Выравнивание радиального энерговыделения в водо- водяном термоэмиссионном реакторе-преобразователе

28.11.2017 2017 - №04 Физика и техника ядерных реакторов

П.А. Алексеев А.Д. Кротов М.К. Овчаренко В.А. Линник

https://doi.org/10.26583/npe.2017.4.03

Исследуется возможность уменьшения радиального коэффициента неравномерности kr энерговыделения в активной зоне водо-водяного термоэмиссионного реактора-преобразователя (ТРП). Из-за высокой неравномерности энерговыделения снижается вырабатываемая электрическая мощность ТРП и увеличивается температура элементов электрогенерирующего канала, что сказывается на продолжительности ресурса реактора.

В ТРП с промежуточным спектром нейтронов электрогенерирующие элементы (ЭГК) в активной зоне располагают по концентрическим поясам, что обеспечивает неравномерный шаг расстановки и позволяет уменьшить kr. В рассматриваемом водо-водяном ТРП значительно большее количество ЭГК располагают по шестигранной равномерной решетке. Выравнивать энерговыделение в активной зоне с равномерным шагом решетки можно, например, используя ядерное профилирование или применяя дополнительные конструкции в активной зоне. Первое приводит к необходимости учета и создания различных типов ЭГК, второе может привести к ухудшению нейтронно-физических характеристик реактора; все это скажется на экономической эффективности проекта.

Предлагается разбить активную зону на части, каждая из которых имеет свой равномерный шаг, при этом шаг решетки увеличивается от центра к периферии, что приводит к снижению радиального коэффициента неравномерности энерговыделения до значений 1,06. Количество частей, на которые разбивается активная зона, зависит от шага решетки, от типа, размера ЭГК, толщины отражателя, ограничений, накладываемых на конструкцию реактора. Оптимальные для каждой части шаги решетки можно определить, применяя методику, основанную на технологии генетического алгоритма, которая позволяет находить решения, удовлетворяющие нескольким поставленным условиям.

При данном подходе не требуется значительного увеличения габаритов реактора, учета и создания различных типов ЭГК, дополнительных конструкций в центре активной зоны.

Ссылки

1. Кузнецов В.А. Ядерные реакторы космических энергетических установок. – М.: Атомиздат, 1977. – 240 с.
2. Лазаренко Г.Э., Ярыгин В.И., Пышко А.П. и др. Автономная ядерная энергетическая установка электро- и теплоснабжения прямого преобразования тепловой энергии в электричество // Сб. док. Международной научно-практической конференции «Малая энергетика – 2006», Москва, 2006. – С. 68-70.
3. Кротов А.Д., Лазаренко Г.Э., Овчаренко М.К., и др. Автономная термоэмиссионная ядерная энергетическая установка для морских газо- и нефтедобывающих платформ. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2011. – № 3. – С. 21-37.
4. Маслов П.А. Электрогенерирующая система малой АЭС с использованием высокоэффективного низкотемпературного термоэмиссионного процесса // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2011. – № 2. – С. 24-33
5. Атомная станция малой мощности АСММ 10/100 кВтэл. Электронный ресурс http://www.ippe.ru/innov/1/in1-7.php (дата обращения 24.11.2016).
6. Ярыгин В.И., Ружников В.А, Синявский В.В. Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии: Монография. – М: НИЯУ МИФИ, 2016. – 364 с.
7. Полоус М.А., Алексеев П.А., Ехлаков И.А. Современные расчетные технологии обоснования характеристик ЯЭДУ в проектных работах создания термоэмиссионных КЯЭУ нового поколения // Электронный журнал «Труды МАИ». – Вып. 68. – 03 сентября 2013. – 26 с.
8. Забудько А.Н., Линник В.А., Раскач Ф.П. Сравнение и анализ характеристик термоэмиссионных реакторов-преобразователей различного типа для космических ЯЭУ // Препринт ФЭИ-3025, Обнинск, 2004. – 28 с.
9. Полоус М.А., Ярыгин В.И., Виноградов Е.Г. Программный комплекс для трехмерного численного расчета тепловых и электрических характеристик многоэлементного электрогенерирующего канала термоэмиссионной ЯЭУ // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2012. – № 2. – С. 151-160.
10. Линник В.А. Расчетно-теоретические методы исследования выходных характеристик термоэмиссионных электрогенерирующих элементов, электрогенерирующих сборок (каналов) и реакторов-преобразователей космических ЯЭУ // Препринт ФЭИ-3058, Обнинск, 2005. – 70 с.
11. Пупко В.Я. Кузмин В.И. Использование функционалов теории возмущений для минимизации загрузки реакторов с произвольным спектром нейтронов. // Атомная энергия. – 1968. – Т. 24. – Вып. 3. –С 231-235.
12. Sacco W.F., Filho H.A. and Pereira C.M.N.A. Cost-based optimization of a nuclear reactor core design: a preliminary model. Proceedings of INAC, 2007.
13. MCNP – General Monte Carlo N-Particle Transport code. LA-12625-M, Vers. 4B,1997.
14. ENDF/B-VI Data for MCNP TM. LA-12891-M, 1994.
15. Кротов А.Д., Сонько А.В. Расчет нейтронно-физических характеристик реактора и радиационной защиты в составе ЯЭУ космического назначения с использованием программного комплекса MCNP // Атомная энергия. – 2009. – Т. 106. – Вып. 2. –С 149-153.
16. Бартоломей Г.Г., Бать Г.А., Байбаков В.Д., Алхутов М.С. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов: Учеб.пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 512 с.
17. Konak A., Coit D.W., Smith A.E. Multi objective optimization using genetic algorithms. A tutorial // Reliability Engineering & System Safety. – 2006. – Vol. 91. – PP. 992-1007.
18. Гладков Л.А., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Генетические алгоритмы. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. – 368 с.
19. Алексеев П.А. Поиск оптимальной схемы расположения ЭГК в активной зоне термоэмиссионного реактора-преобразователя космического назначения // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2011. – № 2. – С. 51-60.
20. Алексеев П.А. Развитие методики оптимизации активной зоны термоэмиссионного реактора-преобразователя космического назначения. / Итоги научно-технической деятельности Института ядерных реакторов и теплофизики за 2011 г. /Научно-технический сборник. – Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2012. – С. 381-388.

термоэмиссионный реактор-преобразователь электрогенерирующий канал коэффициент неравномерности энерговыделения шаг решетки генетический алгоритм оптимизация

Ссылка для цитирования статьи: Алексеев П.А., Кротов А.Д., Овчаренко М.К., Линник В.А. Выравнивание радиального энерговыделения в водо- водяном термоэмиссионном реакторе-преобразователе. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2017. – № 4. – С. 27-37. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2017.4.03 .