CH710484A2 - Verfahren zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie und Anlage dafür. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie, sowie eine Anlage für dessen Verwirklichung. Das Verfahren ermöglicht die Entsorgung von Radionukliden mittels Verwendung relativistischer Ionen für die Bestrahlung eines tief unterkritischen Targets, das radioaktive Abfälle und/oder Aktiniden und/oder abgearbeiteten Kernbrennstoff enthält. Das technische Ergebnis dieser Erfindung besteht darin, dass die Menge der erzeugten Wärme- und Elektroenergie und der Umfang der entsorgten radioaktiver Abfälle zunehmen. Die Anlage, die das Verfahren realisiert, enthält aufeinanderfolgend einen Beschleuniger relativistischer Ionen (1), einen Block für Transport und Eingabe des Strahls in ein tief unterkritisches Target (2), das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen (2) sowie einen Reserveblock (4) und einen Wärmetransformator (5).

Description

[0001] Die Erfindung gehört zum Gebiet der physikalischen Kernchemie schwerer chemischer Elemente, zum Gebiet der Kernenergetik, nämlich zum Verfahren der Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, sowie Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie. Die Erfindung betrifft auch eine Anlage für die Implementierung des Verfahrens mittels Bestrahlung mit einem Strahl beschleunigter schwerer geladener Teilchen eines tief unterkritischen Targets mit einer Grösse, welche eine vollständige Absorption dieses Strahls sichert. Die Erfindung kann für andere Zwecke verwendet werden, unter anderem für die Bestrahlung und Desaktivierung verschiedener Materialien und Stoffe, für die Erzeugung und Trennung von Isotopen, für die Kerndotierung.

[0002] Die Trennung von Isotopen verschiedener Elemente und Partikeln nach Energien wird aktiv genug erforscht. So sind aus dem Stand der Technik zum Beispiel Verfahren für die Trennung der Alkalimetallisotope (RU 2129909), Ytterbiumisotope (RU 2119816), Quecksilberisotope (RU 2074013) bekannt.

[0003] Aus dem Stand der Technik ist die Isotopentrennung mittels Ionisierung für die Metallbearbeitung für Kernbrennstoffe bekannt (RU 2189273), durch die partielle Abtrennung der Komponenten mit einer Energie im ersten Bereich und/oder gleich dem ersten Energieniveau von Komponenten mit einer Energie im zweiten Bereich und/oder gleich dem zweiten Energieniveau und Eingabe in das Plasma eines chemischen Stoffes, der mit den Komponenten in Wechselwirkung tritt.

[0004] Eine grosse angewandte Bedeutung haben für die Kerntechnik das Verfahren und die Anlage für die Trennung geladener Partikel nach Energien (RU 2187171). Diese Lösungen sind für die Anwendung bei der Trennung von geladenen Partikeln, zum Beispiel auf der Etappe der Isotopentrennung nach Energien, neben anderen bekannten Lösungen bestimmt, die im Prozess der Suche nach Wegen der Isotopentrennung, der Verwirklichung einer gesteuerten nuklearen und thermonuklearen Fusion, Bildung von Strahlen geladener Partikel in Ionenstrahl- und Elektronenstrahleinrichtungen und Steuerung von Strahlen geladener Teilchen in der Beschleunigertechnik entwickelt wurden.

[0005] In der RU 2119688 «Verfahren zur Desaktivierung von Silizium» und in der RU 2000124650 «Verfahren zur Neutronen Transmutationsdotierung von Silizium» wird vorgeschlagen, den Fluss sekundärer Neutronen, die im Kern eines KKW-Reaktors entstehen, für die Desaktivierung, Ätzung und Dotierung der Silizium-Monokristalle einzusetzen.

[0006] Die RU 2267826 «Verfahren zur Verbrennung chemischer Transuranelemente und Kernreaktor für die Implementierung dieses Verfahrens» beschreibt das Verfahren und die Anlage mit Benutzung des schwach unterkritischen (k≈1) Reaktorkerns, wo langlebige Radionuklide schwerer chemischer Elemente stationiert werden. Die Injektion der für die Kritikalität (k=1) des Reaktorkerns fehlenden Neutronen erfolgt aus einer externen Quelle, als welche ein Protonenbeschleuniger mit einer Energie von 1 GEV und mit einem Blei- oder Bismut-Blei-Target vorgeschlagen ist. Dabei erlaubt die beschriebene technische Lösung keine einigermassen bedeutende Steigerung der Effizienz der Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie wegen prinzipiell unüberwindlicher Einschränkungen, die dem Verfahren auf Basis der Protonenstrahlen immanent sind. Zudem werden die Ursachen für einen unvertretbar grossen Anfall langlebiger Radionuklide, für das Risiko der Entstehung der für nuklearen Terrorismus tauglichen Materialien nicht beseitigt.

[0007] In der RU 2238597 «Verfahren zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie» wird vorgeschlagen, einen Strahl relativistischer Protonen für die Anregung der Kaskadenkernprozesse in einem tief unterkritischen Target aus schweren chemischen Elementen (Blei, Bismut, Thorium und abgereichertes Uran sowie deren Zusammensetzungen) einzusetzen, dessen Inhalt gleichzeitig als Brennstoff und Kühlmittel dient. Die Urheber verweisen auf die erhöhte Wahrscheinlichkeit einer tieferen Kernspaltung im Target mit Erhöhung der Energie der zu beschleunigenden Teilchen. Diese technische Lösung hat jedoch mit der oben genannten gemeinsame Mängel, die durch die Verwendung des relativistischen Protonenstrahls bedingt sind, und betrifft nicht die Entsorgung des Flusses sekundärer Neutronen, die im vorgeschlagenen Target entstehen und daraus hinaustreten.

[0008] Der vorgeschlagenen Erfindung liegt technisch gesehen die technische Lösung am nächsten, die in der RU 2413314 «Verfahren und Komplex zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie» dargelegt ist. Diese Lösung ist auf die Beschleunigung eines Strahls schwerer geladener Teilchen mehrfach geladener Ionen der Uran-, Thorium-, Bismut- und Blei-Isotope bis auf eine Energie orientiert, welche die Entstehung eines Flusses von Kaskadennukleonen im tief unterkritischen Reaktorkern gewährleistet, der als Target dient, wohin der Strahl gerichtet wird und dessen Zustand kontrolliert sowie Inhalt bei Notwendigkeit ausgewechselt wird. Um die Intensität eines derartigen Flusses zu erhöhen wird vorgeschlagen, den Reaktorkern komplett oder teilweise aus dem abgearbeiteten Kernbrennstoff zu bilden. Die Anlage zur Implementierung dieses Verfahrens enthält einen Beschleuniger mehrfach geladener relativistischer Ionen, Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, der den Beschleuniger mit dem Target verbindet, das sich in der Regel in einem festen oft zylinderförmigen Gehäuse befindet. Die im Reaktor (im Target) entstehende überschüssige Wärme wird mit Hilfe eines Subsystems abgeführt, das primäres und sekundäres Kühlmittel sowie Baugruppen zur Umwandlung der Wärmeenergie in die elektrische Energie enthält und die Funktion eines Wärmetransformators übernimmt.

[0009] Neben den genannten Vorteilen des beschriebenen Prototyps weist die dort vorgeschlagene Konstruktion Mängel auf, die auf eine nicht vollständige Nutzung der Möglichkeiten von Bündeln beschleunigter Ionen für die Steigerung der Effizienz der Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie, Entsorgung langlebiger Radionuklide, einschliesslich des Plutoniums und der minoren Aktiniden (Neptunium, Americium und Curium) zurückzuführen sind.

[0010] Die vorgelegte Erfindung beseitigt die aufgeführten Mängel der vorbekannten Analoga und des Prototyps.

[0011] Die Aufgaben der Erfindung bestehen in der Steigerung der Effizienz der Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie sowie der Entsorgung langlebiger Radionuklide weiter Nomenklatur.

[0012] Zu langlebigen zählen Radionuklide mit einer Halbwertzeit ab 15 Jahre.

[0013] Das technische Resultat der Erfindung besteht in der Steigerung der Effizienz der Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie, in der Entsorgung langlebiger Radionuklide weiter Nomenklatur und der Gewinnung der für die weitere Nutzung geeigneten Stoffe.

[0014] Das technische Resultat des Verfahrens zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie wird dadurch erreicht, dass ein Strahl relativistischer Ionen erzeugt und beschleunigt wird, mit ihm Atomkerne des regelmässig zu erneuernden Materials eines tief unterkritischen Targets bestrahlt und zerstört werden, ein Fluss sekundärer Teilchen einschliesslich Neutronen erzeugt wird, mittels dieser Teilchen Isotopenkerne schwerer chemischer Elemente gespalten werden, wobei Innenkernenergie freigesetzt wird, der Zustand des Targets mit einer Grösse, welche die Übergabe an dieses Target der kinetischen Energie des Strahls und des Flusses sekundärer Teilchen gewährleistet, kontrolliert und die Dauer der Akkumulation und Ersetzung der Produkte des Atomkernzerfalls festgestellt wird, der Strahl relativistischer Neutronen bis auf eine Energie beschleunigt wird, bei welcher durch die Zerstörung des Targetmaterials zwei und mehr Generationen der Produkte des multifragmentären Atomkernzerfalls erzeugt werden und die Innenkernenergie innerhalb eines Zeitraums freigesetzt wird, der länger ist, als die Dauer der Akkumulation und Ersetzung der Produkte des Atomkernzerfalls mit einem für die Bestrahlung vorbereiteten Material, der Fluss sekundärer Teilchen entsorgt, das bestrahlte Material gekühlt und in die Verarbeitung als Rohstoff für die Gewinnung der für die weitere Nutzung entsprechend dem angemeldeten Verfahren geeigneten Stoffe übergeben wird.

[0015] Das technische Resultat der Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie wird dadurch erreicht, dass in der ersten Variante der Anlage, die auf einander folgende Beschleuniger des relativistischen Ionenstrahls, Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke und Wärmetransformatorblock enthält, das Targetgehäuse bezogen auf die energetische Achse der Anlage kegelförmig oder kugelförmig ist, mit dem Wärmetransformator mittels Rohrleitungen und mit einem nachfüllbaren Reserveblock oberhalb des Targets mittels Rohrleitung und Verschlussvorrichtung verbunden ist. Dies gewährleistet die einfachste und somit zuverlässigere Konstruktion der Anlage zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie.

[0016] In der zweiten Variante der Anlage, die auf einander folgende Beschleuniger des relativistischen Ionenstrahls, Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke und Wärmetransformatorblock enthält, ist das Targetgehäuse als zwei Segmente ausgeführt, die bezogen auf den Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target auf einander folgend angeordnet sind, deren Seitenfläche bezogen auf die energetische Achse der Anlage typengleiche zylindrische oder kegelartige Form hat, das Fussstück des ersten für Auswechslung und Fixierung geeigneten Segments flach oder kugelförmig ist, das zweite Segment mit dem Wärmetransformator mittels Rohrleitungen und mit einem nachfüllbaren Reserveblock oberhalb dieses Segments mittels Rohrleitung und Verschlussvorrichtung verbunden ist. Diese Variante der Anlage ist deswegen interessant, weil sie ausser der Energieerzeugung erlaubt, unter dem relativistischen Ionenstrahl parallel radioaktive Abfälle mit überwiegend langlebigen Radionukliden in radioaktive Abfälle mit überwiegend kurzlebigen Radionukliden durch eventuellen Austausch des ersten Targetsegments, das aus radioaktiven Abfällen und/oder Aktiniden und/oder abgearbeitetem Kernbrennstoff zusammengesetzt wird, zu verwandeln.

[0017] In der dritten Variante der Anlage, die auf einander folgende Beschleuniger des relativistischen Ionenstrahls, Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, das tief unterkritische Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke und Wärmetransformatorblock enthält, ist das Targetgehäuse als drei Segmente ausgeführt, die bezogen auf den Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target auf einander folgend angeordnet sind, deren Seitenfläche bezogen auf die energetische Achse der Anlage typengleiche zylindrische oder kegelartige Form hat, das Fussstück des ersten für Auswechslung und Fixierung geeigneten Segments flach oder kugelförmig ist, die Fussstücke des zweiten und dritten Segments kugelförmig sind und zwischen einander einen Abstand gleich der Differenz deren Radien haben, wobei das dritte Segment des Targetgehäuses mittels Rohrleitungen und Verschlussvorrichtungen entsprechend mit dem zweiten Segment und dem Reserveblock, das zweite Segment mittels Rohrleitungen mit dem Wärmetransformator verbunden sind, und der nachfüllbare Reserveblock oberhalb des dritten Targetsegments installiert ist. Diese Variante der Anlage ist zusätzlich zu Vorteilen der zweiten Variante deswegen interessant, weil sie die Möglichkeiten zur Erzielung einer maximalen Energieerzeugung dank der Erhöhung der Rate spaltbarer Radionuklide im zweiten Targetsegment verwirklicht.

[0018] Das angebotene Verfahren und die Anlage werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 – 13 und Tabelle 1 erläutert. <tb>In Fig. 1<SEP>sind die ersten sechs Etappen der Entwicklung des lawinenförmigen Prozesses der multifragmentären Kerndestruktion im Urantarget dargestellt, der vom mehrfach geladenen Ion<238>U mit einer Energie von 1 GEV/Nukleon initiiert wird. <tb>Fig. 2<SEP>zeigt die Gesamtansicht der Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem kegelförmigen 1-Segmenttarget, die das angebotene Verfahren verwirklicht. <tb>In Fig. 3<SEP>ist die vorgeschlagene Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie im Schnitt dargestellt. <tb>Fig. 4<SEP>zeigt die Gesamtansicht der Anlage zum Verfahren der Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem kugelförmigen 1-Segmenttarget, die das angebotene Verfahren verwirklicht. <tb>In Fig. 5<SEP>ist diese Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie im Schnitt dargestellt. <tb>Fig. 6<SEP>zeigt die Gesamtansicht der Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem zylinderförmigen 2-Segmenttarget, wo das erste Targetsegment in Form eines Zylinders ausgeführt ist. <tb>In Fig. 7<SEP>ist eine solche Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie im Schnitt dargestellt. <tb>In Fig. 8<SEP>ist die Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem zylinderförmigen 2-Segmenttarget, wo das Fussstück des ersten Targetsegments in Form einer Sphäre ausgeführt ist, im Schnitt dargestellt. <tb>In Fig. 9<SEP>ist die Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem kegelförmigen 2-Segmenttarget, wo das erste Targetsegment in Form eines Stumpfkegels ausgeführt ist, im Schnitt dargestellt. <tb>In Fig. 10<SEP>ist die Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem kegelförmigen 2-Segmenttarget, wo beide Targetsegmente kugelförmige Fussstücke haben, im Schnitt dargestellt. <tb>Fig. 11<SEP>zeigt die Gesamtansicht der Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie mit einem zylinderförmigen 3-Segmenttarget, wo das erste Targetsegment in Form eines Zylinders ausgeführt ist, während das zweite und dritte Targetsegment kugelförmige Fussstücke haben. <tb>In Fig. 12<SEP>ist dieselbe Anlage zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente, zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie im Schnitt dargestellt. <tb>In Fig. 13<SEP>ist das Schema des Kernbrennstoffkreislaufs dargestellt, der nach langlebigen Radionukliden geschlossen ist.

[0019] In der Tabelle 1 ist das Verzeichnis langlebiger Radionuklide angeführt.

[0020] Dem vorgeschlagenen Verfahren liegen Ergebnisse zugrunde, die während der systematischen Analyse der Energetik des multi-fragmentären Zerfalls der Atomkerne von Radionukliden (von<3>H bis<251>Cf) unter Einwirkung eines Strahls relativistischer Schwerpartikel (von Neutronen, Protonen, Deuteronen an bis mehrfach geladene Uranionen) erhalten wurden. Der Effekt des multifragmentären Zerfalls der Atomkerne ist längst bekannt (Experimentelle Kernphysik in zwei Büchern, K.N. Muchin, M.: Energoatomisdat, 1993, Kapitel 11, Paragraf 73). Trotzdem wurden bei der Erforschung dieser Erscheinung keine systematischen Berechnungen der Energetik des multifragmentären Kernzerfalls vorgenommen, der unter anderem durch Spaltbruchstücke dieses Zerfalls verursacht wird. Der Effekt der Energiefreisetzung bei Zerstörung der Targetkerne durch Spaltbruchstücke der zweiten und der nachfolgenden Generationen wurde weder entdeckt noch analysiert.

[0021] Die Urheber haben diese Arbeit unter Benutzung der von ihnen erarbeiteten Software auf Basis der Methodik zur Berechnung der Energie von Kernreaktionen in Targets aus unterschiedlichen chemischen Elementen unter einem relativistischen Ionenstrahl (Physikalische Grössen. Nachschlagewerk. Grigorjev I.S., Mejlichov E.S., M.: Energoatomisdat, 1991) und auf Basis des Massivs eingeschätzter Kerndaten über Massendefekte von Neutronen und 3288 Nukliden aus der Webseite des Nationallabors Brookhaven http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ ausgeführt.

[0022] Die Berechnungsergebnisse sollen später durch experimentelle Daten bestätigt werden.

[0023] Zum Resultat der ausgeführten Arbeit wurde die Entdeckung von wesentlichen vorteilhaften Besonderheiten der Energetik der multifragmentären Destruktion der Kerne langlebiger Radionuklide einschliesslich aktinischer Elemente bei Targetbestrahlung mit relativistischen schweren Partikeln (mit Freisetzung der Innenkernenergie und Absorption der kinetischen Energie relativistischer Partikel), die einen positiven Beitrag elektrisch geladener Kernbruchteile zum Wachstum der Effizienz der Energiefreisetzung bezeugen. Im Ergebnis schlagen die Urheber eine neue Variante der praktischen Nutzung des genannten Effekts für die Lösung von Aufgaben und Problemen in Bereichen Energetik, Ökologie und Gesundheitsschutz vor.

[0024] So erfolgt zum Beispiel bei einer unelastischen Kollision eines relativistischen mehrfach geladenen<238>U Ions mit einem<14>C Kern deren multifragmentäre Destruktion mit dem Ausflug, nach Berechnungen, von etwa 30 Spaltfragmenten einschliesslich Neutronen und Übergabe an diese der kinetischen Energie des anfliegenden Partikels. Das wahrscheinliche Resultat des Einschlags eines relativistischen Neutrons in den<238>U Kern ist der Zerfall des Letzteren mit dem Ausflug von, wie aus den Berechnungen folgt, bis 30 Spaltfragmenten durch einen beliebigen Kanal und einer Energiefreisetzung. Hochenergetische Spaltfragmente, die in Hinsicht auf Ladung und Masse mit Nukliden von Chlor und aufwärts (bis einschliesslich Palladium)vergleichbar sind, verursachen die Destruktion der<238>U-Kerne mit einem Ausflug von, wie aus den Berechnungen folgt, maximal 33 Spaltfragmenten mit einer begleitenden Energiefreisetzung. Bei der multifragmentären Destruktion des<137>Cs Kerns mit einer ähnlichen Übergabe der kinetischen Energie eines gleichen relativistischen Partikels an eine Menge der ausfliegenden Spaltfragmente kann sich deren Anzahl, wie aus den Berechnungen folgt, auf 35 belaufen.

[0025] Gleichartige Ergebnisse wurden auch für hochenergetische Produkte einer multifragmentären Destruktion der Targetkerne erhalten, die ihrerseits die nachfolgenden Targetkerne treffen und eine Destruktion der Letzteren bedingen. Die entstandenen elektrisch geladenen Kernfragmente und Neutronen, die nicht nur die kinetische Energie des angeflogenen Partikels sondern auch diejenige Energie, die infolge der multifragmentären Destruktion häufig freigesetzt wird, wegtransportieren, erzeugen bei weiteren Zusammenstössen mit Targetkernen die nächste Generation sekundärer Teilchen und starten somit den lawinenartigen Prozess der Targetmaterialzerstörung.

[0026] Die Fig. 1 illustriert die ersten sechs Etappen der Entwicklung des Prozesses der multifragmentären Kerndestruktion im<238>U durch das 32-fachgeladene Ion des<238>U mit einer Energie von 1 GEV/Nukleon am Beispiel der Entstehung in der ersten Generation von 6 hinsichtlich der Masse vergleichbaren, elektrisch geladenen Fragmenten und 39 Neutronen: <tb>1.<SEP>Zusammenstoss des beschleunigten Ions des<238>U mit einem Targetkern. <tb>2.<SEP>Entstehung hochenergetischer Spaltfragmente der ersten Generation mit Freisetzung von 194 MEV (~ 3*10<12>Varianten der Realisierung). <tb>3<SEP>Streuung der Spaltfragmente der ersten Generation. <tb>4.<SEP>Zusammenstoss der Spaltfragmente der ersten Generation mit Targetkernen. <tb>5.<SEP>Entstehung hochenergetischer Spaltfragmente der zweiten Generation mit Freisetzung, entsprechend den Berechnungen, von ungefähr 190 MEV (über 2*10<8>Varianten der Realisierung der Energie). <tb>6.<SEP>Streuung der Spaltfragmente der zweiten Generation.

[0027] Die Fig. 1 charakterisiert das angebotene Verfahren und zeigt, dass ein jedes Neutron und ein jedes elektrisch geladenes Fragment der ersten Generation das Entstehen von, wie aus den Berechnungen folgt, mindestens 10 hochenergetischen Spaltfragmenten mit Freisetzung von ungefähr 190 MEV verursachen können. Dabei erzeugt ein Partikel des Strahls mindestens zwei Generationen von Spaltfragmenten, zerstört hierdurch, wie aus den Berechnungen folgt, etwa 450 Targetkerne und setzt etwa 194 ÷ 45 * 193 MEV = 8.7 GEV an Innenkernenergie frei. Bei der Erzeugung einer dritten Generation solcher Spaltfragmente steigt die Anzahl der zerstörten Kerne, wie aus den Berechnungen folgt, auf 4500, wobei etwa 194 ÷ 450 * 190 MEV = 86 GEV freigesetzt werden.

[0028] Auf diese Weise entsteht und entwickelt sich der lawinenförmige Prozess der Atomkerndestruktion, darunter durch elektrisch geladene Fragmente dieser Atomkerne, deren Energie die Coulomb-Barriere der Kerne überschreitet, die auf der Bewegungslinie der Fragmente von Targetkernen liegen, mit deren nachfolgender Zerstörung.

[0029] Eine derartige Verfolgung der Kette von Ereignissen, die mit dem wahrscheinlichen Schicksal anderer Kernspaltfragmente der ersten Generation, insbesondere aus der 6-fragmentären Destruktion der<238>U-Kerne zusammenhängen, führt zu ähnlichen, den so genannten schleifenartigen, d.h. auf die hinsichtlich Masse und Ladung äquivalenten Fragmente, mit denen diese Folgen von Zerstörungsereignissen der Targetkerne beginnen, geschlossenen Ketten. Die angegebenen Folgen, selbstverständlich von verschiedenen Grössen, existieren beim Zerfall der Targetkerne in eine beliebige andere Anzahl der Fragmente aus einer Menge von Varianten, die vom Erhaltungsgesetz der Energie, des Impulses, der elektrischen und Barionenladung zugelassen und in diesem Prozess realisiert werden.

[0030] Auf diese Weise wird beim angegebenen Verlauf der Destruktionsprozesse eine in Bezug auf Leistung vergleichbare Menge von schleifenartigen Folgen von Zerstörungsereignissen der Targetkerne realisiert. Anders gesagt, läuft die Erreichung einer für die Praxis geeigneten Leistung einer Menge von derartigen Folgen, die im Target von relativistischen Partikeln des Strahls initiiert werden, unter sonst gleichen Bedingungen auf den Erwerb durch diese einer dafür genügenden Energie hinaus. In diesem Fall wird ein jedes Partikel im Strahl fähig, eine ziemlich grosse Anzahl der Targetkerne zu entsorgen, was zu einer entsprechenden Senkung der Anforderungen an die Stromintensität des Beschleunigers führt.

[0031] Die Bedeutung des beschriebenen Effekts der Verstärkung der Kerndestruktion im Targetinhalt besteht in Folgendem.

[0032] Erstens, durch Platzierung im strahlseitigen Targetsegment und angemessene Bestrahlung unter dem Strahl aus schweren geladenen Teilchen, die bis auf relativistische Energien beschleunigt sind, verschiedener Materialien einschliesslich langlebiger Radionuklide nach Tabelle 1, kann man deren praktisch komplette Entsorgung durch mehrfache Wiederverwendung des entsprechenden bestrahlten Targetinhalts mittels gekoppelter radiochemischer Regenerierung und Refabrikation erreichen.

[0033] Zweitens, Produkte der Entsorgung radioaktiver Abfälle, sowohl abgetrennter, d.h. mit vorwiegend langlebigen Radionukliden, als auch nicht abgetrennter (und/oder chemischer) Abfälle, des abgearbeiteten Kernbrennstoffs aus Forschungs-, Industrie- und Energiereaktoren können nach entsprechender Kühlung und nachfolgender radiochemischer und sonstiger Verarbeitung in verschiedenen Zweigen der Volkswirtschaft Anwendung finden. Das ist darauf zurückzuführen, dass die genannten Produkte hauptsächlich stabile und durch Neutronendefizit gekennzeichnete Nuklide sind. Die letzteren (in überwiegender Mehrheit) unterscheiden sich bekanntlich von Nukliden mit Neutronenüberschuss, die im Brennstoff heutiger Reaktoren anfallen, durch signifikant kürzere Halbwertzeiten.

[0034] Drittens, bei einer vollständigen Absorption des Flusses sekundärer Neutronen im entsprechenden Targetsegment erfolgt die Erzeugung spaltbarer Radionuklide mit einer entsprechenden Erhöhung der Energieerzeugung im Target und Umwandlung in die elektrische Energie, die unter anderem die für die Beschleunigung der Partikel im Strahl verbrauchte elektrische Energie kompensiert. Die anfallende überschüssige elektrische Energie kann von anderen Verbrauchern solcher Energie benutzt werden.

[0035] Die vorgeschlagene Anlage besteht aus einem Beschleuniger, einem tief unterkritischen Target, aus Blöcken für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, einem Wärmetransformator und Reserveblock. <tb>Die Ziffern in den Figuren bedeuten: <tb>1<SEP>Beschleuniger des relativistischen Ionenstrahls <tb>2<SEP>Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target <tb>3<SEP>Target <tb>4<SEP>Reserveblock <tb>5<SEP>Wärmetransformator <tb>6<SEP>Rohrleitung zur Targeteinspeisung <tb>7<SEP>Verschlussvorrichtung des Reserveblocks <tb>8, 9, 10, 11<SEP>Rohrleitungen des Kühlmittels <tb>12<SEP>das erste Targetsegment <tb>13<SEP>das zweite Targetsegment <tb>14<SEP>das dritte Targetsegment <tb>15<SEP>Rohrleitung zur Einspeisung des zweiten Targetsegments mit dem Material des dritten Targetsegments <tb>16<SEP>Verschlussvorrichtung des dritten Targetsegments

[0036] Die Erzeugung von Strahlen relativistischer schwerer Ionen erfolgt mit Hilfe des Rückwärtswellen-Linearbeschleunigers 1 (ULOV, s. A.S. Bogomolow, T.S. Bakirov «Ionenbeschleuniger für industrielle Nutzung», M., Kuna, 2012, 87 S.), wobei die zu beschleunigenden mehrfach geladenen Ionen eine Energie von mindestens 100 MEV pro Nukleon erreichen. Die Überschreitung des genannten Energiewertes der mehrfach geladenen Ionen erlaubt, die überschüssige Energie praktisch komplett für die Initiierung der oben beschriebenen Vielfalt nuklearer Prozesse einzusetzen.

[0037] Der Abstand zwischen der Baugruppe im Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target, von wo aus der Strahl unmittelbar auf das mit dem Block angrenzende Targetsegment gerichtet wird, und dem letztgenannten wird unter der Bedingung der Minimierung negativer Einwirkungen ionisierender Strahlung des zu bestrahlenden Stoffes in diesem Segment auf die genannte Baugruppe bestimmt.

[0038] Das Material des 1-Segment-Targets 3 und des ersten Segments 12 des 2- und 3-Segment-Targets wird aus radioaktiven Abfällen, sonstigen Stoffen, die für eine direkte Destruktion bestimmte langlebige Radionuklide, darunter kleine Aktiniden (Plutonium und minore Aktiniden) enthalten, und/oder aus dem abgearbeiteten Kernbrennstoff in Form einer tiefschmelzenden eutektischen Mischung vom Typ U-Fe zusammengesetzt. Diese Materialen können anfänglich fest oder flüssig sein. Die Schichtstärke dieser Materialien in der Strahltrajektorie wird für das 1-Segmenttarget 3 unter der Voraussetzung bestimmt, dass hier nicht nur der primäre Strahl, sondern auch der Fluss sekundärer Partikel einschliesslich Neutronen vollständig absorbiert wird. Die Schichtstärke und die Leistung des Beschleunigerstrahls bedingen die Möglichkeit einer kompletten Verschmelzung des Targetinhalts. Die Stärke des ersten Segments 12 im 2- und 3-Segmenttarget wird unter der Voraussetzung bestimmt, dass hier die Umwandlung der meisten primären Teilchen des Strahls in einen Fluss sekundärer Partikel gesichert wird, wobei in diesem Segment eine überwiegende Mehrheit der Destruktionsprodukte mit Neutronendefizit entsteht. Infolge der Freisetzung der Innenkernenergie auch bei einer relativ tiefen Multifragmentierung der Atomkerne, wächst die Temperatur des Materials im ersten Segment 12 auf Werte, die mindestens eine Teilverschmelzung des Materials bedingen. Die Dauer der Bestrahlung (mit Akkumulation der Destruktionsprodukte der Atomkerne) des ersten Segments 12 im 2- und 3-Segmenttarget mit dem Strahl wird in der Regel durch Berechnungsverfahren ermittelt, ausgehend von der Notwendigkeit, eine zweckgemässe Zerstörungsrate des Targetmaterials bei Aufrechterhaltung einer noch ausreichenden Festigkeit des entsprechenden Gehäuses zu bewirken. Nach der Erreichung der vorgegebenen Bestrahlungsdosis wird das Material dieses Segments durch ein neu vorbereitetes Material ersetzt, mit nachfolgender Kühlung und Übergabe des bestrahlten Materials in einen radiochemischen Betrieb als Rohstoff für die Herstellung neuer Partien von Materialien mit Radionukliden, welche für die Verbrennung unter dem Beschleunigerstrahl der Anlage bestimmt sind. In diesem Zusammenhang ist zu betonen, dass hier eine Betriebsdauer der vorgeschlagenen Anlage erreicht wird, die unvergleichbar grösser ist, als die Dauer der Akkumulation der Destruktionsprodukte der Atomkerne nicht nur im ersten Targetsegment, sondern im ganzen Target.

[0039] Das Material des zweiten Segments 13 des Targets (Fig. 6 – 10 und 12 ) wird vor allem aus Aktiniden, auch unter Benutzung vom abgereicherten und/oder regenerierten Uran, und/oder aus dem abgearbeiteten Kernbrennstoff mit strenger Einhaltung der Bedingung über die tiefe Unterkritikalität hergestellt. In diesem Targetsegment erfolgt die hauptsächliche Energiefreisetzung durch alle Varianten der Destruktion, bei denen die Innenkernenergie freigesetzt wird. Dafür wird das Material des zweiten Segments in Form einer tiefschmelzenden eutektischen Mischung vom Typ U-Fe gebildet, die unter dem intensiven Teilchenfluss bis auf die Schmelztemperatur aufgeheizt und deren Schmelze danach als primäres Kühlmittel für die Übertragung der Abwärme aus dem Target durch Rohrleitungen 8–11 verwendet wird (Fig. 6 – 12 ). Neben der Abführung überschüssiger Wärme aus dem Target dienen die Rohrleitungen auch für die Homogenisierung des Targetinhalts infolge der tatsächlichen Durchmischung. Eine derartige eutektische Mischung wird auch für die Überführung in die flüssige Form des Materials des dritten Segments 14 des 3-Segmenttarget s (Fig. 11 und 12 ) eingesetzt, das für die Entsorgung des aus dem zweiten Targetsegment 13 herausgehenden Flusses von Neutronen bestimmt ist, die hier ihre Fähigkeit zur Spaltung der<232>Th- und/oder<238>U-Kerne verloren haben, mit Reproduktion spaltbarer Nuklide. Die genannte eutektische Mischung kann in sämtlichen Segmenten aller drei Targetvarianten durch eine Schmelze flüssiger Salze entsprechender chemischer Elemente oder deren Kompositionen ersetzt werden.

[0040] Die Menge des Materials des dritten Segments 14 des 3-Segmenttargets wird mit einem ausreichenden Überschuss gebildet, der eine rechtzeitige Kompensation der unvermeidlichen Senkung des Materialniveaus des zweiten Segments 13 nicht nur infolge dessen Übergangs in eine flüssige Form durch Aufheizung, sondern auch infolge einer dauerhaften Verbrennung unter dem Strahl durch die Übertragung einer entsprechenden Menge der Schmelze des

[0041] Materials des dritten Segments 14 des Targets aus dem beheizten Reserveblock 4 (Fig. 11 und 12 ), der oberhalb des dritten Targetsegments auf der Höhe des natürlichen Triebs installiert wird, durch die Rohrleitung zur Targeteinspeisung 6 und die Verschlussvorrichtung 7 erlaubt. Die gleiche Funktion erfüllt der Reserveblock 4 in Varianten der Anlage mit einem 1-Segement- und 2-Segmenttarget (Fig. 2 – 10 ). Durch die Rohrleitung zur Targeteinspeisung 6 und die Verschlussvorrichtung 7 erfolgt aus dem Reserveblock die Kompensation der Senkung des Materialniveaus in denjenigen Targetsegmenten, wo die hauptsächliche Wärmefreisetzung vor sich geht. Diesbezüglich ist zu bemerken, dass in Fig. 1 – 12 der Grundzustand der Verschlussvorrichtungen als «geschlossen» bezeichnet ist.

[0042] Um den Schwund des Inhalts des zweiten Segments 13 des 3-Segment-Targets zu kompensieren, wird aus dem Gehäuse des dritten Segments 14 mit einer Pumpe in der Verschlussvorrichtung 16 durch die Rohrleitung 15 (Fig. 11 und 12 ) eine entsprechende Menge des mit spaltbaren Nukliden angereicherten bestrahlten Materials des dritten Segments 14 des Targets transportiert.

[0043] Die Anlage funktioniert folgenderweise.

[0044] Im stationären Regime wird der Beschleunigerstrahl 1 mehrfach geladener Ionen<238>U mit einem Durchschnittsstrom von etwa 1 mA und einer Energie von IGEV/Nukleon mittels Block 2 für Transport und Eingabe des Strahls ins Target entweder auf das Target 3 der Anlage mit dem 1-Segmenttarget (Fig. 2 – 5 ) oder auf das erste Segment 12 des 2- oder 3-Segment-Targets (Fig. 6 – 12 ) gerichtet.

[0045] Im Falle des 1-Segmenttargets 3 (Fig. 2 – 5 ) mit einem kegelförmigen oder kugelförmigen Gehäuse und dem aus radioaktiven Abfällen und/oder Aktiniden und/oder aus dem abgearbeiteten Kernbrennstoff zusammengesetzten Material generiert der Strahl primärer Partikel einen Fluss sekundärer Teilchen, deren erste Generationen ebenfalls Targetkerne zerstören. Im unteren Teil des Targets 3 wird der Fluss sekundärer Teilchen entsorgt. Dabei wird die Innenkernenergie freigesetzt, die sich im Target in die Wärmeenergie verwandelt. Der Schwund des Targetmaterials wird aus dem Reserveblock 4 durch die Rohrleitung 6 mit der Verschlussvorrichtung 7 kompensiert. Die überschüssige Wärme aus dem Target 3 wird mit Hilfe von Rohrleitungen 8, 9, 10, 11 in den Wärmetransformator 5 abgeführt, wo sie in die elektrische Energie verwandelt wird.

[0046] In der zweiten Variante der Anlage mit einem 2-Segmenttarget (Fig. 6 – 10 ) im Gehäuse, dessen Seitenfläche eine zylindrische oder kegelartige Form hat, das Fussstück des ersten Segments 12 flach oder kugelförmig ist, der Inhalt des ersten Segments mit dem Targetinhalt in der ersten Variante der Anlage identisch ist, wobei das zweite Segment 13 mit Aktiniden und/oder dem abgearbeiteten Kernbrennstoff mit Einhaltung der Bedingung über die tiefe Unterkritikalität gefüllt wird, erzeugt der primäre Strahl einen Fluss sekundärer Teilchen im ersten Segment und verwandelt die Kerne des hier enthaltenen Materials in Kerne mit Neutronendefizit. Der Fluss sekundärer Teilchen im zweiten Segment sorgt für die hauptsächliche Energiefreisetzung und wird auf die gleiche Weise wie im 1-Segmenttarget entsorgt. Der Schwund des Targetmaterials wird aus dem Reserveblock 4 durch die Rohrleitung 6 mit der Verschlussvorrichtung 7 kompensiert. Die überschüssige Wärme aus dem zweiten Targetsegment 13 wird mit Hilfe von Rohrleitungen 8, 9, 10, 11 in den Wärmetransformator 5 abgeführt, wo sie in den elektrischen Strom verwandelt wird.

[0047] In der dritten Variante der Anlage (Fig. 12 ) mit einem 3-Segmenttarget hat die Seitenfläche der Segmente eine zylindrische oder kegelartige Form, das Fussstück des ersten Segments ist flach oder kugelförmig, die Fussstücke des zweiten und dritten Segments sind kugelförmig und liegen voneinander in einem Abstand gleich der Differenz deren Radien. Der Abstand zwischen den Gehäusen des zweiten und des dritten Segments wird unter der Voraussetzung bestimmt, dass im dritten Segment der Fluss sekundärer Neutronen aus dem zweiten Segment vollständig absorbiert wird. Im dritten Segment erfolgt die komplette Entsorgung des Neutronenflusses. Das dritte Targetsegment ist mittels Rohrleitungen und Verschlussvorrichtungen entsprechend mit dem zweiten Segment und dem Reserveblock verbunden. Das erste Segment 12 und das zweite Segment 13 sind mit den gleichen Materialien gefüllt wie entsprechende Segmente des 2-Segmenttargets, das Material des dritten Targetsegments wird aus dem abgereicherten und/oder regenerierten<238>U und/oder<232>Th gebildet, das zweite Segment sichert die Energiefreisetzung, im dritten Segment 14 erfolgt die Entsorgung des sekundären Flusses von Neutronen, die das Potential zur Spaltung der<238>U- und/oder<232>Th-Kerne verloren haben, durch Umwandlung dieser Kerne in spaltbare Radionuklide.

[0048] Die oben erwähnte Bestimmung der Anlage (Erzeugung von Wärme- und Elektroenergie, Entsorgung langlebiger Radionuklide) bildet die Grundlage für die Schaffung einer ganzheitlichen Menge von entsprechenden geschlossenen Kernbrennstoffzyklen – in Bezug auf langlebige Radionuklide, einschliesslich der Erzeugung der Wärme- und Elektroenergie durch Freisetzung der Kernenergie, in Bezug auf chemische Abfälle.

[0049] Als Beispiel ist in der Fig. 13 das Schema des Kernbrennstoffkreislaufs dargestellt, der in Bezug auf langlebige Radionuklide geschlossen ist. Daraus folgt, dass praktisch der gesamte abgearbeitete Kernbrennstoff sowie radioaktive Abfälle, die unter anderem Plutonium und minore Aktiniden enthalten, die in einem solchen Kernbrennstoffkreislaufs anfallen, in den verbundenen Entsorgungszyklus geliefert werden, der die vorgeschlagene Anlage, ein Lager für die Kühlung der darin bestrahlten Materialien, radiochemische Verarbeitung, einen Betrieb für die Vorbereitung der Materialien mit langlebigen Radionukliden (und/oder der chemischen Abfälle) auf die Bestrahlung enthält. In diesem Fall gehören dazu Materialien, die<232>Th und/oder<238>U enthalten und unter anderem für die Reproduktion spaltbarer Nuklide in der Anlage eingesetzt werden. Produkte des Entsorgungszyklus langlebiger Radionuklide sind die Wärmeenergie und die Elektroenergie, die nicht nur innerhalb sondern auch ausserhalb des Kernbrennstoffkreislaufs benötigt werden.

[0050] Im genannten Entsorgungszyklus werden radioaktive Abfälle bergbaulicher, hydrometallurgischer und sonstiger Betriebe, abgereichertes Uran aus der Urananreicherung nach Isotop<2><35>U, abgearbeiteter Kernbrennstoff, regeneriertes Uran, Plutonium und minore Aktiniden sowie radioaktive Abfälle radiochemischer Betriebe verarbeitet.

[0051] Das Schema in der Fig. 13 ist für die Bildung von Kernbrennstoffzyklen aller Art (U, U-Pu, Th-U etc.), die in Bezug auf langlebige Radionuklide geschlossen sind, für praktisch realisierbare Kombinationen mit und ohne Schnellneutronenreaktoren, mit Einsatz weiterer Arten von Anlagen und Betrieben, bei deren Funktion unvermeidlich radioaktive Abfälle entstehen, mit einem kompletten prinzipiellen Verzicht auf die heute praktizierte Endlagerung derartiger Abfälle geeignet.

[0052] Es ist zu betonen, dass dieser Entsorgungszyklus auch eine eigenständige Bedeutung hat, wenn in diese Entsorgung nicht nur der abgearbeitete Kernbrennstoff, radioaktive Abfälle aus dessen Verarbeitung, Thorium, Uran, Plutonium und minore Aktiniden, sondern auch radioaktive Abfälle anderer Herkunft, die zum Beispiel bei der Demontage von alten oder frühzeitig ausser Betrieb gesetzten Kernreaktoren und/oder ähnlichen Anlagen anfallen, übergeben werden.

[0053] Ähnlich werden in anderen Industriezweigen geschlossene Betriebszyklen in Bezug auf entsprechende chemische Abfälle gebildet, die in einen ähnlichen Entsorgungszyklus wie in Fig. 13 geliefert werden, der mit Einsatz der vorgeschlagenen Entsorgungsanlage geschaffen, aber an die vorwiegende Verbrennung chemischer Elemente aus branchentypischen Abfällen angepasst ist. In diesem Fall bekommt dieser Industriezweig Wärme- und Elektroenergie für den Eigenbedarf, während aus dem verbundenen Kernbrennstoffkreislauf in den Entsorgungszyklus die oben genannten Verbrauchsmaterialien und Zubehörteile geliefert werden.

[0054] Somit erlaubt eine vollumfassende Implementierung des vorgeschlagenen Verfahrens und der Anlage zur Umwandlung der Kernenergie in die Wärmeenergie nicht nur die Erreichung einer logischen Abgeschlossenheit und ökologischen Schlüssigkeit der bestehenden und neu projektierten Typen und Abarten von Kernbrennstoffzyklen mit vollständiger Erfüllung entsprechender Anforderungen der IAEA (Unbegrenztheit der Vorräte des Brennstoffrohstoffs, Stabilität der radioaktiven Grundstrahlung der Erde, Gewährleistung des Nichtverbreitungsregimes, natürliche Sicherheit nuklearer Energieanlagen), sondern auch eine zielgerichtete und kontinuierliche Entwicklung einer tief unterkritischen umweltfreundlichen Energiewirtschaft, die unter anderem eine angemessene Rechtfertigung der menschlichen Tätigkeit in der gesamten Industrie einschliesslich der Atombranche gewährleistet.

Tabelle 1 – Verzeichnis langlebiger Radionuklide

[0055] <tb>1<SEP>Be-10<SEP>1.387(12)+6<SEP>31<SEP>I-129<SEP>1.57(4)+7<SEP>61<SEP>Th-229<SEP>7932(28) <tb>2<SEP>C-14<SEP>5700(30)<SEP>32<SEP>Cs-135<SEP>2.3(3)+6<SEP>62<SEP>Th-230<SEP>7.54(3)+4 <tb>3<SEP>AI-26<SEP>7.17(24)+5<SEP>33<SEP>Cs-137<SEP>30.08(9)<SEP>63<SEP>Th-232<SEP>1.40(1)+10 <tb>4<SEP>Si-32<SEP>153(19)<SEP>34<SEP>La-137<SEP>6(2)+4<SEP>64<SEP>Pa-231<SEP>3.276(11)+4 <tb>5<SEP>CI-36<SEP>3.01(2)+5<SEP>35<SEP>Pm-145<SEP>17.7(4)<SEP>65<SEP>U-232<SEP>68.9(4) <tb>6<SEP>Ar-39<SEP>269(3)<SEP>36<SEP>Sm-146<SEP>10.3(5)+7<SEP>66<SEP>U-233<SEP>1.592(2)+5 <tb>7<SEP>Ar-42<SEP>32.9(11)<SEP>37<SEP>Sm-151<SEP>90(8)<SEP>67<SEP>U-234<SEP>2.455(6)+5 <tb>8<SEP>K-40<SEP>1.248(3)+9<SEP>38<SEP>Eu-150<SEP>36.9(9)<SEP>68<SEP>U-235<SEP>7.04(1 )+8 <tb>9<SEP>Ca-41<SEP>1.02(7)+5<SEP>39<SEP>Gd-148<SEP>70.9(10)<SEP>69<SEP>U-236<SEP>2.342(4)+7 <tb>10<SEP>Ti-44<SEP>60,0(11)<SEP>40<SEP>Gd-150<SEP>1.79(8)+6<SEP>70<SEP>U-238<SEP>4.468(3)+9 <tb>11<SEP>Mn-53<SEP>3.74(4)+6<SEP>41<SEP>Tb-157<SEP>71(7)<SEP>71<SEP>Np-236<SEP>153(5)+3 <tb>12<SEP>Fe-60<SEP>2.62(4)+6<SEP>42<SEP>Tb-158<SEP>180(11)<SEP>72<SEP>Np-237<SEP>2.144(7)+6 <tb>13<SEP>Ni-59<SEP>7.6(5)+4<SEP>43<SEP>Dy-154<SEP>3.0(15)+6<SEP>73<SEP>Pu-238<SEP>87.7(1) <tb>14<SEP>Ni -63<SEP>101.2(15)<SEP>44<SEP>Ho-163<SEP>4570(25)<SEP>74<SEP>Pu-239<SEP>24110(30) <tb>15<SEP>Se-79<SEP>2.95(38)+5<SEP>45<SEP>Ho-166m<SEP>1.20(18)+3<SEP>75<SEP>Pu-240<SEP>6561(7) <tb>16<SEP>Kr-81<SEP>2.29(11)+5<SEP>46<SEP>Hf-178m<SEP>31(1)<SEP>76<SEP>Pu-242<SEP>3.75(2)+5 <tb>17<SEP>Sr-90<SEP>28.90(3)<SEP>47<SEP>Hf-182<SEP>8.90(9)+6<SEP>77<SEP>Pu-244<SEP>8.00(9)+7 <tb>18<SEP>Zr-90<SEP>1.61(5)+6<SEP>48<SEP>Re-186m<SEP>2.0+5<SEP>78<SEP>Am-241<SEP>432.6(6) <tb>19<SEP>Nb-91<SEP>6.8(13)+2<SEP>49<SEP>lr-192m<SEP>241(9)<SEP>79<SEP>Am-242m<SEP>141(2) <tb>20<SEP>Nb-92<SEP>3.47(24)+7<SEP>50<SEP>Pt-193<SEP>50(6)<SEP>80<SEP>Am-243<SEP>7370(40) <tb>21<SEP>Nb-93m<SEP>16,12(12)<SEP>51<SEP>Hg-194<SEP>444(77)<SEP>81<SEP>Cm-243<SEP>29.1(1) <tb>22<SEP>Nb-94<SEP>2.03(16)+4<SEP>52<SEP>Pb-202<SEP>52.5(28)+3<SEP>82<SEP>Cm-244<SEP>18.1(1) <tb>23<SEP>Mo-93<SEP>4.0(8)+3<SEP>53<SEP>Pb-205<SEP>1.73(7)+7<SEP>83<SEP>Cm-245<SEP>8423(74) <tb>24<SEP>Tc-97<SEP>4.21(16)+6<SEP>54<SEP>Pb-210<SEP>22.20(22)<SEP>84<SEP>Cm-246<SEP>4706(40) <tb>25<SEP>Tc-98<SEP>4.2(3)+6<SEP>55<SEP>Bi-207<SEP>31.55(4)<SEP>85<SEP>Cm-247<SEP>1.56(5)+7 <tb>26<SEP>Tc-99<SEP>2.111(12)+5<SEP>56<SEP>Bi-208<SEP>3.68(4)+5<SEP>86<SEP>Cm-248<SEP>3.48(6)+5 <tb>27<SEP>Pd-107<SEP>6.5(3)+6<SEP>57<SEP>Bi-210m<SEP>3.04(6)+6<SEP>87<SEP>Cm-250<SEP>8.3+3 <tb>28<SEP>Ag-108m<SEP>438(9)<SEP>58<SEP>Po-209<SEP>102(5)<SEP>88<SEP>Bk-247<SEP>1380(250) <tb>29<SEP>Sn-121m<SEP>43.9(5)<SEP>59<SEP>Ra-226<SEP>1600(7)<SEP>89<SEP>Cf-249<SEP>351(2) <tb>30<SEP>Sn-126<SEP>2.30(14)+5<SEP>60<SEP>Ac-227<SEP>21.772(3)<SEP>90<SEP>Cf-251<SEP>898(44)

[0056] Anmerkungen: T1/2 – Halbwertzeit; 1.387(12)+6 – (1.387 ± 0.012) * 10<6>

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestrahlung von Isotopen schwerer chemischer Elemente und zur Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie, wobei: – ein Strahl relativistischer Ionen erzeugt und beschleunigt wird, mit ihm Atomkerne des regelmässig zu erneuernden Materials eines tief unterkritischen Targets bestrahlt und zerstört werden, – ein Fluss sekundärer Teilchen einschliesslich Neutronen erzeugt wird, durch diese Teilchen Isotopenkerne schwerer chemischer Elemente gespalten werden, wobei Innenkernenergie freigesetzt wird, – der Zustand des Targets mit einer Grösse, welche die Übergabe der kinetischen Energie des Strahls und des Flusses sekundärer Teilchen an dieses Target gewährleistet, kontrolliert und die Dauer der Akkumulation und Ersetzung der Produkte des Atomkernzerfalls festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Strahl relativistischer Ionen bis auf eine Energie beschleunigt wird, bei welcher durch die Zerstörung des Targetmaterials zwei und mehr Generationen der Produkte des multifragmentären Atomkernzerfalls erzeugt werden und die Innenkernenergie innerhalb eines Zeitraums freigesetzt wird, der länger ist, als die Dauer der Akkumulation und Ersetzung der Produkte des Atomkernzerfalls durch ein für die Bestrahlung vorbereitetes Material, – der Fluss sekundärer Teilchen entsorgt, das bestrahlte Material gekühlt und in die Verarbeitung als Rohstoff für die Gewinnung der für die weitere Nutzung entsprechend dem angegebenen Verfahren geeigneten Stoffe übergeben wird.

2. Anlage für die Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, die aufeinanderfolgend umfasst: – einen Beschleuniger für einen relativistischen Ionenstrahl, – einen Block für Transport und Eingabe des Strahls in ein tief unterkritisches Target, – ein tief unterkritisches Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke – einen Wärmetransformatorblock, und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Targetgehäuse bezogen auf die energetische Achse der Anlage kegelförmig oder kugelförmig ist, mit dem Wärmetransformator mittels Rohrleitungen und mit einem nachfüllbaren Reserveblock oberhalb des Targets mittels Rohrleitung und Verschlussvorrichtung verbunden ist.

3. Anlage für die Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, die aufeinanderfolgend umfasst: – einen Beschleuniger für einen relativistischen Ionenstrahl, – einen Block für Transport und Eingabe des Strahls in ein tief unterkritisches Target, – ein tief unterkritisches Target aus schweren chemischen Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke – einen Wärmetransformatorblock, und dadurch gekennzeichnet ist, dass – das Targetgehäuse als zwei Segmente ausgeführt ist, die bezogen auf den Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target aufeinanderfolgend angeordnet sind, deren Seitenfläche bezogen auf die energetische Achse der Anlage typengleiche zylindrische oder kegelartige Form hat, – das Fussstück des ersten für Auswechslung und Fixierung geeigneten Segments flach oder kugelförmig ist, – das zweite Segment mit dem Wärmetransformator mittels Rohrleitungen und mit einem nachfüllbaren Reserveblock oberhalb dieses Segments mittels Rohrleitung und Verschlussvorrichtung verbunden ist.

4. Anlage für die Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, die aufeinanderfolgend umfasst: – einen Beschleuniger für einen relativistischen Ionenstrahl, – einen Block für Transport und Eingabe des Strahls in ein tief unterkritisches Target, – ein tief unterkritisches Target aus schweren chemischen, Elementen in einem hitzebeständigen, strahlenresistenten und korrosionsfesten Gehäuse mit offener Oberflanke – einen Wärmetransformatorblock, und dadurch gekennzeichnet ist, dass – das Targetgehäuse als drei Segmente ausgeführt ist, die bezogen auf den Block für Transport und Eingabe des Strahls ins Target aufeinanderfolgend angeordnet sind, deren Seitenfläche bezogen auf die energetische Achse der Anlage typengleiche zylindrische oder kegelartige Form hat, – das Fussstück des ersten für Auswechslung und Fixierung geeigneten Segments flach oder kugelförmig ist, – die Fussstücke des zweiten und dritten Segments kugelförmig sind und zwischen einander einen Abstand gleich der Differenz deren Radien haben, – das dritte Segment des Targetgehäuses mittels Rohrleitungen und Verschlussvorrichtungen entsprechend mit dem zweiten Segment und dem Reserveblock, das zweite Segment mittels Rohrleitungen mit dem Wärmetransformator verbunden sind, und der nachfüllbare Reserveblock oberhalb des dritten Targetsegments installiert ist.