При облучении в карбиде бора, кроме гелия, накапливается газообразный продукт ядерных реакций - радиоактивный изотоп водорода тритий. Его накопление происходит по реакциям: 10В(n, α)7Li(n, nα)T; 10В(n, α)7Li(n, 2n)6Li(n, α)T; 10В(n, 2α)T; 11В(n, T)9Be. Вопросы оценки накопления и выхода радиоактивного трития в борсодержащих органах регулирования имеют большое значение для обеспечения экологической безопасности при разработке технологии их утилизации или переработки. Для исследования были использованы таблетки горячепрессованного карбида бора, отработавшие в реакторе БН-600 в течение 502 эффективных суток, с выгоранием бора (1,8; 5,1; 6,2; 7,2; 8,4)×1021 захв./см3. Накопление гелия и трития в облученном карбиде бора определялось методом сжигания подготовленных проб с последующим анализом полученных продуктов на омегатронном масс-спектрометре. Содержание гелия и трития в пробах парогазовой среды измерялось с помощью радиохроматографа. Значения накопления гелия и трития в карбиде бора, облученного в реакторе БН-600, в зависимости от выгорания бора можно оценить соотношениями (В - выгорание бора, 1021захв./см3): - накопление 3Т с погрешностью 8 %: VТ = (-0,0062 + 0,0078В/1021) нсм3/г В4С; - накопление 4Не с погрешностью 3 %: VНе = (-7,03 + 16,03В/1021) нсм3/г В4С. Значения выхода гелия из карбида бора в потоке аргона и водяного пара + аргон при температуре 1200 °С в зависимости от выгорания бора с погрешностью 3 % можно оценить соотношениями: - в потоке аргона: Vвых.Не = (-0,073 + 0,059В/1021) нсм3/г В4С; - в потоке аргона + водяной пар: Vвых.Не = (0,57 + 0,083В/1021 нсм3/г В4С. Значения выхода трития из карбида бора в потоке аргона и аргон + водяной пар при температуре 1200 °С в зависимости от выгорания бора с погрешностью 8 % можно оценить соотношениями: - в потоке аргона: Авых.Т = (-11,42 + 9,01В/1021)×107 Бк/г В4С; - в потоке аргона + водяной пар: Авых.Т = (73,42 + 14,13В/1021)×107 Бк/г В4С.

Additional details

Additional titles

Original title (Russian)
Накопление и выход гелия и трития в карбиде бора, облученном в реакторе BN-600

Publishing Information

Journal Title
Voprosy Atomnoj Nauki i Tekhniki. Seriya: Yaderno-Reaktornye Konstanty
Journal Issue
no.3
Journal Page Range
p. 163-170
ISSN
2414-1038

Optional Information

Notes
16 refs., 6 figs.