Возможность повышения внутренней самозащищенности БН-800 за счет использования ТВС с микросферическим смешанным (U, PU)C-топливом

25.03.2019 2019 - №01 Топливный цикл и радиоактивные отходы

Н.В. Маслов Е.И. Гришанин П.Н. Алексеев

https://doi.org/10.26583/npe.2019.1.07

На примере реактора типа БН-800 рассмотрена возможность повышения внутренней самозащищенности быстрых реакторов с натриевым теплоносителем за счет использования в ТВС активной зоны смешанного уран-плутониевого карбидного топлива в форме микротвэлов.

Для обоснования возможности применения микротвэльного топлива в быстрых натриевых реакторах было проведено расчетное сравнение нейтронно-физических и теплогидравлических характеристик инновационной ТВС с микросферическим смешанным (U, Pu)C топливом и традиционной ТВС с таблеточным МОКС-топливом и стержневыми твэлами. В качестве расчетной модели была рассмотрена активная зона ядерного реактора на быстрых нейтронах типа БН-800 с микросферическим смешанным (U, Pu)C топливом, в которой используется трехзонное по радиусу выравнивание поля энерговыделения за счет из менения содержания плутония в ТВС.

Представлены дополнительные возможности для повышения внутренней самозащищенности и улучшения характеристик конкурентоспособности реакторов такого типа. Благодаря микросферическому карбидному топливу повышается безопасность реактора в авариях с потерей расхода теплоносителя и с вводом положительной реактивности, так как микротвэлы имеют развитую поверхность теплообмена и их покрытия способны удерживать продукты деления при более высоких температурах, чем стальная оболочка традиционных стержневых твэлов.

Ссылки

1. Сараев О.М., Носков Ю.В., Зверев Д.Л. и др. Обоснование проекта и состояние сооружения БН 800. // Атомная энергия. – 2010. – Т. 108. Вып. 4. – С. 197-201.
2. Матвеев В.И., Хомяков Ю.С. Техническая физика быстрых реакторов с натриевым теплоносителем. / Под ред. чл.корр. РАН В.И. Рачкова. – М.: Издательский дом МЭИ,-2012. – С. 195-208, 311-318.
3. Поплавский В.М., Кузнецов И.А. Безопасность АЭС с реакторами на быстрых нейтронах. – М.: ИздАТ, 2012. – C. 243-272.
4. Новиков В.М., Слесарев И.С., Алексеев П.Н., Игнатьев В.В., Субботин С.А. Ядерные реакторы повышенной безопасности. Анализ концептуальных разработок. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 384 с.
5. Fast Reactor Database, IAEATECDOC-1531. – Vienna, Austria, 2007. – 449 pp. Электронный ресурс: https://www-pub.iaea.org/books/IAEABooks/7581/Fast-Reactor-Database-2006-Update (дата доступа 21.09.2018).
6. Alekseev P.N., Balanin A.L., Fomichenko P.A. et al. Development of Conceptual Proposal for a Nuclear Facility with the Gas Cooled Fast Reactor BGR-1000 Using Coated Microfuel and Technologies of Light Water Reactors. Paper C106. In Proc. of the PHYSOR -2006 Int. Conference «Advances in Nuclear Analysis and Simulation». – Vancouver, BC, Canada, September 14-16, 2006. – PP. 1761-1764.
7. Alekseev P.N., Balanin A.L., Fomichenko P.A. et al. Physical and Technical Basics of the Concept of a Competitive Gas Cooled Fast Reactor Facility with the Core Based on Coated Fuel Microparticles. In Proc. of the Int. Conf. on Fast Reactors and Related Fuel Cycles «Next Generation of nuclear systems for sustainable development (FR17)». IAEA-CN245-517. – Russia, Ekaterinburg, 26-29 June 2017. – P. 10. Электронный ресурс: https://www.researchgate.net/publication/330480864_IAEA-CN245-205_IAEA_Study_on_Passive_Shutdown_Systems_for_Fast_Reactors_Status_Review (дата доступа 21.09.2018).
8. Пономарев-Степной Н.Н., Кухаркин Н.Е., Филиппов Г.А., Фальковский Л.Н., Гри-шанин Е.И. и др. Перспективы применения микротвэлов в ВВЭР. // Атомная энергия. – 1999. – Т. 86. – Вып. 6. – С. 443-449.
9. Филиппов Г.А., Фальковский Л.Н., Трубачев В.М., Фонарев Б.И., Мастюкин В.П., Кондитеров М.В., Момот Г.В. Коррозионная стойкость микротвэлов в воздушной среде с температурой до 1200°C при контакте с элементами тепловыделяющих сборок из аустенитных нержавеющих сталей. // Атомная энергия. – 2008. – Т. 104. – Вып. 3. – С. 189-192.
10. Филиппов Г.А., Гришанин Е.И., Фальковский Л.Н., Фонарев Б.И., Денискин В.П., Курбаков С.Д., Трубачев В.М., Момот Г.В. Оценка стойкости защитных покрытий микротвэлов в парогазовой среде при взаимодействии с конструкционными материалами. // Атомная энергия. – 2009. – Т. 106. – Вып. 3. – С. 153-158.
11. Гришанин Е.И., Кухаркин Н.Е. Инновация с микротвэлами. // РЭА. 2009. – № 9. –С.30-36.
12. Ярославцева Л.Н. Комплекс программ JARB для расчета нейтронно-физических характеристик ядерных реакторов. // ВАНТ. Сер. Физика и техника ядерных реакторов. – 1983. – Вып. 8 (37). – С. 41-43.
13. Сазыкина Т.А., Тихонов Н.И. Расчетные исследования напряженно деформированного состояния и пути выбора оптимальной конструкции микротвэла высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. // ВАНТ. Сер. Атомно-водородная энергетика и технология. – 1983. – Вып. 3 (16). – С. 74-76.
14. Дегальцев Ю.Г., Пономарев-Степной Н.Н., Кузнецов В.Ф. Поведение высокотемпературного ядерного топлива при облучении. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – C. 127-137.
15. Батурин В.Г. и др. Нейтронно-графические исследования структуры материалов твэлов ВТГР. // ВАНТ. Сер. Атомная техника и технология. – 1990. – Вып. 2. – С. 86-92.
16. Krautwasser P., Nickel H. Influence of Porosity on the Irradiation Performance of Pyrocarbon on the Irradiation Performance of Pyrocarbon Coatings. // Nucl.Technol. – 1977. – Vol. 35. – PP. 310-319.
17. Черников А.С., Пермяков Л.Н., Федик И.И, Гаврилин С.С., Курбаков С.Д. Твэлы на основе сферических топливных частиц с защитным покрытием для реакторов повышенной безопасности. // Атомная энергия. – 1999. – Т. 87. – Вып. 6. – C. 451-462.
18. Гришанин Е.И., Денисов Е.Е., Любин А.Я., Фальковский Л.Н. Разработка математической модели расчета параметров теплоносителя в тепловыделяющей сборке легководного реактора с микротвэлами. // Тяжелое машиностроение. – 1995. – № 9. – С. 11-20.
19. Филиппов Г.А., Меламед Л.Э., Тропкин А.И. Методика математического моделирования и анализ гидродинамики систем, содержащих засыпки и перфорированные перегородки, на основе вычислительного комплекса ANSYS. // Известия вузов. Проблемы энергетики. – 2005. – № 11-12. – C. 64-79.
20. Филиппов Г.А., Меламед Л.Э., Тропкин А.И. Влияние формы и размеров коллекторов на гидравлическое сопротивление коллекторных систем с засыпками. // Известия вузов. Проблемы энергетики. – 2007. – № 1-2. – С. 8-20.
21. Maslov N.V., Grishanin E.I., Alekseev P.N. Improving Inherent Safety BN-800 by the Use of Fuel Assembly with (U, Pu)C Microfuel. Proc. of the Int. Conf. on Fast Reactors and Related Fuel Cycles: «Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development».FR-17.IAEA-CN245-303. – 2017. Электронный ресурс: https://conferences.iaea.org/indico/event/126/contributions/3676/ (дата доступа 21.09.2018).
22. Маслов Н.В., Фонарев Б.И., Гришанин Е.И., Алексеев П.Н. Ядерный реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Патент РФ на изобретение № 2668230. – 2018.

внутренняя самозащищенность быстрые натриевые реакторы микротвэл плотное смешанное карбидное топливо ТВС с микросферическим топливом

Ссылка для цитирования статьи: Маслов Н.В., Гришанин Е.И., Алексеев П.Н. Возможность повышения внутренней самозащищенности БН-800 за счет использования ТВС с микросферическим смешанным (U, PU)C-топливом. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 1. – С. 71-84. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.1.07 .