ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ДОПУСТИМОЙ ЗАГРУЗКИ ИЗБЫТОЧНОГО ОРУЖЕЙНОГО ПЛУТОНИЯ В ПОЛНОМАСШТАБНУЮ АКТИВНУЮ ЗОНУ ПРИ ОХРАНЕНИИИ БЕЗОПАСНОСТИ Задорожный А.В.

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»


Номер: 4-3
Год: 2017
Страницы: 47-49
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

Закрытый топливный цикл, MOX-топливо, Closed fuel cycle, WWER, MOX-fuel

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье приведены результаты расчетного анализа нейтронно-физических характеристик активной зоны реактора типа ВВЭР уран-плутониевой загрузкой на основе оружейного плутония. При этом рассмотрено использование избыточного плутония оружейного качества в составе смешенного уран-плутониевого топлива ВВЭР-1000, так называемое MOX-топливо.

Текст научной статьи

Промышленный плутоний подразделяется на два типа: оружейный и реакторный (энергетический, «гражданский»). В оружейном плутонии из 15 изотопов плутония можно применять только - 239Pu. Оружейный плутоний содержит не более 6-10% примеси 240Pu, который склонен к самопроизвольному делению. Реакторный плутоний образуется в энергетических ядерных установках, работающих на обогащенном по урану-235 топливе [1]. В ходе ядерного разоружения накопилось большое количество российского оружейного плутония, в связи с этим в программу энергетического использования высвобождаемого оружейного плутония в скором будущем будут вовлечены реакторы БН-600 и БН-800. Также, в перспективе, возможно использовании реакторов на тепловых нейтронах. Поэтому рассмотрено использование избыточного оружейного плутония в составе смешенного уран-плутониевого топлива ВВЭР-1000. Для расчетных оценок нейтронно-физических характеристик принимался следующий изотопный состав плутония, %: 239Pu - 90.0, 240Pu - 10.0. Расчеты проводятся для двух варианта: 1) смеси свежего обогащенного урана и оружейного плутонии со 100% загрузкой («полномасштабная») в активную зону ВВЭР-1000; 2) смеси обедненного урана и оружейного плутонии со 30% загрузкой («стандартная») MOX-топливом от общего числа ТВС реактора PWR. При работе реактора с тремя перегрузками с «полномасштабной» загрузкой активной зоны, также как и со «стандартной», достигается величина выгорания равная В=46 МВт сут/кг, с кампанией топлива 400 и 300 суток соответственно. Эффективная доля запаздывающих нейтронов является естественной величиной, которая ограничивает скорость развития нестационарного процесса в реакторе. При частичных загрузках возможно образование достаточно больших кластеров (зон) ТВС с существенно различной долей запаздывающих нейтронов - МОХ ТВС и UOX ТВС. Как следует из литературного обзора, это может приводить к ошибкам при расчете эффективной доли запаздывающих нейтронов и соответственно при расчете реактивности. Для решения этих вопросов вытекает задача об исследовании свойств систем с пространственно зависимой долей запаздывающих нейтронов. Учитывая, что использование плутония в исходной загрузке реактора приводит к уменьшению средней доли запаздывающих нейтронов, эту характеристику можно принять в качестве одного из основных физических критериев, ограничивающих долю плутония в смешанной загрузке - ≥ 0,4 % [2]. С учетом этого критерия, подобрано такое количество плутония, чтобы доля запаздывающих нейтронов была не меньше доли запаздывающих нейтронов на работающем реакторе со «стандартной» загрузкой. Результаты расчетов приведены в таблицах 3 и 4. Таблица 3 Сравнительные характеристики реакторов ВВЭР и PWR на MOX-топливе Загрузка «Полномасштабная» (исследуемая) «Стандартная» (практикуемая) Виды ТВС MOX MOX UOX Содержание 235U/ Pu, % 3.6 / 2.2 0.3 / 3.6 4.0 / 0 Количество MOX ТВС, % 100 33 Кампания топлива, количество циклов 3 3 4 Длительность 1 цикла, эфф.сут. 400 300 Выгорание, МВт·сут/кг 46 46 Количество загружаемого Pu(239,240), кг/цикл 535 585 Количество выгружаемого Pu, кг/цикл 560 750 Таблица 4 Коэффициенты реактивности реакторов ВВЭР и PWR на MOX-топливе Загрузка «Полномасштабная» (исследуемая) «Стандартная» (практикуемая) Эфф. доля запаздывающих нейтронов, % Начало цикла 0.44 0.45 Конец цикла 0.43 0.42 αγ, см3/г Начало цикла 0.282 0.265 Конец цикла 0.228 0.199 αт/н,×10-4 град-1 Начало цикла -5.23 -5.20 Конец цикла -4.26 -4.23 αтоп,×10-5 град-1 Начало цикла -2.27 -2.17 Конец цикла -1.72 -1.52 Для выбора оптимального количества загружаемого плутония рассчитана зависимость эффективной доли запаздывающих нейтронов от содержания плутония в топливе. При фиксированных выгорание и кампании топлива. Приведенные результаты демонстрируют основные тенденции и принципиальную возможность 100% загрузки MOX-топливом при сохранении условий, обеспечивающих безопасность эксплуатации реакторов, загружая в активную зону до 550 кг плутония за цикл. Для простоты выбора количества плутония и урана для загрузки в активную зону, представлены данные долей запаздывающих нейтронов (табл.5). Таблица 5 Эффективная доля запаздывающих нейтронов в зависимости от содержания плутония и урана в активной зоне β, эфф.доля запаздывающих нейтронов,% Содержание Pu, δ, % Содержание U, x, % Загружаемый Pu, кг/цикл 0.47 1.0 4.4 243.27 0.46 1.5 4.1 364.91 0.44 2.0 3.8 486.54 0.43 2.5 3.4 608,18 0.41 3.0 3.1 729.81 0.40 3.5 2.7 851.45 0.39 4.0 2.4 973.09 Рассмотренный топливный цикл ВВЭР-1000 с обогащенным ураном и плутонием оружейного качества имеет следующие преимущества по сравнения с открытым урановым топливным циклом: - максимальное использование энергетического потенциала накопленных запасов оружейного плутония; - экономия природного урана составляет примерно 30-40% для рассмотренного варианта; - происходит утилизация оружейного плутония. Предварительные комплексные исследования показывают, что в ВВЭР-1000 можно загружать до 550 кг оружейного плутония в год, эффективно используя его энергетический потенциал. Данный реактор с такой загрузкой безопасно будет работать, без принципиальных изменений систем АЭС, что показало сравнение c характеристиками работы реактора PWR.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.