Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

О возможности оптимизации нейтронно-физических характеристик лазерной системы с накачкой от импульсного реактора

02.10.2016 2016 - №03 Физика и техника ядерных реакторов

А.В. Гулевич О.Ф. Кухарчук А.И. Брежнев А.А. Суворов

УДК: 621.039.5

Рассмотрена расчетная возможность улучшения энергетических характеристик импульсов мощности в системе, состоящей из реактора и подкритического (теплового в нейтронно-физическом отношении) блока. В качестве импульсного реактора самогасящего действия используется быстрый реактор типа БАРС.

Подкритический блок представляет собой цилиндрическую конструкцию, состоящую из лазерно-активных элементов, элементов замедлителя и двух отражателей (внутреннего и внешнего). Внутренний отражатель состоит из гидрида циркония, а внешний – из бериллия. Зона накачки, где размещены лазерно-активные элементы, содержит замедлитель из гидрида циркония, алюминий и уран-молибденовое топливо (уран 95%-го обогащения). Функционирует система в импульсном режиме. В момент импульса в ядерном реакторе генерируются быстрые нейтроны со значительной долей в них нейтронов утечки, которые попадают в подкритический блок, замедляются там и вызывают деления ядер урана в лазерно-активных элементах. После окончания импульса реактор переходит в глубокоподкритическое состояние, а генерация лазерного импульса прекращается.

Моделирование нейтронной кинетики в рассматриваемой системе осуществляется на основе модифицированной интегральной модели. В качестве функционалов для оптимизации выбраны максимальная мощность и энергия импульса в подкритическом блоке системы, а также его масса и энерговооруженность (отношение энергии импульса к массе блока). В качестве варьируемых параметров задаются массы делящегося материала, замедлителя, а также толщины внутреннего и внешнего отражателей подкритического блока.

Выполненные расчеты показали возможность улучшения энергетических характеристик реакторно-лазерной системы за счет увеличения количества делящегося материала в блоке, отказа от замедлителя в блоке, фиксации толщины внутреннего отражателя из гидрида циркония на уровне 3.1 см. Показано, что изменение толщины внешнего бериллиевого отражателя приводит к существенно разнонаправленному поведению функционалов – энергии и максимальной мощности, а также массы и энерговооруженности блока.

Ссылки

  1. Мельников С.П., Сизов А.Н., Синянский А.А. Лазеры с ядерной накачкой. – Саров. ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2008.
  2. Гулевич А.В., Дьяченко П.П., Зродников А.В., Кухарчук О.Ф. Связанные реакторные системы импульсного действия. – М.: Энергоатомиздат, 2003.
  3. Белл Д., Глесстон С. Теория ядерных реакторов. – М.: Атомиздат. – 1974. – 493 с.
  4. Avery R. Theory of coupled reactors. 1958, Proc. of 2nd Int. Conf. on Peaceful Uses of Atomic Energy. Report No. 1858.
  5. Coupled Reactor Kinetics. Proc. of National Topical Meeting American Nuclear Society. Ed. C. Chezem, W. Kohler, Texas, 1967.
  6. Komata M. On the Derivation of Avery’s Coupled Reactor Kinetics Equations. // Nucl. Sci. and Eng. – 1968. – Vol. 38. – P. 193
  7. Stevenson M., Gage S. Application of a Coupled Fission Mode Approach to Modular Reactor Kinetics. // J. of Nucl. Ener. – 1970. – Vol. 24. – No. 1. – P. 1.
  8. Thayer G., Miley G., Jones B. Experimental Studies of Large Amplitude Transients in Weakly Coupled Cores. // Trans. of Amer. Nucl. Soc. – 1972. – Vol. 15. – No. 2. – P. 925.
  9. Thayer G., Miley G., Jones B. An Experimental Study of Two Coupled Reactors. // Nucl. Techn. –1975. – Vol. 25. – No. 1. – Р. 56.
  10. Difilippo F., Waldman R. The Kinetics of a Coupled Two-Core Nuclear reactor. // Nucl. Sci and Eng. – 1976. – Vol. 61. – No. 1. – P. 60.
  11. Кувшинов М.И., Чередник П.Ф., Игнатов И.И. Экспериментальное исследование связанных систем, содержащих импульсный реактор БИР и подкритическую сборку. // ВАНТ. Сер.: Физика ядерных реакторов. – 1988. – № 2. – С. 3.
  12. Takezawa H., Obara T., Gulevich A., Kukharchuk O. Criticality Analysis of Pulse Core and Laser Module Coupled Small Reactor with Low Enriched Uranium. // Progress in Nuclear Energy. – 2008. – Vol. 50. – No. 2-6. – P. 304.
  13. Шабалин Е.П. Импульсные реакторы на быстрых нейтронах. – М.: Атомиздат, 1976.
  14. Ломидзе В.Л. Импульсные ядерные реакторы. – М.: Знание. – 1982. – 63 с.
  15. Колесов В.Ф. Апериодические импульсные реакторы. T. 1, 2. – Саров: ФГУП «РФНЦ ВНИИЭФ». – 2007. – 553 с.
  16. Леваков Б.Г., Лукин А.В., Магда Е.П. Импульсные ядерные реакторы РФНЦ-ВНИИТФ. – Снежинск: РФНЦ-ВНИИТФ. – 2002. – 608 с.
  17. Гулевич А.В., Кухарчук О.Ф., Пашин Е.А., Полевой В.Б. Модифицированная модель нейтронной кинетики реакторно-лазерного устройства. Препринт ФЭИ-2264, Обнинск. – 1992.
  18. Takezawa H., Obara T. New approach to space-dependent kinetic analysis by the integral kinetic model. // Nucl. Sci. and Eng. – 2012. – Vol. 171. – P. 1.
  19. Гулевич А.В., Кухарчук О.Ф. Аналитические оценки параметров нейтронных импульсов в лазерной системе с накачкой от импульсного реактора. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 1996. – №. 1. – С. 37.
  20. Гулевич А.В., Кухарчук О.Ф., Брежнев А.И. Аналитические оценки параметров импульсов в модифицированной интегральной модели кинетики для импульсного реактора и подкритического блока. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 2. – С. 87-98.
  21. Полевой В.Б., Леонтьев В.В., Овчинников А.В., Тарасова О.Б.. Базовый пакет программ комплекса MMKFK-2 для решения задач переноса нейтронов в физике реакторов (MMKFK- 2-BASE). ОФАП ЯР, №00371. – М., 1996.
  22. MCNP – a general Monte Carlo N-particle Transport Code, Version 4B/ Ed. J. Briesmeister LANL LA-12625-M. – 1997.
  23. Бережной К.В., Кухарчук О.Ф. Применение кода MCNP для расчета нейтронно-физических характеристик связанных реакторных систем: Препринт ФЭИ-2961. Обнинск. – 2002.

нейтронная кинетика лазерная система с накачкой от ядерного реактора энергия и максимальная мощность импульса мощности