АО «ВНИИНМ» получило патент на изобретение «способ концентрирования изотопов азота»

Ученые АО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени А.А. Бочвара» (г. Москва, входит в Топливную компанию Росатома «ТВЭЛ») запатентовали новый способ концентрирования изотопов азота.

В АО «ВНИИНМ» нашли альтернативный способ разделения стабильных изотопов азота азота-14 и азота-15. Способ концентрирования изотопов азота включает проведение противоточного массообменного процесса с использованием молекулярного азота в качестве рабочего вещества. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента разделения изотопов азота и эффективное и экологически безопасное концентрирование изотопа азота-15. «Нами предложено возможное техническое решение, которое позволит совместить с одной стороны молекулярный азот, как рабочее тело, с другой стороны повысить эффективность  такого процесса. По коэффициенту обогащения мы сможем подняться в 3-4 раза», - отметил старший научный сотрудник АО «ВНИИНМ» Алексей Лизунов.

Разделение изотопов азота необходимо для успешной реализации программы создания уплотненного нитридного топлива для реакторов на быстрых и тепловых нейтронах. «Использование в нитридном топливе азота природного состава приводит к двум нежелательным процессам: ухудшению нейтронного баланса реактора и накоплению в ОЯТ радиотоксичного изотопа углерода-14. Ухудшение нейтронного баланса за счет паразитного поглощения нейтронов изотопом азот-14 в итоге приводит к сокращению кампании реактора и снижению воспроизводства ядерного топлива, а образующийся при этом изотоп углерод-14 создает дополнительные экологические риски. Существующие технологии пока не позволяют надежно иммобилизовать наработанный нуклид. Попадая в окружающую среду, он может вступать в изотопный обмен с живыми тканями растений, животных, человека, оседать в организме, приводя к внутреннему облучению. Для того, чтобы избежать этих нежелательных явлений, при производстве нитридного топлива планируется использовать азот-15», - сказал Алексей Лизунов.

Дополнительным аспектом, важным при использовании нитридного топлива в тепловых реакторах ВВЭР, является снижение термической нагрузки на ТВС, что позволяет существенно понизить риски протекания паро-циркониевой реакции – основной причины многих тяжелых аварий реакторов на тепловых нейтронах. Задачу применения нитридного топлива в реакторах ВВЭР (в рамках программы создания толерантного топлива) также планируется решить за счет использования в его составе изотопа азот-15, который позволяет исключить образование С14 и тем самым снизить возможный экологический ущерб.

Годовое потребление изотопа азот-15, по предварительным оценкам, может достичь нескольких тонн. Никакие из существующих методов разделения изотопов азота не могут на современном

уровне развития обеспечить перспективные  потребности в этом изотопе.

Техническое изобретение специалистов АО «ВНИИНМ»  уже апробировано, получены расчетные оценки коэффициентов разделения изотопов азота в таких системах. Практическая реализация данного процесса требует от ученых дальнейших исследований для  решения  ряда технологических и технических вопросов.