Гибридная ториевая реакторная установка с источником термоядерных нейтронов на основе магнитной ловушки

24.06.2019 2019 - №02 Актуальные проблемы ядерной энергетики

А.В. Аржанников И.В. Шаманин С.В. Беденко В.В. Приходько С.Л. Синицкий В.М. Шмаков В.В. Кнышев И.О. Луцик

https://doi.org/10.26583/npe.2019.2.04

Представлены результаты компьютерного моделирования нейтронно-физических процессов, протекающих в высокотемпературном газоохлаждаемом ториевом реакторе для 30-ти разных вариантов загрузки активной зоны. Для обеспечения надежной и длительной работы реактора (не менее семи лет) подобраны доля дисперсной фазы и стартовый состав топлива. Приведены параметры длинной магнитной ловушки с высокотемпературной плазмой, которая обеспечивает генерацию дополнительных нейтронов за счет протекающих в плазме термоядерных реакций и реакций типа (n, xn). Продемонстрирована принципиальная возможность замещения приосевой области активной зоны исследуемого реактора длинной магнитной ловушкой с высокотемпературной плазмой для случаев D-D- и D-T-реакций. Получено пространственно-энергетическое распределение выхода этих нейтронов на внешней поверхности магнитной ловушки. Продемонстрирована перспективность использования плазменного D-T-источника нейтронов для модификации приосевой области активной зоны реактора.

Исследуемый реактор с приосевым источником дополнительных нейтронов предназначен для изучения теплофизических и нейтронно-физических характеристик дисперсионного торий-плутониевого топлива с целью улучшения его свойств. Результаты исследований представляют интерес с позиции продвижения к будущей термоядерной энергетике через создание гибридной технологии на базе ториевого реактора с источником дополнительных нейтронов в виде длинного плазменного столба. Расчетные модели созданы с использованием верифицированных расчетных кодов программ WIMS-D5B (ENDF/B-VII.0), MCU5TPU (MCUDВ50), MCNP5 (ENDF/B-VII.0), Serpent 1.1.7 (ENDF/B-VII.0) и PRIZMA (ENDF/B-VII.I).

Ссылки

1. Shamanin I.V., Chertkov Y.B., Bedenko S.V., Mendoza O., Knyshev V.V., Grachev V.M. Neutronic properties of high-temperature gas-cooled reactors with thorium fuel // Annals of Nuclear Energy. – 2018. – Vol. 113. – PP. 286-293.
2. Shamanin I., Bedenko S., Chertkov Y., Gubaydulin I. Gas-Cooled Thorium Reactor with Fuel Block of the Unified Design // Advances in Materials Science and Engineering. – 2015. – Vol. 2015. – PP. 1-8.
3. Шаманин И.В., Беденко С.В., Чертков Ю.Б. Ториевая реакторная установка малой мощности, работающая в сверхдлинной кампании. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 2. – С. 121-132.
4. Arzhannikov A.V., Anikeev A.B., Beklemishev A.D. et al. Subcritical Assembly with Thermonuclear Neutron Source as Device for Studies of Neutron-physical Characteristics of Thorium Fuel // AIP Conference Proceedings. – 2016. – Vol. 1771. – No 090004.
5. Beklemishev A., Anikeev A., Astrelin V. et al. Novosibirsk Project of Gas-Dynamic Multiple-Mirror Trap. // Fusion Science and Technology. – 2013. – Vol. 63 (1T). – PP. 46-51.
6. Anikeev A.V., Bagryansky P.A., Beklemishev A.D. et al. The GDT Experiment: Status and Recent Progress in Plasma Parameters. // Fusion Science and Technology. – 2015. – Vol. 68 (1). – PP. 1-7.
7. Yurov D.V., Prikhodko V.V., and Tsidulko Yu.A. Nonstationary model of an axisymmetric mirror trap with nonequilibrium plasma. // Plasma Physics Reports. – 2016. – Vol. 42 (3). – PP. 210-225.
8. Moir R.W., Martovetsky N.N., Molvik A.W., Ryutov Dimitri, and Simonen T.C. Mirror-based hybrids of recent design. // AIP Conference Proceedings. – 2012. – Vol. 1442. – PP. 43-54.
9. Беденко С.В., Кнышев В.В., Кузнецова М.Е., Шаманин И.В. Особенности формирования остаточного излучения дисперсионного микрокапсулированного ядерного топлива // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 3. – С. 75-87.
10. Nuclear Energy Agency. Computer Programs NEA-1507 WIMSD5. WIMSD5, Deterministic Multigroup Reactor Lattice Calculations. Электронный ресурс: http://www.oecd-nea.org/tools/abstract/detail/nea-1507/ (дата доступа 05.01.2019).
11. Проект MCU. Моделирование процесса переноса частиц методом Монте-Карло. Электронный ресурс: https://mcuproject.ru/rabout.html (дата доступа 05.01.2019).
12. Куликов Г.Г., Куликов Е.Г., Шмелев А.Н., Апсэ В.А. Протактиний-231 – новый выгорающий поглотитель нейтронов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2017. – № 3. – С. 195-204.
13. Shmelev A.N., Kulikov G.G., Kurnaev V.A., Apse V.A. Hybrid Fusion-Fission Reactor with a Thorium Blanket: Its Potential in the Fuel Cycle of Nuclear Reactors // Physics of Atomic Nuclei. – 2015. – Vol. 78. – No 10. – PP. 1100-1111.
14. Hussain A., Xinrong C. Small PWR core design with coated particle based fuel with a novel composition // Progress in Nuclear Energy. – 2010. – Vol. 52 (6). – PP. 531-535.
15. Абагян Л.П., Базазянц Н.О., Николаев М.Н., Цибуля А.М. Новая система групповых констант для расчета быстрых реакторов. // Атомная энергия. – 1980. – Т. 48. – Вып. 2. – С. 117-118.
16. MCNP. Monte Carlo N+Particle Transport Code. Электронный ресурс: https://mcnp.lanl.gov/ (дата доступа 05.01.2019).
17. Leppaanen J., Pusa M., Viitanen T., et al. The Serpent Monte Carlo code: Status, development and applications in 2013. // Annals of Nuclear Energy. – 2015. – Vol. 82. – PP. 142-150.
18. Kandiev Y.Z., Kashaeva E.A., Khatuntsev K.E., et al. PRIZMA status. // Annals of Nuclear Energy. – 2015. – Vol. 82. – PP. 116-120.

плазменный источник нейтронов ториевый гибридный реактор эволюция ядерного топлива

Ссылка для цитирования статьи: Аржанников А.В., Шаманин И.В., Беденко С.В., Приходько В.В., Синицкий С.Л., Шмаков В.М., Кнышев В.В., Луцик И.О. Гибридная ториевая реакторная установка с источником термоядерных нейтронов на основе магнитной ловушки. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 2. – С. 43-54. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.2.04 .