В природе бор находится в виде двух стабильных изотопов: 10B (бор-10) и 11B (бор-33). Кроме двух стабильных, известно ещё 12 радиоактивных изотопов бора, из них самым долгоживущим является 8В с периодом полураспада 0,77 секунды.
Считается, что все изотопы бора возникли в межзвёздном газе в результате расщепления тяжелых ядер космическими лучами, или при взрывах сверхновых.
Изотопы,
выпускаемые ЭХЗ |
Природное
содержание, % |
Обеспечиваемый
уровень обогащения, % |
|
10B |
19,65 |
99,90 |
|
11B |
80,35 |
99,90 |
Изотопы бора используются:
- в системах управления и защиты (СУЗ) в реакторах;
- в качестве меченных атомов для определения метаболизма бора;
- в нейтронозахватной терапии с захватом нейтрона для лечения рака.
Бор-11 (11B) может использоваться как нейтронно прозрачный материал в электронике.
Оба изотопа — 10B и 11B — могут использоваться для производства радиоизотопов 11C (углерод-11) и 13N (азот-13)
Наиболее востребован в атомной энергетике в настоящее время изотоп бор-10, при этом большая доля этого изотопа приходится на борную кислоту с природным соотношением изотопов.
В реакторостроении бор-10 используется главным образом как составная часть стержней, регулирующих скорость ядерных процессов в реакторе и в настоящее время в основном в регулирующих стержнях реакторов на тепловых нейтронах. При этом ввиду ограниченного объёма активной зоны реактора приходится решать задачу уменьшения размеров регулирующих стержней при одновременном увеличении их поглощающей способности по отношению к нейтронам. Эта задача успешно решается путём использования высококонцентрированного бора-10 в виде металлокерамики карбида бора с окисью алюминия.
В случае применения в качестве нейтронопоглощающих материалов борсодержащих сталей использование в них в виде присадки высококонцентрированного бора-10 позволяет уменьшить в сталях общее содержание бора, что, наряду с увеличением поглощающей способности стали, обеспечивает улучшение её механических свойств, т. е. делает сталь более пластичной, менее хрупкой и твёрдой. Однако при изготовлении из нейтронопоглощающих сталей неохлаждаемых регулирующих стержней приходится решать задачу повышения их жаростойкости. Последнее достигается увеличением в сталях содержания бора, что из-за низкой растворимости последнего в металлах резко ухудшает механические свойства таких сталей. В связи с этим материалы, обладающие удовлетворительными механическими свойствами при содержании 10В до 15%, в промышленности получают методами порошковой металлургии. К числу таких материалов, в частности, относятся материалы из диспергированного в титане обогащенного по 10В бора.
В последние годы возрастает интерес к конструкционным материалам, содержащим бор-10, как к поглотителям нейтронов, в частности, к железосодержащим лигатурам в связи с необходимостью их использования при производстве уплотнённых (сухих) хранилищ и контейнеров для транспортировки и длительного хранения отходов ядерного топлива, а также при решении проблем защиты ядерного топлива при его транспортировке.
Обогащенный бором-10 пентаборат натрия используется при эксплуатации реакторов на кипящей воде в системах контроля протечек. Использование пентабората натрия в системах борного регулирования ядерных реакторов позволяет избежать дорогостоящего и сложного процесса смешивания обогащенной бором-10 борной кислоты с природной бурой непосредственно на площадке реактора.
Бор-10 в виде растворов борной кислоты применяется на АЭС в реакторах с водой под давлением ВВЭР и PWR для плавного регулирования мощности реактора в течение кампании и выравнивания энерговыделения в активной зоне для перевода реактора в подкритическое состояние в период останова для перегрузки топлива, а также в системах аварийного охлаждения.
К таблице выпускаемых изотопов
