EDN: TIDAPX
Авторы
Алексеев П.А., Исаченков И.А., Пышко А.П.
Организация
Акционерное общество «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Жирнов А.П. – начальник отдела.
Моисеев А.В. – научный руководитель проекта БРЕСТ-ОД-300, кандидат физико-математических наук.
Алексеев П.А. – ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук.
Исаченков И.А.* – инженер-исследователь. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, д. 1. Тел.: (484) 399-70-00 (доб. 51-16); e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Пышко А.П. – начальник департамента, кандидат физико-математических наук.
Аннотация
В настоящей работе представлено расчетное исследование ослабляющих свойств гидрида лития с различным изотопным составом Li. Отдельное внимание уделено оценке технической и экономической целесообразности применения обогащенного по 6Li гидрида лития в качестве материала радиационной защиты, в частности в составе космических ядерных энергетических установок. Для оценки ослабляющих свойств было проведено несколько серий расчетов, включающих полный диапазон степени обогащения лития, а также толщин легкой защиты. Измерение функционалов производилось на расстоянии 15 метров от активной зоны. Используемый подход позволил установить зависимость массы и эффективности защиты от степени обогащения лития. Результаты показали незначительное влияние обогащения на эффективность защиты от нейтронов. Однако в случае ослабления гамма-излучения есть выраженная зависимость эффективности ослабления от доли 6Li в гидриде лития. Также был проведен поиск оптимального изотопного состава гидрида лития. Для различных значений обогащения определялись оптимальные конфигурации легкого и тяжелого компонентов радиационной защиты, обеспечивающих наилучшее сочетание эффективности ослабления и массы (состав тяжелой защиты при этом оставался неизменным). Наилучший результат показала защита с использованием чистого 6Li в составе гидрида лития. С экономической точки зрения применение обогащенного LiH остается под вопросом, так как окончательная стоимость определяется множеством рыночных факторов и требует более глубокого анализа. Однако в ряде случаев использование обогащенного гидрида лития может быть перспективным, в частности при увеличении объема производства 6Li.
Ключевые слова
радиационная защита, ионизирующее излучение, гамма-излучение, нейтронное излучение, гидрид лития, Литий-6, Литий-7, технико-экономическая оценка
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Welch F.H. Lithium hydride: a space age shielding material. Nuclear Engineering and Design, 1974, vol. 26, no. 3, pp. 444–460. DOI: https://doi.org/10.1016/0029-5493(74)90082-x.
- Alawneh L., Aldebie F., Hassan Y. Design and Optimization of the Radiation Shadow Shield for a 3 MW Space Reactor. ANS, 2022, vol. 127, pp. 1162–1165. DOI: https://doi.org/10.13182/T127-39941.
- Ahmad S., Chang B., Li B., Yang Q., Liu C. Mass optimization of the radiation shadow shield for space nuclear power system. Progress in Nuclear Energy, 2021, vol. 131, p. 8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2020.103607.
- Osman A.M. Analysis of radiation shielding effectiveness of hydride and borohydride metals for nuclear industry. International Journal of Advanced Nuclear Reactor Design and Technology, 2023, vol. 5, no. 1, pp. 30–43. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jandt.2023.04.001.
- Evaluated Nuclear Data File (ENDF) Database. Доступно на: https://www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm (дата обращения 10.02.2026).
- MCNP – General Monte Carlo N-Particle Transport code. LA-12625-M, Vers. 4B, 1997.
- Hendricks J.S., Frankle S.C., Court J.D. ENDF/B-VI Data for MCNP TM. Los Alamos National Laboratory report, 1994, LA-12891.
- Кузнецов В.А. Ядерные реакторы космических энергетических установок. М.: Атомиздат, 1977. 240 c.
- Куладин А.А., Тимашев С.В., Атамасов В.Д., Борзилов Б.М., Герасименко П.В., Сырцов Л.А. Основы теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. 328 с.
- Zhang H.F., Yu Y., Zhao Y.N., Xue W.H., Gao T. Ab initio electronic, dynamic, and thermodynamic properties of isotopic lithium hydrides (6LiH, 6LiD, 6LiT, 7LiH, 7LiD, and 7LiT). Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2010, vol. 71, no. 7, pp. 976–982. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2010.03.037.
- McBride C., Aragones J.L., Noya E.G., Vega C. A study of the influence of isotopic substitution on the melting point and temperature of maximum density of water by means of path integral simulations of rigid models. Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, vol. 14, no. 43, pp. 199–205. DOI: https://doi.org/10.1039/c2cp42393f.
- Lahti G.P. Fission Neutron Attenuation in Lithium-6, Natural Lithium Hydride, and Tungsten. National Aeronautics and Space Administration, 1968.
- Черняев А.П. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. М.: Физматлит, 2004. 152 с.
- Giegerich T., Battes K., Schwenzer J.C., Day C. Development of a viable route for lithium-6 supply of DEMO and future fusion power plants. Fusion Engineering and Design, 2019, vol. 149, p. 10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.111339.
- LITHIUM-6 price. Chemical Book. Доступно на: https://chemicalbook.com/price/lithium-6.htm (дата обращения 10.02.2026).
- Kramer D. DOE prepares major upgrade of its lithium-6 operations. Physics Today, 2018, vol. 71, no. 5, pp. 29–31. DOI: https://doi.org/10.1063/pt.3.3919.
- Lithium Price Today. Shanghai Metal Market. Доступно на: https://www.metal.com/en/markets/40 (дата обращения 10.02.2026).
- Pigulevski I. Optimizing access to space: ground-to-orbit logistics framework (GOLF). New Space, 2017, vol. 5, no. 2, pp. 99–107. DOI: https://doi.org/10.1089/space.2016.0025.
- Jones H. The recent large reduction in space launch cost. In: Proc. of the 48th International Conference on Environmental Systems, Albuquerque, 2018, pp. 8–12.
- Jones H. W. The future impact of much lower launch cost. Proc. of the International Conference on Environmental Systems (ICES), Albuquerque, 2018, pp. 1–11, no. ARC-E-DAA-TN56846.
- Lafleur J.D. Nuclear power systems for spacecraft. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2007, no. 2, pp. 147–164. DOI: https://doi.org/10.1109/taes.1970/310097.
УДК 621.039.538
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2026, выпуск 1, с. 59–71
