vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2023-68-1-72-81vestift-783Research ArticleДИАГНОСТИКА И БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ СИСТЕМDIAGNOSTICS AND SAFETY OF TECHNICAL AND ENVIRONMENT SYSTEMSРанжирование долгоживущих радионуклидов ядерного топливного цикла Белорусской АЭС по вкладам в потенциальную биологическую опасностьThe long-lived radionuclides radiotoxicity ranking the nuclear fuel cycle of the Belarusian NPPГорбачеваН. В.HarbachovaN. V.

Горбачева Наталья Владимировна – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории детерминистического и вероятностного анализа безопасности объектов использования атомной энергии

47/17, д. Прилесье, 223063, Луговослободской с/с, Минский р-н, Минская обл.

Natalia V. Harbachova – Ph. D. (Engineering), Leading Researcher at the Laboratory for Deterministic and Probabilistic Safety Analysis of Nuclear Facilities

47/17, Prilesye village, 223063, Lugovoslobodskaya village, Minsk District, Minsk Region

harbachova.nv@sosny.bas-net.byКорчеваЮ. А.KorchovaJ. A.

Корчева Юлия Александровна – научный сотрудник лаборатории детерминистического и вероятностного анализа безопасности объектов использования атомной энергии

47/17, д. Прилесье, 223063, Луговослободской с/с, Минский р-н, Минская обл.

Julia A. Korchova – Researcher at the Laboratory for Deterministic and Probabilistic Safety Analysis of Nuclear Facilities

47/17, Prilesye village, 223063, Lugovoslobodskaya village, Minsk District, Minsk Region

julia.korchova@sosny.bas-net.byКузьминаН. Д.KuzminaN. D.

Кузьмина Наталья Дмитриевна – старший научный сотрудник лаборатории детерминистического и вероятностного анализа безопасности объектов использования атомной энергии

47/17, д. Прилесье, 223063, Луговослободской с/с, Минский р-н, Минская обл.

Natalia D. Kuzmina – Senior Researcher at the Laboratory for Deterministic and Probabilistic Safety Analysis of Nuclear Facilities

47/17, Prilesye village, 223063, Lugovoslobodskaya village, Minsk District, Minsk Region

ndkuzmina@sosny.bas-net.byКуличН. В.KulichN. V.

Кулич Николай Васильевич – старший научный сотрудник лаборатории детерминистического и вероятностного анализа безопасности объектов использования атомной энергии

47/17, д. Прилесье, 223063, Луговослободской с/с, Минский р-н, Минская обл.

Nikolai V. Kulich – Senior Researcher at the Laboratory for Deterministic and Probabilistic Safety Analysis of Nuclear Facilities

47/17, Prilesye village, 223063, Lugovoslobodskaya village, Minsk District, Minsk Region

2993826@mail.ruЯцкоС. Н.YackoS. N.

Яцко Светлана Николаевна – старший научный сотрудник лаборатории детерминистического и вероятностного анализа безопасности объектов использования атомной энергии

47/17, д. Прилесье, 223063, Луговослободской с/с, Минский р-н, Минская обл.

Svetlana N. Yacko – Senior Researcher at the Laboratory for Deterministic and Probabilistic Safety Analysis of Nuclear Facilities

47/17, Prilesye village, 223063, Lugovoslobodskaya village, Minsk District, Minsk Region

snyacko@sosny.bas-net.byОбъединенный институт энергетических и ядерных исследований – Сосны Национальной академии наук БеларусиJoint Institute for Power and Nuclear Research – Sosny of the National Academy of Sciences of Belarus2023010420236817281Copyright © Горбачева Н.В., Корчева Ю.А., Кузьмина Н.Д., Кулич Н.В., Яцко С.Н., 20232023Горбачева Н.В., Корчева Ю.А., Кузьмина Н.Д., Кулич Н.В., Яцко С.Н.Harbachova N.V., Korchova J.A., Kuzmina N.D., Kulich N.V., Yacko S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/783

С использованием методического подхода оценки потенциальной биологической опасности (радиотоксичности) радионуклидов проведены расчетные исследования и сравнительный анализ вкладов в суммарную радио токсичность долгоживущих продуктов деления и актинидов, накапливающихся в ядерном топливном цикле (ЯТЦ) Белорусской АЭС. Для корректной оценки массы изотопа 237Np на долговременном этапе обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) проведена доработка математической модели ЯТЦ Белорусской АЭС расчетного кода CUB в части учета последовательных превращений изотопов 241Pu, 241Am и 237Np. Начальные концентрации по основным радиационно-опасным радионуклидам на момент выгрузки топлива из активной зоны реактора  ВВЭР-1200 представлены в разработанной авторами и оформленной в виде электронного справочника «Радиационные характеристики отработавшего ядерного топлива Белорусской АЭС» базе данных. Подготовка баз данных ведется согласно рекомендациям Руководства по безопасности РБ-093-20 «Радиационные и теплофизические характеристики отработавшего ядерного топлива водо-водяных энергетических реакторов и реакторов большой мощности канальных». Основные характеристики, используемые при моделировании ЯТЦ в коде CUB: общая масса ОЯТ (2492 т), количество отработавших тепловыделяющих сборок (5294 шт.) и среднее выгорание, – приняты в соответствии с данными Стратегии обращения с отработавшим ядерным топливом Белорусской АЭС. Показано, что на этапе до 100 лет основной вклад в суммарную радиотоксичность вносят актиниды 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Pu, 243Am, 241Am, 237Np, при этом вклады 241Pu, 241Am и 237Np равны 0,07, 49,0 и 0,007 % соответственно. Через 5 тыс. лет вклад 241Am составит 0,24 %, а изотопа 237Np – до 0,1 % от общего вклада актинидов в суммарную радиотоксичность. Полученные результаты могут быть использованы для обоснования требований к фракционированию (извлечению 237Np, 241Pu, 241Am) при переработке ОЯТ Белорусской АЭС. 

Using a methodical approach to the potential biological hazard (radiotoxicity) assessment of radionuclides, computational studies and a comparative analysis of the contributions to the total radiotoxicity of long-lived fission products and actinides accumulated in the nuclear fuel cycle of the Belarusian NPP were carried out. In order to estimate correctly the 237Np isotope mass at the long-term stage of SNF management, the mathematical model of the nuclear fuel cycle of the Belarusian NPP of the code CUB was modified to take into account the transmutation chain of 241Pu, 241Am and 237Np isotopes. The initial concentrations for the main radiation-hazardous radionuclides at the time of fuel unloading from the VVER1200 reactor core are presented in the database “Radiation Characteristics of Spent Nuclear Fuel of the Belarusian NPP” developed by the authors. The database development is carried out in accordance with the recommendations of the RB-093-20 “Radiation and thermophysical characteristics of spent nuclear fuel of pressurized water power reactors and high-power channel reactors”. The main characteristics used in the nuclear fuel cycle simulation in the CUB code, such as the total mass of spent nuclear fuel (2492 tons), the number of spent fuel assemblies (5294) and the average burnup, are taken in accordance with the Spent Fuel Management Strategy of the Belarusian NPP data. It is shown that at the stage up to 100 years, the main contributors to the total radiotoxicity are the isotopes of 238Pu, 239Pu, 240Pu, 243Am, 241Pu, 241Am, 237Np, where contributions of three last of them are 0.07, 49.0 and 0.007%, respectively. But 5000 years later, the contribution of 241Am will be 0.24%, and the isotope 237Np – up to 0.1% of the total actinides radiotoxicity. The results obtained can be used to substantiate for the recovery degree requirements of 237Np, 241Pu, 241Am during the SNF of the Belarusian NPP reprocessing.

Белорусская атомная электростанцияводо-водяной энергетический реакторпереработкаотработавшее ядерное топливорадиотоксичностьядерный топливный циклрадиационная безопасностьактинидыпродукты деленияматематическая модельBelarusian nuclear power plantwater-water power reactorreprocessingspent nuclear fuelradiotoxicitynuclear fuel cycleradiation safetyactinidesfission productsmathematical modelReferencesОценка запасов активности по номенклатуре основных радиационно-опасных радионуклидов при долговременном обращении с отработавшим ядерным топливом Белорусской АЭС / Ю. А. Корчева [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Серыя фiз.-тэхн. навук. – 2020. – Т. 65, № 2. – С. 243–251. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-2-243-251Korchova J. A., Harbachova N. V., Kuzmina N. D., Kulich N. V. Assessment of activity resources by nomenclature of main radiation-hazardous radionuclides during the long-term management of spent nuclear fuel of the Belarusian NPP. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2020, vol. 65, no. 2, pp. 243–251 (in Russian). https://doi.org/10.29235/15618358-2020-65-2-243-251Расчетные исследования радиотоксичности облученного топлива ВВЭР-1200 и запасов активности при долгосрочном обращении с ОЯТ Белорусской АЭС / Ю. А. Корчева [и др.] // Изв. Рос. акад. наук. Сер. физическая. – 2020. – Т. 84, № 10. – С. 1509–1513.Korchova J. A., Harbachova N. V., Kuzmina N. D., Kulich N. V., Petrovskiy A. M. Computational Studies of the Radiotoxicity of Irradiated WWER-1200 Fuel and Its Loss of Activity during the Long-Term Treatment of Spent Nuclear Fuel from the Belarusian NPP. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2020, vol. 84, no. 10, pp. 1300–1303. https:// doi.org/10.3103/S1062873820100159Analysis of potential hazard of the spent nuclear fuel at the intermediate and long-term stages of the nuclear fuel / J. A. Korchova [et al.] // Nonlinear Dynamics and Applications: Proc. of the 28th Anniversary Seminar NPCS-2021, May 18–21, 2021, Minsk, Belarus. – Minsk, 2021. – Vol. 27. – P. 217–227.Korchova J. A., Harbachova N. V., Kuzmina N. D., Kulich N. V., Yatsko S. N. Analysis of ponential hazard of the spent nuclear fuel at the intermediate and long-term stages of the nuclear fuel. Nonlinear Dynamics and Applications: Proceeding of the 28th Anniversary Seminar NPCS-2021, May 18–21, 2021, Minsk Belarus. Minsk, 2021, vol. 27, pp. 217–227.Лопаткин, А. В. Условия достижения радиационной эквивалентности природного сырья и долгоживущих радиоактивных отходов в ядерной энергетике России / А. В. Лопаткин, И. В. Платонов, В. Е. Попов // Атом. энергия. – 2020. – Т. 129, вып. 4. – С. 194–199.Lopatkin A. V., Platonov I. V., Popov V. E. Conditions for Reaching Radiation Equivalence of Native Raw Materials and Long-Lived Radioactive Waste in Nuclear Energy in Russia. Atomic Energy, 2020, vol. 129, iss. 4, pp. 188–193. https://doi.org/10.1007/s10512-021-00732-9A Basic Toxicity classification of radionuclides. – Vienna: International Atomic Energy Agency, 1963. – 45 p. – (Technical Reports series; 15).A Basic Toxicity classification of radionuclides. Technical reports series no. 15. Vienna, IAEA, 1963. 45 p.Верификация и использование комплекса математических программ для оценки запасов радиоактивности в обеспечение безопасности ядерных установок на промплощадке АЭС [Электронный ресурс] / Н. В. Горбачева [и др.] // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: материалы 6-й Междунар. науч.-техн. конф., Подольск, 26–29 мая 2009 г. / ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС». – Подольск, 2009. – Режим доступа: https://gosatomnadzor.mchs.gov.by/upload/iblock/a76/npa-yrb-1.pdfGorbacheva N. V., Beresneva N. V., Kulich N. V., Skurat V. V. Verification and use of a set of mathematical programs for assessing radioactivity reserves to ensure the safety of nuclear installations at the NP site. Obespechenie bezopasnosti AES s VVER: materialy 6-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii [Ensuring the Safety of Nuclear Power Plants with WWER: Reports of the 6th International Scientific and Technical Conference]. Podol’sk, 2009. Available at: https://gosatomnadzor.mchs.gov.by/upload/iblock/a76/npa-yrb-1.pdf (in Russian).

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