Влияние нуклидного состава топливной загрузки на размножающие и воспроизводящие свойства активной зоны реакторной установки КЛТ-40С

28.03.2016 2016 - №02 Физика и техника ядерных реакторов

Д.Ф. Байбаков А.В. Годовых И.С. Мартынов В.Н. Нестеров

https://doi.org/10.26583/npe.2016.2.10

Представлена методика определения эффективного коэффициента размножения нейтронов и коэффициента воспроизводства ядерного топлива для реакторной установки КЛТ-40С при рабочих параметрах. Даются основные конструктивные особенности реактора, необходимые для расчета. Показано, что тип воспроизводящих нуклидов практически не влияет на формирование спектра плотности потока нейтронов. Определены вклады каждой группы нейтронов в скорость реакции деления при проектном содержании делящегося нуклида 18,6%. Получены зависимости средних значений макроскопических сечений деления, поглощения для делящихся нуклидов и радиационного захвата для воспроизводящих нуклидов от содержания делящегося нуклида в ядерном топливе. Усреднение сечений проводилось по спектру плотности потока нейтронов.

В результате получены зависимости эффективного коэффициента размножения нейтронов и коэффициента воспроизводства ядерного топлива от содержания делящегося изотопа для различных топливных композиций уранового и ториевого циклов на начало кампании реакторной установки КЛТ-40С. Показано, что с точки зрения эффективного коэффициента размножения при содержании делящегося изотопа свыше 5% наилучший результат у композиции ²³²Th+²³³U, до 5% – у композиции 238U+239Pu. С точки зрения коэффициента воспроизводства при содержании делящегося изотопа до 10% наилучший результат у композиции ²³²Th+²³⁵U, свыше 10% его значения сравнительно одинаковы для композиций ²³²Th+²³³U, ²³²Th+²³⁵U и 238U+²³⁵U.

Таким образом, наиболее эффективной в начале кампании ядерного топлива является композиция ²³²Th+²³³U с содержанием нуклида ²³³U свыше 5% за счет очень высоких значений эффективного коэффициента размножения нейтронов.

Ссылки

1. Алексеев П.Н.‚ Удянский Ю.Н., Субботин С.А., Щепетина Т.Д. Задачи атомных станций малой мощности в энергообеспечении // Атомная энергия. – 2007. – Т. 102. – № 4. – С.203–208.
2. Саркисов А.А. Новое направление развития – ядерная энергетика малой мощности. // Атомная энергия. – 2011. – Т. 111. – № 5. – С. 243–245.
3. Сидоренко В.А. Задачи, проблемы и возможности создания ядерной энергетики малой мощности. // Атомная энергия. – 2011. – Т. 111. № 5. – С. 246–249.
4. Андреева-Андриевская Л.Н., Кузнецов В.П. Транспортабельные ядерные энергетические установки в международном проекте ИНПРО. // Атомная энергия. – 2011. – Т. 111. №5. – С. 273–276.
5. Драгунов Ю.Г.‚ Шишкин В.А., Гречко Г.И., Гольцов Е.Н. Малая ядерная энергетика: задачи и ответы. // Атомная энергия. – 2011. – Т. 111. – № 5. – С. 294–297.
6. Lee K.H., Kim M.G, Lee J.I., Lee P.S. Recent advances in Ocean Nuclear Power Plants. // Energies. – 2015. – Vol. 8. – № 10. – PP. 11470–11492.
7. Ishekov A.G., Klinov D.A., Smirnova L.S., Subbotin S.A., Shchepetina T.D. Analysis of the cost effectiveness of low-capacity nuclear power plants. // Atomic Energy – 2007. – Vol. 102. – №6. – PP. 409–415.
8. Carelli M.D., Petrovic B., Mycoff C.W., Trueco P., Ricotti, M.E., Locatelli G. Smaller sized reactors can be economically attractive. // Societe Francaise d’Energie Nucleaire – International Congress on Advances in Nuclear Power Plants – ICAPP 2007, “The Nuclear Renaissance at Work”. – 2008. – Vol. 5. – PP. 3140–3145.
9. Kostin V.I., Panov Yu.K., Polunichev V.I., Shamanin I.E. Floating power-generating unit with a KLT-40S reactor system for desalinating sea water. // Atomic Energy. – 2007. – Vol. 102. – № 1. – PP. 31–35.
10. Belyayev V., Leontyev K. Reactor out to sea. // Nuclear Engineering International. – 2004. – Vol. 49. – № 594. – PP. 18–20.
11. Makarov V.I., Pologikh B.G., Khlopkin N.S., Mitenkov F.M., Panov Yu.K., Polunichev V.I., Yakovlev O.A. Experience in building and operating reactor systems for civilian ships. // Atomic Energy – 2001. – Vol. 89. – № 3. – PP. 691–700.
12. Бартоломей Г.Г., Бать Г.А., Байбаков В.Д., Алтухов М.С. / Под ред. Г.А. Батя. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов. – М.: Энергоиздат, 1982. – 511с.
13. Головацкий А.В., Нестеров В.Н., Шаманин И.В. Организация итерационного процесса при численном восстановлении спектра нейтронов в размножающей системе с графитовым замедлителем. // Известия вузов. Физика. – 2010. – Т. 53. – № 11. – С. 10–14.
14. Абагян Л.П., Базазянц Н.О., Бондаренко И.И., Николаев М.Н. Групповые константы для расчета ядерных реакторов. – М.: Атомиздат, 1964. – 139 с.
15. Ганев И.Х. Физика и расчет реактора. / Под общ. ред. Н.А. Доллежаля. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 496 с.
16. Ватулин А.В., Ершов С. А., Кулаков Г. В., Морозов А. В. Разработка твэлов активных зон плавучих энергоблоков (ПЭБ) и атомных станций малой мощности (АСММ): состояние и перспективы. / Доклад на VII Российской конференции по реакторному материаловедению. Димитровград, 2003.
17. Kulakov G.V., Vatulin A.V., Ershov S.A., Konovalov Y.V., Morozov A.V., Sorokin V.I., Fedotov V.V., Shishin V.Y., Ovchinnikov V.A. Particulars of the Behavior Under Irradiation of Dispersion Fuel Elements with the Uranium Dioxide + Aluminum Alloy Fuel Composition. // Atomic Energy – 2015. – Vol. 117. – № 4. – PP. 251–256.
18. Шаманин И.В., Беденко С.В., Годовых А.В. Влияние тонкой структуры резонансной области поглощения нейтронов ядрами ²³²Th и ^{238U на эффективность использования ядерного топлива // Известия вузов. Физика. – 2012 – Т. 55 – №. 11/2 – C. 367–372.}
19. Шаманин И.В., Беденко С.В., Губайдулин И.М. Внутренний блок-эффект в уран- и торийсодержащих размножающих системах // Известия вузов. Физика. – 2013 – Т. 56 – №.11/2. – C. 59–66.
20. Shamanin I., Bedenko S., Gubaydulin I. Advantages of thorium nuclear fuel for thermal- neutron reactor. // Advanced Materials Research. – 2015. – Vol. 1084. – PP. 275–279.

реакторная установка КЛТ-40С эффективный коэффициент размножения коэффициент воспроизводства урановый топливный цикл ториевый топливный цикл

Ссылка для цитирования статьи: Байбаков Д.Ф., Годовых А.В., Мартынов И.С., Нестеров В.Н. Влияние нуклидного состава топливной загрузки на размножающие и воспроизводящие свойства активной зоны реакторной установки КЛТ-40С. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 2. – С. 99-111. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2016.2.10 .