सीसा-बिस्मथ यूटेक्टिक: Difference between revisions
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लेड-बिस्मथ [[ गलनक्रांतिक ]] या एलबीई लेड (44.5 परमाणु अनुपात|पर%) और बिस्मथ (55.5%%) का यूटेक्टिक | '''लेड-बिस्मथ''' [[ गलनक्रांतिक |यूटेक्टिक]] या '''एलबीई''' '''लेड''' (44.5 परमाणु अनुपात|पर%) और बिस्मथ (55.5%%) का यूटेक्टिक मिश्र धातु है जिसका उपयोग कुछ परमाणु रिएक्टरों में [[शीतलक]] के रूप में किया जाता है, और यह [[लीड कूल्ड फास्ट रिएक्टर|लेड कूल्ड फास्ट रिएक्टर]] के लिए एक प्रस्तावित शीतलक है। और कूल्ड शीघ्र रिएक्टर, [[जनरेशन IV रिएक्टर]] पहल का भाग होता है। | ||
इसका [[गलनांक]] 123. | |||
इसका [[गलनांक]] 123.5 °C/255.3 °F (शुद्ध लेड 327 °C/621 °F पर पिघलता है, शुद्ध [[विस्मुट]] 271 °C/520 °F पर) और [[क्वथनांक]]1,670 °C/3,038 °F होता है।<ref name="LBE_NEA_2015_Short">{{Cite web| author = NEA| title = हैंडबुक ऑन लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक मिश्र धातु और सीसा गुण, सामग्री संगतता, थर्मल-हाइड्रोलिक्स और प्रौद्योगिकियां - 2015 संस्करण| work = Nuclear Energy Agency (NEA)| accessdate = 2022-06-05| url = https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_14972/handbook-on-lead-bismuth-eutectic-alloy-and-lead-properties-materials-compatibility-thermal-hydraulics-and-technologies-2015-edition?details=true}}</ref><ref name="LBE_NEA_2015">{{Cite conference| pages = 950| last1 = Fazio| first1 = Concetta| last2 = Sobolev| first2 = V.P.| last3 = Aerts| first3 = A.| last4 = Gavrilov| first4 = S.| last5 = Lambrinou| first5 = K.| last6 = Schuurmans| first6 = P.| last7 = Gessi| first7 = A.| last8 = Agostini| first8 = P.| last9 = Ciampichetti| first9 = A.| last10 = Martinelli| first10 = L.| last11 = Gosse| first11 = S.| last12 = Balbaud-Celerier| first12 = F.| last13 = Courouau| first13 = J.L.| last14 = Terlain| first14 = A.| last15 = Li| first15 = N.| last16 = Glasbrenner| first16 = H.| last17 = Neuhausen| first17 = J.| last18 = Heinitz| first18 = S.| last19 = Zanini| first19 = L.| last20 = Dai| first20 = Y.| last21 = Jolkkonen| first21 = M.| last22 = Kurata| first22 = Y.| last23 = Obara| first23 = T.| last24 = Thiolliere| first24 = N.| last25 = Martin-Munoz| first25 = F.J.| last26 = Heinzel| first26 = A.| last27 = Weisenburger| first27 = A.| last28 = Mueller| first28 = G.| last29 = Schumacher| first29 = G.| last30 = Jianu| first30 = A.| last31 = Pacio| first31 = J.| last32 = Marocco| first32 = L.| last33 = Stieglitz| first33 = R.| last34 = Wetzel| first34 = T.| last35 = Daubner| first35 = M.| last36 = Litfin| first36 = K.| last37 = Vogt| first37 = J.B.| last38 = Proriol-Serre| first38 = I.| last39 = Gorse| first39 = D.| last40 = Eckert| first40 = S.| last41 = Stefani| first41 = F.| last42 = Buchenau| first42 = D.| last43 = Wondrak| first43 = T.| last44 = Hwang| first44 = I.S.| title = हैंडबुक ऑन लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक मिश्र धातु और सीसा गुण, सामग्री संगतता, थर्मल-हाइड्रोलिक्स और प्रौद्योगिकियों - 2015 संस्करण| location = Nuclear Energy Agency of the OECD (NEA)| date = 2015 | url = https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/46/133/46133907.pdf?r=1}}</ref> | |||
30% से 75% बिस्मथ के साथ लेड-बिस्मथ मिश्र धातुओं का गलनांक 200 डिग्री सेल्सियस/392 डिग्री फारेनहाइट से कम होता है। | 30% से 75% बिस्मथ के साथ लेड-बिस्मथ मिश्र धातुओं का गलनांक 200 डिग्री सेल्सियस/392 डिग्री फारेनहाइट से कम होता है। | ||
48% और 63% बिस्मथ के बीच मिश्र धातुओं का गलनांक 150 डिग्री सेल्सियस/302 डिग्री फारेनहाइट से कम होता है। | 48% और 63% बिस्मथ के बीच मिश्र धातुओं का गलनांक 150 डिग्री सेल्सियस/302 डिग्री फारेनहाइट से कम होता है। | ||
रेफरी> http://www.nea.fr/html/science/reports/2007/pdf/chapter2.pdf | रेफरी> http://www.nea.fr/html/science/reports/2007/pdf/chapter2.pdf लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक मिश्र धातु और लेड गुणों पर हैंडबुक<nowiki></ref></nowiki> | ||
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जबकि लेड पिघलने पर थोड़ा फैलता है और बिस्मथ पिघलने पर थोड़ा संकुचित हो जाता है, इस प्रकार से पिघलने पर एलबीई के आयतन में नगण्य परिवर्तन होता जाता है। | |||
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सोवियत अल्फ़ा श्रेणी की पनडुब्बी | सोवियत अल्फ़ा श्रेणी की पनडुब्बी अल्फ़ा श्रेणी की पनडुब्बियों ने [[शीत युद्ध]] के समय अपने परमाणु रिएक्टरों के लिए शीतलक के रूप में एलबीई का प्रयोग किया गया था।<ref> | ||
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[[ओकेबी गिड्रोप्रेस]] (वीवीईआर-प्रकार के [[ प्रकाश-जल रिएक्टर |प्रकाश-जल रिएक्टर]] के रूसी डेवलपर्स) के साथ रूसियों को लेड-बिस्मथ कूल्ड रिएक्टरों में मान्यता विशेषज्ञ प्राप्त होती हैं, जिसके विकास में विशेष विशेषज्ञता प्राप्त की जाती है। SVBR-75/100, इस प्रकार का आधुनिक डिजाइन, इस विधि के साथ व्यापक रूसी अनुभव का उदाहरण माना जाता है।<ref name="SVBR75100">{{cite book | |||
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[[Gen4 Energy|जीईएन4 ऊर्जा]] (पूर्व में [[Hyperion Power Generation|हाइपरियन विद्युत उत्पादन]]), [[लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी]] से जुड़ी संयुक्त राज्य अमेरिका की फर्म, ने 2008 में वाणिज्यिक विद्युत उत्पादन, जिला तापन, और के लिए लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक द्वारा ठंडा किए गए [[यूरेनियम नाइट्राइड]] ईंधन वाले [[छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर]] को डिजाइन और नियुक्त करने की योजना की घोषणा की गयी है । इस प्रकार से [[अलवणीकरण]] प्रस्तावित रिएक्टर, जिसे जीईएन4 मॉड्यूल कहा जाता है, और यह 70 MW<sub>th</sub> के रूप में नियोजित किया गया है सील किए गए मॉड्यूलर प्रकार के रिएक्टर, कारखाने को एकत्रित किया गया और स्थापना के लिए स्थान पर ले जाया गया, और ईंधन भरने के लिए वापस कारखाने में पहुँचाया जाता है ।<ref> | |||
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तरल [[सोडियम-24]]-आधारित तरल धातु शीतलक इस प्रकार से सोडियम या [[NaK]] की तुलना में, लेड-आधारित शीतलक में काफी अधिक क्वथनांक होते हैं, जिसका अर्थ यह है कि रिएक्टर को बहुत अधिक तापमान पर शीतलक उबलने के संकट के बिना संचालित किया जा सकता है। यह थर्मल दक्षता में सुधार करता है और संभावित रूप से थर्मोकेमिकल प्रक्रियाओं के माध्यम से [[हाइड्रोजन उत्पादन]] की अनुमति दे सकता है। | |||
लेड और LBE भी सोडियम और NaK के विपरीत पानी या | लेड और LBE भी सोडियम और NaK के विपरीत पानी या वायु के साथ आसानी से प्रतिक्रिया नहीं करते हैं, जो की वायु में सहज रूप से प्रज्वलित होते हैं और पानी के साथ विस्फोटक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं। इसका प्रकार से यह है कि लेड-या एलबीई-कूल्ड रिएक्टर, सोडियम-कूल्ड डिज़ाइन के विपरीत, मध्यवर्ती शीतलक लूप की आवश्यकता नहीं होती है, जो की संयंत्र के लिए आवश्यक [[पूंजी निवेश]] को कम कर देता है। | ||
लेड और बिस्मथ दोनों ही | लेड और बिस्मथ दोनों ही उत्कृष्ट विकिरण कवच होते हैं, जो [[गामा विकिरण]] को अवशोषित करते हैं जबकि साथ ही साथ [[न्यूट्रॉन]] के लिए लगभग पारदर्शी होते हैं। इसके विपरीत, सोडियम तीव्र [[न्यूट्रॉन विकिरण]] के बाद शक्तिशाली गामा उत्सर्जक सोडियम -24 (अर्ध-जीवन 15 घंटे) बनाता है, जिसके लिए प्राथमिक शीतलन जाल के लिए बड़े [[विकिरण ढाल]] की आवश्यकता होती है। | ||
भारी नाभिक के रूप में, | इस प्रकार से भारी नाभिक के रूप में, लेड और बिस्मथ का उपयोग गैर-विखंडन न्यूट्रॉन उत्पादन के लिए [[स्पेलेशन]] लक्ष्य के रूप में किया जा सकता है, जैसा कि [[परमाणु रूपांतरण]] ([[ऊर्जा प्रवर्धक]] देखें) में होता है। | ||
किन्तु यह लेड-आधारित और सोडियम-आधारित शीतलक दोनों में पानी की तुलना में अपेक्षाकृत उच्च क्वथनांक का लाभ होता है, जिसका अर्थ इस प्रकार से है कि उच्च तापमान पर भी रिएक्टर पर दबाव डालना आवश्यक नहीं होता है। यह सुरक्षा में सुधार करता है क्योंकि यह शीतलक दुर्घटना (एलओसीए) के हानि की संभावना को कम करता है, और [[निष्क्रिय रूप से सुरक्षित]] डिजाइनों की अनुमति देता है। तापमान के बड़े अंतर के साथ [[थर्मोडायनामिक चक्र]] (कार्नोट चक्र) भी अधिक कुशल होता है। चूंकि , उच्च तापमान का हानि एलबीई में धातु संरचनात्मक घटकों की उच्च प्रतिक्रिया निहित होती है, क्योंकि तापमान के साथ तरल एलबीई में उनकी बढ़ी हुई [[घुलनशीलता]] ([[अमलगम (रसायन विज्ञान)]] का गठन) और तरल धातु उत्सर्जन के लिए इसका उपयोग किया जाता है । | |||
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लेड और एलबीई शीतलक सोडियम की तुलना में [[ इस्पात ]] के लिए अधिक [[जंग]] हैं, और यह सुरक्षा कारणों से रिएक्टर के माध्यम से शीतलक प्रवाह के वेग पर ऊपरी सीमा | इस प्रकार से लेड और एलबीई शीतलक सोडियम की तुलना में [[ इस्पात |इस्पात]] के लिए अधिक [[जंग]] हैं, और यह सुरक्षा कारणों से रिएक्टर के माध्यम से शीतलक प्रवाह के वेग पर ऊपरी सीमा लगा देते है। इसके अतिरिक्त , लेड और एलबीई (क्रमशः 327 डिग्री सेल्सियस और 123.5 डिग्री सेल्सियस) के उच्च गलनांक का तात्पर्य इस प्रकार से है कि जब रिएक्टर को कम तापमान पर संचालित किया जाता है तो शीतलक का रोकने में बड़ी समस्या हो सकती है। | ||
अंत में, न्यूट्रॉन विकिरण [[बिस्मथ-209]] पर, एलबीई शीतलक में उपस्तिथि में बिस्मथ का मुख्य आइसोटोप, [[न्यूट्रॉन कैप्चर]] और बाद में [[बीटा क्षय]] से निकलता है, जिससे [[ एक विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है |विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है]] -210-210, शक्तिशाली [[अल्फा क्षय]] बनता है। शीतलक में रेडियोधर्मी पोलोनियम की उपस्थिति के लिए रिएक्टर में ईंधन भरने और एलबीई के संपर्क में घटकों को संभालने के समय [[रेडियोधर्मी संदूषण]] को नियंत्रित करने के लिए विशेष सावधानी बरतने की आवश्यकता होती है ।<ref>[https://doi.org/10.1007%2FBF02673579 Long-lived radionuclides of sodium, lead-bismuth, and lead coolants in fast-neutron reactors.]</ref> | |||
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लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक या एलबीई लेड (44.5 परमाणु अनुपात|पर%) और बिस्मथ (55.5%%) का यूटेक्टिक मिश्र धातु है जिसका उपयोग कुछ परमाणु रिएक्टरों में शीतलक के रूप में किया जाता है, और यह लेड कूल्ड फास्ट रिएक्टर के लिए एक प्रस्तावित शीतलक है। और कूल्ड शीघ्र रिएक्टर, जनरेशन IV रिएक्टर पहल का भाग होता है।
इसका गलनांक 123.5 °C/255.3 °F (शुद्ध लेड 327 °C/621 °F पर पिघलता है, शुद्ध विस्मुट 271 °C/520 °F पर) और क्वथनांक1,670 °C/3,038 °F होता है।[1][2]
30% से 75% बिस्मथ के साथ लेड-बिस्मथ मिश्र धातुओं का गलनांक 200 डिग्री सेल्सियस/392 डिग्री फारेनहाइट से कम होता है।
48% और 63% बिस्मथ के बीच मिश्र धातुओं का गलनांक 150 डिग्री सेल्सियस/302 डिग्री फारेनहाइट से कम होता है।
रेफरी> http://www.nea.fr/html/science/reports/2007/pdf/chapter2.pdf लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक मिश्र धातु और लेड गुणों पर हैंडबुक</ref>
जबकि लेड पिघलने पर थोड़ा फैलता है और बिस्मथ पिघलने पर थोड़ा संकुचित हो जाता है, इस प्रकार से पिघलने पर एलबीई के आयतन में नगण्य परिवर्तन होता जाता है।
इतिहास
सोवियत अल्फ़ा श्रेणी की पनडुब्बी अल्फ़ा श्रेणी की पनडुब्बियों ने शीत युद्ध के समय अपने परमाणु रिएक्टरों के लिए शीतलक के रूप में एलबीई का प्रयोग किया गया था।[3]
ओकेबी गिड्रोप्रेस (वीवीईआर-प्रकार के प्रकाश-जल रिएक्टर के रूसी डेवलपर्स) के साथ रूसियों को लेड-बिस्मथ कूल्ड रिएक्टरों में मान्यता विशेषज्ञ प्राप्त होती हैं, जिसके विकास में विशेष विशेषज्ञता प्राप्त की जाती है। SVBR-75/100, इस प्रकार का आधुनिक डिजाइन, इस विधि के साथ व्यापक रूसी अनुभव का उदाहरण माना जाता है।[4]
जीईएन4 ऊर्जा (पूर्व में हाइपरियन विद्युत उत्पादन), लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी से जुड़ी संयुक्त राज्य अमेरिका की फर्म, ने 2008 में वाणिज्यिक विद्युत उत्पादन, जिला तापन, और के लिए लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक द्वारा ठंडा किए गए यूरेनियम नाइट्राइड ईंधन वाले छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर को डिजाइन और नियुक्त करने की योजना की घोषणा की गयी है । इस प्रकार से अलवणीकरण प्रस्तावित रिएक्टर, जिसे जीईएन4 मॉड्यूल कहा जाता है, और यह 70 MWth के रूप में नियोजित किया गया है सील किए गए मॉड्यूलर प्रकार के रिएक्टर, कारखाने को एकत्रित किया गया और स्थापना के लिए स्थान पर ले जाया गया, और ईंधन भरने के लिए वापस कारखाने में पहुँचाया जाता है ।[5]
लाभ
तरल सोडियम-24-आधारित तरल धातु शीतलक इस प्रकार से सोडियम या NaK की तुलना में, लेड-आधारित शीतलक में काफी अधिक क्वथनांक होते हैं, जिसका अर्थ यह है कि रिएक्टर को बहुत अधिक तापमान पर शीतलक उबलने के संकट के बिना संचालित किया जा सकता है। यह थर्मल दक्षता में सुधार करता है और संभावित रूप से थर्मोकेमिकल प्रक्रियाओं के माध्यम से हाइड्रोजन उत्पादन की अनुमति दे सकता है।
लेड और LBE भी सोडियम और NaK के विपरीत पानी या वायु के साथ आसानी से प्रतिक्रिया नहीं करते हैं, जो की वायु में सहज रूप से प्रज्वलित होते हैं और पानी के साथ विस्फोटक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं। इसका प्रकार से यह है कि लेड-या एलबीई-कूल्ड रिएक्टर, सोडियम-कूल्ड डिज़ाइन के विपरीत, मध्यवर्ती शीतलक लूप की आवश्यकता नहीं होती है, जो की संयंत्र के लिए आवश्यक पूंजी निवेश को कम कर देता है।
लेड और बिस्मथ दोनों ही उत्कृष्ट विकिरण कवच होते हैं, जो गामा विकिरण को अवशोषित करते हैं जबकि साथ ही साथ न्यूट्रॉन के लिए लगभग पारदर्शी होते हैं। इसके विपरीत, सोडियम तीव्र न्यूट्रॉन विकिरण के बाद शक्तिशाली गामा उत्सर्जक सोडियम -24 (अर्ध-जीवन 15 घंटे) बनाता है, जिसके लिए प्राथमिक शीतलन जाल के लिए बड़े विकिरण ढाल की आवश्यकता होती है।
इस प्रकार से भारी नाभिक के रूप में, लेड और बिस्मथ का उपयोग गैर-विखंडन न्यूट्रॉन उत्पादन के लिए स्पेलेशन लक्ष्य के रूप में किया जा सकता है, जैसा कि परमाणु रूपांतरण (ऊर्जा प्रवर्धक देखें) में होता है।
किन्तु यह लेड-आधारित और सोडियम-आधारित शीतलक दोनों में पानी की तुलना में अपेक्षाकृत उच्च क्वथनांक का लाभ होता है, जिसका अर्थ इस प्रकार से है कि उच्च तापमान पर भी रिएक्टर पर दबाव डालना आवश्यक नहीं होता है। यह सुरक्षा में सुधार करता है क्योंकि यह शीतलक दुर्घटना (एलओसीए) के हानि की संभावना को कम करता है, और निष्क्रिय रूप से सुरक्षित डिजाइनों की अनुमति देता है। तापमान के बड़े अंतर के साथ थर्मोडायनामिक चक्र (कार्नोट चक्र) भी अधिक कुशल होता है। चूंकि , उच्च तापमान का हानि एलबीई में धातु संरचनात्मक घटकों की उच्च प्रतिक्रिया निहित होती है, क्योंकि तापमान के साथ तरल एलबीई में उनकी बढ़ी हुई घुलनशीलता (अमलगम (रसायन विज्ञान) का गठन) और तरल धातु उत्सर्जन के लिए इसका उपयोग किया जाता है ।
सीमाएं
इस प्रकार से लेड और एलबीई शीतलक सोडियम की तुलना में इस्पात के लिए अधिक जंग हैं, और यह सुरक्षा कारणों से रिएक्टर के माध्यम से शीतलक प्रवाह के वेग पर ऊपरी सीमा लगा देते है। इसके अतिरिक्त , लेड और एलबीई (क्रमशः 327 डिग्री सेल्सियस और 123.5 डिग्री सेल्सियस) के उच्च गलनांक का तात्पर्य इस प्रकार से है कि जब रिएक्टर को कम तापमान पर संचालित किया जाता है तो शीतलक का रोकने में बड़ी समस्या हो सकती है।
अंत में, न्यूट्रॉन विकिरण बिस्मथ-209 पर, एलबीई शीतलक में उपस्तिथि में बिस्मथ का मुख्य आइसोटोप, न्यूट्रॉन कैप्चर और बाद में बीटा क्षय से निकलता है, जिससे विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है -210-210, शक्तिशाली अल्फा क्षय बनता है। शीतलक में रेडियोधर्मी पोलोनियम की उपस्थिति के लिए रिएक्टर में ईंधन भरने और एलबीई के संपर्क में घटकों को संभालने के समय रेडियोधर्मी संदूषण को नियंत्रित करने के लिए विशेष सावधानी बरतने की आवश्यकता होती है ।[6]
यह भी देखें
- सबक्रिटिकल रिएक्टर (त्वरक चालित प्रणाली)
संदर्भ
- ↑ NEA. "हैंडबुक ऑन लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक मिश्र धातु और सीसा गुण, सामग्री संगतता, थर्मल-हाइड्रोलिक्स और प्रौद्योगिकियां - 2015 संस्करण". Nuclear Energy Agency (NEA). Retrieved 2022-06-05.
- ↑ Fazio, Concetta; Sobolev, V.P.; Aerts, A.; Gavrilov, S.; Lambrinou, K.; Schuurmans, P.; Gessi, A.; Agostini, P.; Ciampichetti, A.; Martinelli, L.; Gosse, S.; Balbaud-Celerier, F.; Courouau, J.L.; Terlain, A.; Li, N.; Glasbrenner, H.; Neuhausen, J.; Heinitz, S.; Zanini, L.; Dai, Y.; Jolkkonen, M.; Kurata, Y.; Obara, T.; Thiolliere, N.; Martin-Munoz, F.J.; Heinzel, A.; Weisenburger, A.; Mueller, G.; Schumacher, G.; Jianu, A.; Pacio, J.; Marocco, L.; Stieglitz, R.; Wetzel, T.; Daubner, M.; Litfin, K.; Vogt, J.B.; Proriol-Serre, I.; Gorse, D.; Eckert, S.; Stefani, F.; Buchenau, D.; Wondrak, T.; Hwang, I.S. (2015). हैंडबुक ऑन लेड-बिस्मथ यूटेक्टिक मिश्र धातु और सीसा गुण, सामग्री संगतता, थर्मल-हाइड्रोलिक्स और प्रौद्योगिकियों - 2015 संस्करण (PDF). Nuclear Energy Agency of the OECD (NEA). p. 950.
- ↑ Bugreev, M. I. (2002). "Assessment of Spent Fuel of Alfa Class Nuclear Submarines". MRS Proceedings. 713. doi:10.1557/PROC-713-JJ11.61.
- ↑ Zrodnikov, A. V.; Grigoriev, O. G.; Chitaykin, V. I.; Dedoul, A. V.; Gromov, B. F.; Toshinsky, G. I.; Dragunov, Yu. G. (May 2003). "Multipurposed small fast reactor SVBR-75/100 cooled by plumbum-bismuth". Power Reactors and Sub-Critical Blanket Systems with Lead and Lead-Bismuth as Coolant and/or Target Material (PDF). IAEA TECDOC. Vol. 1348. Vienna, Austria: International Atomic Energy Agency. pp. 117–132. ISBN 92-0-101503-8. Retrieved 2009-12-04.
- ↑ "The Gen4 Module, Safety & Security". Retrieved 25 Jun 2012.
- ↑ Long-lived radionuclides of sodium, lead-bismuth, and lead coolants in fast-neutron reactors.
