nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2026-2-94-103nuc-1009Research ArticleСтатьиАНАЛИЗ ПОДКРИТИЧНОСТИ В КОНТЕЙНЕРАХ ОЯТ РЕАКТОРА БН-350SUBCRITICALITY ANALYSIS IN SNF CONTAINERS OF THE BN-350 REACTORhttps://orcid.org/0009-0004-5055-9272ПрозоровА. А.ProzorovA. A.

Курчатов

Kurchatov

paa@nnc.kzПрозороваИ. В.ProzorovaA. V.

Курчатов

Kurchatov

МухамедиевA. К.MukhamedievA. K.

Курчатов

Kurchatov

АкаевА. С.AkaevA. S.

Курчатов

Kurchatov

Филиал «Институт атомной энергии» РГП НЯЦ РККазахстанInstitute of Atomic Energy Branch of the RSE “National Nuclear Center of the Republic of KazakhstanKazakhstan2026090820260294103Copyright © Прозоров А.А., Прозорова И.В., Мухамедиев A.К., Акаев А.С., 20262026Прозоров А.А., Прозорова И.В., Мухамедиев A.К., Акаев А.С.Prozorov A.A., Prozorova A.V., Mukhamediev A.K., Akaev A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/1009

Актуальность исследований связана с необходимостью анализа подкритичности при всех регламентированных и аварийных сценариях в условиях долговременного хранения отработавшего топлива (ОЯТ) реактора БН-350. Хотя все основные расчеты и исследования были выполнены при разработке и проектировании хранилища, уточненные расчеты необходимы для подтверждения безопасного хранения ОЯТ БН-350 как реального и деградирующего объекта. Целью работы является оценка хранения контейнеров с точки зрения ядерной безопасности при соблюдении условий гарантированной подкритичности при некоторых аварийных ситуациях. Результаты исследования упаковочного комплекта хранения (УКХ) c восемью чехлами показывают, что при нахождении УКХ с ОЯТ в механически неповрежденном, либо поврежденном состоянии и даже в окружении группы УКХ величина эффективного коэффициента размножения нейтронов kэфф меняется незначительно, но начинает возрастать при появлении воды в расчетных конфигурациях. Наиболее критичной является ситуация при образовании в полостях контейнера и чехлов пароводяной смеси, что может произойти при деградации защитных оболочек контейнеров.

The relevance of this research is associated with the need to analyze subcriticality under all regulated and accidental storage scenarios during the long-term storage of spent nuclear fuel (SNF) from the BN-350 reactor. Although all necessary calculations and studies were performed during the development and design of the storage facility, updated calculations are required to confirm the safe storage of BN-350 SNF as a real and aging facility. The objective of this work was to assess container storage from the standpoint of nuclear safety, ensuring guaranteed subcriticality under certain accident conditions The results of the storage cask system (SCS) containing eight fuel canisters show that when the SCS with SNF is in either mechanically intact or damaged condition, and even when surrounded by a group of SCS units, the effective multiplication factor keff changes insignificantly. However, it begins to increase when water appears in the calculated configurations. The most critical situation occurs when a steam–water mixture forms in the cavities of the container and canisters, which may occur due to degradation of protective barriers

ОЯТметод сухого храненияхранилищереактор БН-350эффективный коэффициент размножения нейтронов kэффspent nuclear fuel (SNF)dry storage methodstorage facilityBN-350 reactorkэффСтатья подготовлена при финансовой поддержке Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (Проект программно-целевого финансирования BR24993104 «Проведение исследований в обоснование выбора эффективных и оптимальных способов и технологий обращения с ОЯТ реакторной установки БН-350»).ReferencesОбращение с радиоактивными отходами перед захоронением. Серия норм безопасности МАГАТЭ, №GSR Part 5 – Вена: МАГАТЭ, 2010.Обращение с радиоактивными отходами перед захоронением. Серия норм безопасности МАГАТЭ, №GSR Part 5 – Вена: МАГАТЭ, 2010.Руководство по вариантам и системам хранения отработавшего топлива. – Вена: МАГАТЭ, 2025Руководство по вариантам и системам хранения отработавшего топлива. – Вена: МАГАТЭ, 2025Безопасность установок ядерного топливного цикла: конкретные требования безопасности. Серия норм безопасности МАГАТЭ № SSR-4. – Вена: МАГАТЭ, 2017.Безопасность установок ядерного топливного цикла: конкретные требования безопасности. Серия норм безопасности МАГАТЭ № SSR-4. – Вена: МАГАТЭ, 2017.Оценка безопасности установок и деятельности, Серия норм безопасности МАГАТЭ, № GSR Part 4 (Rev. 1), – Вена: МАГАТЭ, 2016.Оценка безопасности установок и деятельности, Серия норм безопасности МАГАТЭ, № GSR Part 4 (Rev. 1), – Вена: МАГАТЭ, 2016.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, IAEA Nuclear Safety and Security Glossary, Non-serial Publications, IAEA, Vienna (2022).INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, IAEA Nuclear Safety and Security Glossary, Non-serial Publications, IAEA, Vienna (2022).LIN Rushan, ZHONG Zhenya. Progress and Development Thinking of Dry Reprocessing Technology for Spent Nuclear Fuel from Fast Reactor[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2025, 59(S1): 41-53. DOI: 10.7538/yzk.2025.youxian.0055LIN Rushan, ZHONG Zhenya. Progress and Development Thinking of Dry Reprocessing Technology for Spent Nuclear Fuel from Fast Reactor[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2025, 59(S1): 41-53. DOI: 10.7538/yzk.2025.youxian.0055Wainwright, Haruko & Christiaen, Chloe & Atz, Milos & Tchakerian, John & Yu, Jiankai & Ridley, Gavin & Shirvan, Koroush. (2024). Cross-disciplinary Reactor-toRepository Framework for Evaluating Spent Nuclear Fuel from Advanced Reactors. DOI: 10.21203/rs.3.rs-4579349/v1.Wainwright, Haruko & Christiaen, Chloe & Atz, Milos & Tchakerian, John & Yu, Jiankai & Ridley, Gavin & Shirvan, Koroush. (2024). Cross-disciplinary Reactor-toRepository Framework for Evaluating Spent Nuclear Fuel from Advanced Reactors. DOI: 10.21203/rs.3.rs-4579349/v1.Finland will soon bury nuclear waste in a geological tomb that’s built to last for 100,000 years. Sam Meredith https://www.cnbc.com/2024/08/29/onkalo-finland-to-bury-nucle- ar-waste-in-worlds-first-geological-tomb.html.Finland will soon bury nuclear waste in a geological tomb that’s built to last for 100,000 years. Sam Meredith https://www.cnbc.com/2024/08/29/onkalo-finland-to-bury-nucle- ar-waste-in-worlds-first-geological-tomb.html.О выводе из эксплуатации реактора БН-350 в городе Актау Мангыстауской области Постановление Правительства Республики Казахстан от 22 апреля 1999 года № 456О выводе из эксплуатации реактора БН-350 в городе Актау Мангыстауской области Постановление Правительства Республики Казахстан от 22 апреля 1999 года № 456Тур Е.С., Айсабеков А.Ж. Перевозка восьмиместного транспортно-упаковочного комплекта содержащего отработавшее ядерное топливо РУ БН-350 с точки зрения ядерной безопасности. Вестник НЯЦ РК. 2003;(4):94-98.Тур Е.С., Айсабеков А.Ж. Перевозка восьмиместного транспортно-упаковочного комплекта содержащего отработавшее ядерное топливо РУ БН-350 с точки зрения ядерной безопасности. Вестник НЯЦ РК. 2003;(4):94-98.Mukhamedov, N.; Toleubekov, K.; Vityuk, G.; Bekmuldin, M.; Dolzhikov, S. Decommissioning of the BN-350 Fast Neutron Reactor: History Review and Current Status. Energies 2025, 18, 3486. https://doi.org/10.3390/en18133486 https://www.mdpi.com/1996-1073/18/13/3486?utmMukhamedov, N.; Toleubekov, K.; Vityuk, G.; Bekmuldin, M.; Dolzhikov, S. Decommissioning of the BN-350 Fast Neutron Reactor: History Review and Current Status. Energies 2025, 18, 3486. https://doi.org/10.3390/en18133486 https://www.mdpi.com/1996-1073/18/13/3486?utmПолитика и стратегии обращения с радиоактивными отходами. Серия изданий МАГАТЭ по ядерной энергии № NW-G-1.1. – Вена: МАГАТЭ, 2012.Политика и стратегии обращения с радиоактивными отходами. Серия изданий МАГАТЭ по ядерной энергии № NW-G-1.1. – Вена: МАГАТЭ, 2012.Обращение с отработавшим топливом реактора БН-350. Анализ и обоснование безопасности на этапе упаковки. Заключительный отчет. Том 1, 2, НЯЦ РК, 2001 г.Обращение с отработавшим топливом реактора БН-350. Анализ и обоснование безопасности на этапе упаковки. Заключительный отчет. Том 1, 2, НЯЦ РК, 2001 г.Dry Cask Storage https://www.nrc.gov/waste/spent-fuel-storage/dry-cask-storageDry Cask Storage https://www.nrc.gov/waste/spent-fuel-storage/dry-cask-storageGAO-21-603 Commercial Spent Nuclear FuelGAO-21-603 Commercial Spent Nuclear FuelКривицкий П.Е., Мустафина Е.В., Прозорова И.В., Прозоров А.А., Чернов А.А. Оценка состояния ОЯТ реактора БН-350 в режиме долговременного хранения. Вестник НЯЦ РК. 2020;(2):167-170. https://doi. org/10.52676/1729-7885-2020-2-167-170Кривицкий П.Е., Мустафина Е.В., Прозорова И.В., Прозоров А.А., Чернов А.А. Оценка состояния ОЯТ реактора БН-350 в режиме долговременного хранения. Вестник НЯЦ РК. 2020;(2):167-170. https://doi. org/10.52676/1729-7885-2020-2-167-170J. A. Kulesza, T. R. Adams, J. C. Armstrong, S. R. Bolding, F. B. Brown и др. MCNP® Code Version 6.3.1 Theory & User Manual. Los Alamos National Laboratory Technical Report LA-UR-24-24602, Rev. 1. Los Alamos, NM, USA. May 2024J. A. Kulesza, T. R. Adams, J. C. Armstrong, S. R. Bolding, F. B. Brown и др. MCNP® Code Version 6.3.1 Theory & User Manual. Los Alamos National Laboratory Technical Report LA-UR-24-24602, Rev. 1. Los Alamos, NM, USA. May 2024Colvin J. Josey, R. Arthur Forster III, Fred B. Brown и др. The MCNP 6 code: A decade of progress, EPJ Nuclear Sciences and Technologies (2025). DOI: 10.1051/epjn/2025003.Colvin J. Josey, R. Arthur Forster III, Fred B. Brown и др. The MCNP 6 code: A decade of progress, EPJ Nuclear Sciences and Technologies (2025). DOI: 10.1051/epjn/2025003.ПБЯ-06-00-96. Основные отраслевые правила ядерной безопасности при использовании, переработке, хранении и транспортировании ядерноопасных делящихся материалов: введ. приказом Министра от 14 декабря 1996 года №737ПБЯ-06-00-96. Основные отраслевые правила ядерной безопасности при использовании, переработке, хранении и транспортировании ядерноопасных делящихся материалов: введ. приказом Министра от 14 декабря 1996 года №737А.А. Александров, Б.А. Григорьев. «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара». Справочник. Москва, «МЭИ», 1999.А.А. Александров, Б.А. Григорьев. «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара». Справочник. Москва, «МЭИ», 1999.F. B. Brown. Fundamentals of Monte Carlo Particle Transport. Los Alamos National Laboratory Presentation LA-UR-05-4983. Los Alamos, NM, USA. 2005.F. B. Brown. Fundamentals of Monte Carlo Particle Transport. Los Alamos National Laboratory Presentation LA-UR-05-4983. Los Alamos, NM, USA. 2005.Технический регламент «Ядерная и радиационная безопасность» (утвержден постановлением Правительства РК № 58 от 20 февраля 2017).Технический регламент «Ядерная и радиационная безопасность» (утвержден постановлением Правительства РК № 58 от 20 февраля 2017).НП-061-05 «Правила безопасности при хранении и транспортировании ядерного топлива на объектах использования атомной энергии»НП-061-05 «Правила безопасности при хранении и транспортировании ядерного топлива на объектах использования атомной энергии»

The authors declare that there are no conflicts of interest present.