Publication: ВЫЖИГАНИЕ МАЛЫХ АКТИНИДОВ В ВОДО-ВОДЯНЫХ РЕАКТОРАХ. 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УРАНОВОГО И ТОРИЕВОГО ТОПЛИВ ДЛЯ ВЫЖИГАНИЯ МАЛЫХ АКТИНИДОВ, ПРОИЗВОДИМЫХ МНОГИМИ РЕАКТОРАМИ ВВЭР
Файлы
Дата
2024
Авторы
Карпович, Г. В.
Казанский, Ю. А.
Васечкин, Н. Д.
Баханцов, К. А.
Journal Title
Известия вузов. Ядерная энергетика
Journal ISSN
Volume Title
Известия вузов. Ядерная энергетика
Издатель
НИЯУ МИФИ
Аннотация
В настоящее время в научно-техническом сообществе сложился консенсус по поводу решения проблемы малых актинидов (МА), образующихся при работе ядерной энергетики: МА должны быть превращены в продукты деления при выгорании в энергетических реакторах. Для этой цели, в основном, рассматриваются реакторы на быстрых нейтронах (БН, БРЕСТ), а также жидкосолевые реакторы (ЖСР). Несмотря на преимущества использования быстрых реакторов на сегодняшний день отсутствуют готовые для промышленной эксплуатации проекты энергоблоков с БН или БРЕСТ. Возможность использования для этой цели реакторов ВВЭР редко освещается в научной литературе несмотря на то, что технология легководных реакторов давно освоена и подготовить реактор-выжигатель МА на базе ВВЭР технически проще, нежели на базе опытно-промышленной технологии БН или находящихся на различных стадиях НИОКР реакторах БРЕСТ и ЖСР. В ранее опубликованной первой части работы [1] был исследован топливный цикл для реакторов ВВЭР – малые актиниды, полученные при работе реактора, извлекались из ОЯТ и добавлялись в свежее топливо для того же реактора. Выяснилось, что при реализации данного цикла и концентрации МА до 4 масс. процентов можно добиться восьмикратного сокращения количества нарабатываемых в реакторе ВВЭР малых актинидов без потери энерговыработки блока АЭС. В представленной работе с использованием идеи замыкания топливного цикла по малым актинидам исследуются связи глубины выгорания МА в реакторе ВВЭР-1200 с обогащением свежего топлива, динамикой выгружаемых тяжелых ядер и количеством МА в догружаемом топливе. Изучаются два вида догружаемого топлива с добавлением оксидов малых актинидов: на основе двуокиси обогащенного урана или смеси (1 – x)232ThO22 + x (96%UO2) [2]. При этом количество тяжелых ядер в топливе поддерживается постоянным при изменениях количества загружаемых ядер МА, которое измеряется в количестве «обслуживаемых» реакторов ВВЭР-1200 (масса накапливаемых ядер МА составляет около 1% и ежегодно извлекается вместе с ОЯТ). Приток малых актинидов в топливо поддерживается на уровне, позволяющем иметь запас реактивности для работы реактора на мощности более 2% перед ежегодной перегрузкой топлива. Расчеты проводились на модели ТВС с разделением твэлов на несколько групп с разными глубинами выгорания топлива для имитации реальной загрузки активной зоны реактора. Такая модель позволяет уйти от влияния эффектов неравномерности энерговыделения и дать ответ о нейтронно-физических характеристиках топливного цикла с участием МА. Проведенные расчеты позволили сделать ряд существенных выводов:
по мере роста количества перегрузок наступает динамическое равновесие между загружаемыми и сжигаемыми объемами малых актинидов;
количество обслуживаемых реакторов прямо пропорционально обогащению топлива подпитки и при 20%-ном обогащении UO2 возможно обслуживать до 23-х реакторов типа ВВЭР-1200, а при использовании топлива 80% 232ThO2 +20% (96% UO2) – 17 реакторов типа ВВЭР-1200;
при использовании МА, извлеченных из ОЯТ с глубиной выгорания 20 – 50 МВт∙сут/кг, влияние состава МА на баланс реактивности находится в пределах 4 – 5 βэфф.
Описание
Ключевые слова
Метод Монте-Карло , Реактор ВВЭР , Ториевый топливный цикл , Выгорание , Ядерное топливо , Малые актиниды
Цитирование
Карпович Г.В., Казанский Ю.А., Васечкин Н.Д., Баханцов К.А.. Выжигание малых актинидов в водо-водяных реакторах. 2. Использование уранового и ториевого топлив для выжигания малых актинидов, производимых многими реакторами ВВЭР. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2024. – № 3. – С. 44–58. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.3.04