Remix Fuel был разработан в России для использования смешанного переработанного урана и плутония из отработавшего ядерного топлива для производства свежего топлива, пригодного для широкого использования в российских реакторах. [1]
МОХ-топливо или смешанное оксидное топливо [2] , используемое в странах Западной Европы и Восточной Азии, обычно состоит из обедненного урана , смешанного с плутонием реакторного качества в количестве от 4% до 7% . Только несколько конструкций реакторов поколения II и около половины конструкций реакторов поколения III соответствуют требованиям по МОХ-топливу, что позволяет им использовать 100% МОХ-топливную загрузку без каких-либо проблем с безопасностью.
Однако все реакторы с замедлителем, использующие низкообогащенное урановое топливо, производят плутоний в ходе нормальной работы, поскольку уран-238 (более 90% содержания урана в низкообогащенном уране) захватывает нейтроны и подвергается последовательным бета-распадам, пока не превратится в плутоний-239 . Этот внутренне произведенный плутоний увеличивается в процентах до тех пор, пока не станет достаточно обычным, чтобы растущий процент реакций деления в топливе фактически происходил в плутонии, генерируемом во время топливного цикла. Примерно половина плутония-239, «выведенного» в ходе топливного цикла, делится, а еще 25% трансмутируются за счет дополнительного захвата нейтронов в другие изотопы плутония, в первую очередь Pu-240.. Практически все младшие актиниды , присутствующие в отработавшем ядерном топливе , образуются в результате последовательного захвата нейтронов произведенного плутония и в качестве продуктов распада более короткоживущих изотопов. Как следствие этих факторов, свежее топливо из оксида урана первоначально генерирует все свои реакции деления из U-235, но в конце цикла это смещается к реакциям деления 50% U-235/50% Pu-239. Всего около 33% энергии, вырабатываемой урановым топливом в конце его жизненного цикла, фактически приходится на вырабатываемый и потребляемый Pu-239. Поскольку спектр тепловых нейтронов не очень хорош для деления Pu-239, топливо переходит от 100% урана в начале цикла к 96% урана, 1% плутония и 3% смеси трансурановых младших актинидов ипродукты деления . Чем дольше топливо остается в реакторе, подвергающемся делению, тем больше уменьшается процентное содержание урана, а количество других материалов увеличивается. На самом деле давно известно, что все энергетические реакторы способны работать со смешанной делящейся активной зоной, содержащей 1% плутония реакторного качества, без проблем, возникающих, как те, которые возникают при использовании более высококонцентрированного МОХ-топлива, используемого в западных реакторах. [3] [4] В конечном счете, отработавшее топливо удаляется из энергетических реакторов задолго до того, как все имеющееся «топливо» фактически израсходовано, поскольку количество нейтронных ядов и младших актинидов с нежелательными свойствами накапливается до неприемлемого уровня и слишком сильно изменяет параметры реакции. Ядерная переработкав первую очередь делается для удаления нежелательных частей отработавшего топлива и либо повторного использования других частей, либо их хранения в качестве отходов. Например, переработанный уран , полученный из отработанного топлива, обычно имеет более высокое содержание урана-235 , чем природный уран .
Россия потратила почти десятилетие на разработку методов, аналогичных Ядерной Пиропроцессингу , которые позволяют им перерабатывать отработавшее ядерное топливо без отделения переработанного урана и плутония от других металлов, как это делается в системе химической переработки PUREX , используемой для производства МОКС-топлива. Извлеченная смесь урана и плутония реакторного качества затем преобразуется в оксид и смешивается со среднеобогащенным топливом из свежего оксида урана в тщательно измеренной пропорции для создания смеси с 4% U-235 и 1% плутония реакторного качества. После обширных испытаний на реакторе, начавшихся в 2016 году [5] , с февраля 2020 года Россия в настоящее время внедряет Remix Fuel в качестве замены топлива для своих водо-водяных реакторов ВВЭР .