РЕАКТОРЛЫҚ СӘУЛЕЛЕНУ ЖАҒДАЙЫНДА ЛИТИЙ КЕРАМИКАСЫНЫҢ БЕТКІ ҚАБАТЫНАН ⁶Li(n,α)T ЯДРОЛЫҚ РЕАКЦИЯСЫ НӘТИЖЕСІНДЕ ТҮЗІЛЕТІН ТРИТИЙ ИОНДАРЫНЫҢ БӨЛІНУІН БАҒАЛАУ

Литий негізіндегі керамикалардан Li₂TiO₃ реакторлық сәулелену жағдайында бөлінетін тритий иондарының стационарлық ағынын бағалау бойынша аналитикалық нәтижелер ұсынылған. Нейтрон-транспорттық есептеулер MCNP6 бағдарламасында ENDF/B-VII.1 кітапханасын пайдалану арқылы орындалды және керамиканың 650 ℃ температурасында және жылулық нейтрондардың 5·10¹³ н/(см²·с) ағынында тіркелген in-situ газбөліну нәтижелерімен салыстырылды. Дайындалған есептік модель ешқандай үйлестіру коэффициенттерін пайдаланбайды және иондардың жүріс ұзындығын, керамикадағы өзін-өзі экрандау әсерін (δ = 0,32) және рекомбинация кезіндегі жоғалтуларды ескереді. Керамикалардың әртүрлі изотоптық құрамы мен тығыздығына сәйкес алынған T⁺ ағынының мәндері 3,07·10⁻¹³-тен 1,96·10⁻¹² моль/с аралығында болды. Керамикадағы өзін-өзі экрандау есебінен ағынның максималды төмендеуі 32%-дан аспайды. Есептік және эксперименттік нәтижелер арасындағы HT компонентасы бойынша алшақтық 15%-дан аспайды, бұл тәсілдің дұрыстығын растайды. Алынған нәтижелер термоядролық реакторлардың бланкеттеріндегі тритий балансын бағалауда практикалық мәнге ие және тритийдің белсендірілмей бөлінуін ескере отырып, керамикалық рэп болдардың құрамын және өлшемін оңтайландыруға мүмкіндік береді.

1. Cismondi F., Kecskés S., Ilic M., Légrádi G., Kiss B., Bitz O., Dolensky B., Neuberger H., Boccaccini L.V., Ihli T. Design update, thermal and fluid dynamic analyses of the EU-HCPB TBM in vertical arrangement // Fusion Engineering and Design. – 2009. – Т. 84. – С. 607–612.

2. Hernández F., Cismondi F., Kiss B. Thermo-mechanical analyses and assessment with respect to the design codes and standards of the HCPB-TBM breeder unit // Fusion Engineering and Design. – 2012. – Т. 87. – С. 1111–1117.

3. Bhattacharyay R. Status of indian LLCB TBM program and R&D activities // Fusion Engineering and Design. – 2014. – Т. 89. – С. 1107–1112.

4. Cao Q., Zhao F., Zhao Z., Wu X., Li Z., Wang X., Feng K. Neutronic calculation analysis for CN HCCB TBM-Set // Plasma Science and Technology. – 2015. – Т. 17. – С. 607–611.

5. Enoeda M., Tanigawa H., Hirose T., Nakajima M., Sato S., Ochiai K., Konno C., Kawamura Y., Hayashi T., Yamanishi T., Hoshino T., Nakamichi M., Tanigawa H., Nishi H., Suzuki S., Ezato K., Seki Y., Yokoyama K. R&D status on water cooled ceramic breeder blanket technology // Fusion Engineering and Design. – 2014. – Т. 89. – С. 1131–1136.

6. Lee D.W., Jin H.G., Lee E.H., Yoon J.S., Kim S.K., Lee C.W., Ahn M.-Y., Cho S. Integrated design and performance analysis of the KO HCCR TBM for ITER // Fusion Engineering and Design. – 2015. – Т. 98–99. – С. 1821–1824.

7. Someya Y., Tobita K., Utoh H., Tokunaga S., Hoshino K., Asakura N., Nakamura M., Sakamoto Y. Design study of blanket structure based on a water-cooled solid breeder for DEMO // Fusion Engineering and Design. – 2015. – Т. 98–99. – С. 1872–1875.

8. Federici G., Kemp R., Ward D., Bachmann C., Franke T., Gonzalez S., Lowry C., Gadomska M., Harman J., Meszaros B., Morlock C., Romanelli F., Wenninger R. Overview of EU DEMO design and R&D activities // Fusion Engineering and Design. – 2014. – Т. 89. – С. 882–889.

9. Boccaccini L., Giancarli L., Janeschitz G., Hermsmeyer S., Poitevin Y., Cardella A., Diegele E. Materials and design of the European DEMO blankets // Journal of Nuclear Materials. – 2004. – Т. 329–333. – С. 148–155.

10. Moriyama H., Tanaka S., Noda K. Irradiation effects in ceramic breeder materials // Journal of Nuclear Materials. – 1998. – Т. 258–263. – С. 587–594.

11. Tanifuji T., Yamaki D., Jitsukawa S. Tritium release from neutron-irradiated Li₂O sintered pellets: fluence dependence // Journal of Nuclear Materials. – 2002. – Т. 307–311. – С. 1456–1460.

12. Johnson C.E., Kopasz J.P., Tam S.W. Advanced understanding of the tritium recovery process from the ceramic breeder blanket // Journal of Nuclear Materials. – 1997. – Т. 248. – С. 91–100.

13. Billone M.C. Thermal and tritium transport in Li₂O and Li₂ZrO₃ // Journal of Nuclear Materials. – 1996. – Т. 233–237. – С. 1462–1466.

14. Okuno K., Kudo H. Tritium diffusivity in lithium-based ceramic breeders irradiated with neutrons // Fusion Engineering and Design. – 1989. – Т. 8. – С. 355–358.

15. Kinjyo T., Nishikawa M., Enoeda M., Fukada S. Tritium diffusivity in crystal grain of Li₂TiO₃ and tritium release behavior under several purge gas conditions // Fusion Engineering and Design. – 2008. – Т. 83. – С. 580–587.

16. Tanifuji T., Yamaki D., Nasu S., Noda K. Tritium release behavior from neutron-irradiated Li₂TiO₃ single crystal // Journal of Nuclear Materials. – 1998. – Т. 258–263. – С. 543–548.

17. Moritani K., Magari T., Moriyama H. Tritium release kinetics of lithium silicates with irradiation defects // Fusion Engineering and Design. – 1998. – Т. 39. – С. 675–679.

18. Inagaki Y., Liu H., Ishikawa H., Suzuki S., Yoshikawa A. и др. Role of lithium on chemical states and retention behavior of tritium in Li₂TiO₃ // Fusion Science and Technology. – 2009. – Т. 56. – С. 821–825.

19. Ларионова Н.В., Кривицкий П.Е., Топорова А.В., Поливкина Е.Н., Айдарханов А.О. Накопление радионуклидов Cs 137 и Sr 90 растениями на участке радиоактивных выпадений Семипалатинского испытательного полигона // Вестник НЯЦ РК. – 2022. – № 3. – С. 26–30.

20. Krivitskiy, P.Ye. Peculiarities of radioactive soil contamination in places of underground nuclear tests in the Semipalatinsk test site / P.Ye. Krivitskiy, N.V. Larionova, V.N. Monayenko, S.B. Subbotin, A.A. Chernov, A.V. Panitskiy // Journal of Environmental Radioactivity. – 2022. – Т. 253–254. – 106991.

21. Kunduzbayeva, A.Ye. Speciation of 137Cs, 90Sr, 241Am, and 239+240Pu artificial radionuclides in soils at the Semipalatinsk test site / A.Ye. Kunduzbayeva, S.N. Lukashenko, A.M. Kabdyrakova, N.V. Larionova, R.Yu. Magasheva, G.A. Bakirova // Journal of Environmental Radioactivity – – 2022. – Т. 249. – 106867.

22. Turchenko, D.V. Identification of tritium-contaminated areas using a tritium survey on the snow cover, the case of Semipalatinsk test site / D.V. Turchenko, L.V. Timonova, P. Ye Krivitskiy, A.K. Aidarkhanova, M.T. Abisheva, A.O. Aidarkhanov // Journal of Environmental Radioactivity. – 2024. – Т. 278. – Ст. 107487.

23. Larionova, Natalya Artificial radionuclides in the plant cover around nuclear fuel cycle facilities / Natalya Larionova, Anna Toporova, Pavel Krivitskiy, Vasiliy Polevik, Natalya Lechshenko, Valeriy Monayenko, Mariya Abisheva, Viktor Baklanov, Assan Aidarkhanov, Vladimir Vityuk // PLoS ONE. – 2024. – Т. 19, № 7. – Ст. e0306531.

24. Aktayev, Medet Characterization of geological and lithological features in the area proximal to tritium-contaminated groundwater at the Semipalatinsk test site / Medet Aktayev, Sergey Subbotin, Assan Aidarkhanov, Almira Aidarkhanova, Lyubov Timonova, Natalya Larionova // PLoS ONE. – 2024. – Т. 19, № 3. – Ст. e0300971.

25. Ponkratov, Y., Samarkhanov, K., Koyanbayev, Y., Baklanova, Y., Gordienko, Y., Tulubayev, Y., … Saparbek, E. (2024). Technique of Reactor Experiments of Tin-Lithium Alloy Interaction with Hydrogen Isotopes Under Neutron Irradiation Conditions // Fusion Science and Technology. – 2024. – Ст. 101825.

26. Irina Tazhibayeva, Yuriy Ponkratov, Igor Lyublinsky, Yuriy Gordienko, Alexey Vertkov, Yevgeniy Tulubayev, Kuanysh Samarkhanov, Vadim Bochkov, Yernat Kozhakhmetov, Nurkhat Orazgaliyev. Study of liquid tin-lithium alloy interaction with structural materials of fusion reactor at high temperatures // Nuclear Materials and Energy. – 2022. – Т. 30. – 101152.

27. I.E. Lyublinski, A.V. Vertkov, M.Yu. Zharkov, A.V. Berlov, M.A. Ladyko, S.V. Mirnov, V.B. Lazarev, V.A. Vershkov, G.E. Notkin, A.V. Zakharenkov, I.L. Tazhibayeva, Yu.V. Ponkratov, Yu.N. Gordienkoю Stationary Operated Lithium In-Vessel Elements of a Tokamak // Physics of Atomic Nuclei. – 2021. –Т. 84, №. 7. – С. 1-7.

28. Tazhibayeva, I., Skakov, M., Baklanov, V., Koyanbayev, E., Miniyazov, A., Kulsartov, T., … Nesterov, E. (2017). Study of properties of tungsten irradiated in hydrogen atmosphere // Nuclear Fusion. – 2017. – Т. 57, № 12. – 126062.

29. Yu. Ponkratov, E. Batyrbekov, M. Khasenov, K. Samarkhanov, Ye. Chikhray Application of high energy tritium ions and α-particles formed in 6Li(n,α)T nuclear reaction to excite the luminescence of inert gas mixtures // Fusion Science and Technology.– 2021.– Т. 77, № 4, С. 327 – 332.

30. Blynskiy, P.; Chikhray, Ye; Kulsartov, T.; Gabdullin, M.; Zaurbekova, Zh; Kizane, G.; Kenzhin, Ye; Tolenova, A.; Nesterov, E.; Shaimerdenov, A. Experiments on tritium generation and yield from lithium ceramics during neutron irradiation // International journal of hydrogen energy. – 2021. – Т. 46 (13). – С. 9186-9192.

31. Kulsartov, Timur; Shaimerdenov, Asset; Zaurbekova, Zhanna; Kenzhina, Inesh; Chikhray, Yevgen; Kizane, Gunta; Blynskiy, Petr; Akhanov, Assyl; Ponkratov, Yuriy. Features of the in-situ experiments on studying of tritium release from lithium ceramic Li2TiO3 using vacuum extraction method // Fusion engineering and design. – 2021. – Т. 172. – 11270.

32. Kulsartov, T.; Kenzhina, I; Chikhray, Ye; Zaurbekova, Zh; Kenzhin, Ye; Aitkulov, M.; Gizatullin, Sh; Dyussambayev, D. Determination of the activation energy of tritium diffusion in ceramic breeders by reactor power variation // Fusion engineering and design. – 2021. – Т. 172. – 112783..

33. Kulsartov, T.; Kenzhina, I; Tolenova, A.; Kenzhin, Ye; Shaimerdenov, A.; Nesterov, Ye; Gizatulin, Sh; Chikhray, Ye; Gluchshenko, A. Modeling of hydrogen isotopes release from lithium ceramics Li2TiO3 during in-situ experiments using vacuum extraction method // Fusion engineering and design. – 2021. – Т. 170. – 112705.

34. Kulsartov, T; Zaurbekova, Z; Knitter, R; Kenzhina, I; Chikhray, Y; Shaimerdenov, A; Askerbekov, S; Kizane, G; Yelishenkov, A; Zholdybayev, T. Comparative analysis of gas release from biphasic lithium ceramics pebble beds of various pebbles sizes and content under neutron irradiation conditions // Nuclear materials and energy. – 2024. – Т. 38. – 101583.

35. Bethe H., Ashkin J. Experimental Nuclear Physics / Ed. E. Segré. – New York: J. Wiley, 1953.

36. LISE++ Rare Isotope Beam Production [Электронный ресурс]. – 2025. – Режим доступа: https://lise.nscl.msu.edu/lise.html (дата обращения: 13.01.2025).

37. WolframAlpha [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.wolframalpha.com/ (дата обращения: 13.01.2025).

38. MCNP6 User’s Manual. – Los Alamos: Los Alamos National Laboratory, 2013. – LA-CP-13-00634.

39. Chadwick M.B., Obložinský P., Herman M., et al. ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data // Nuclear Data Sheets. – 2011. – Т. 112. – С. 2887–2996.