Безопасность быстрого реактора с отражателем, содержащим замедлитель с большим атомным весом и малым поглощением нейтронов

05.12.2019 2019 - №04 Безопасность, надежность и диагностика ЯЭУ

Г.Г. Куликов А.Н. Шмелёв В.А. Апсэ Е.Г. Куликов

https://doi.org/10.26583/npe.2019.4.06

Цель исследования состоит в обосновании возможности повышения безопасности быстрых реакторов путем окружения их активных зон отражателем из материала со специальными нейтронно-физическими свойствами.

Такие нейтронно-ядерные свойства изотопа свинца 208Pb, как большой атомный вес, малое сечение поглощение и высокий порог неупругого рассеяния, приводят к ряду особенностей кинетики быстрого реактора с отражателем из 208Pb, которые могут существенным образом повысить ядерную безопасность реактора.

Отражатель позволит генерировать дополнительные запаздывающие нейтроны, которые характеризуются «мертвым» временем. Это повысит устойчивость цепной реакции деления к скачкообразному росту энерговыделения, исключит мгновенную надкритичность. Отметим, что дополнительные запаздывающие нейтроны могут быть сформированы разработчиками реактора.

Актуальность работы состоит в том, что генерация дополнительных запаздывающих нейтронов отражателя позволит ослабить последствия реактивностной аварии даже в случае введения реактивности, превышающей эффективную долю запаздывающих нейтронов. При этом роль доли запаздывающих нейтронов как предельно допустимой реактивности для безопасности реакторов обесценивается.

Научная новизна работы заключается в том, что до сих пор задача о формировании дополнительных нейтронов, которые по их свойствам близки к традиционным запаздывающим нейтронам, не ставилась. Предложен новый способ повышения безопасности быстрого реактора на основе пополнения доли запаздывающих нейтронов за счет временной задержки мгновенных нейтронов при их переносе в отражателе реактора.

Для реализации рассмотренных преимуществ допустимой является комбинация, когда отражатель состоит из свинца, обогащенного по изотопу 208Pb, а теплоноситель – из обычного свинца или другого вещества (натрий и т.д.).

Ссылки

1. Белл Д., Глесстон С. Теория ядерных реакторов. – М.: Атомиздат, 1974. – 494 c.
2. Shmelyov A.N., Koulikov G.G., Glebov V.B., Tsurickov D.F., Morozov A.G., Kuznetsov V.V. On actinides transmutation possibility in fast reactors with various coolants. Nuclear Energy Agency Committee on Reactor Physics of the USA (NEACRP-A-1112), Section B.2.3.
3. Шмелев А.Н., Куликов Г.Г., Глебов В.Б., Цуриков Д.Ф., Морозов А.Г. Безопасность быстрого реактора-выжигателя долгоживущих актиноидов, извлеченных из радиоактивных отходов. // Атомная энергия. – 1992. – Т. 73. – Вып. 6. – С. 450-454.
4. Shmelev A.N., Kulikov G.G., Glebov V.B., Tsurikov D.F., Morozov A.G. Safety in a fast burning reactor for long-lived actinides extracted from radioactive wastes. // Atomic Energy. – 1992. – Vol. 73. – No. 6. – PP. 963-966.
5. Shmelev A.N., Kulikov G.G., Apse V.A., Glebov V.B., Tsurikov D.F., Morozov A.G. Radioactive waste transmutation in nuclear reactors. / Proc. of the International working group on fast reactors specialists meeting on: «Use of fast reactors for actinide transmutation». Obninsk, IPPE, Russia, 22-24 September 1992. – IAEA-TECDOC-693. – 1993. – PP. 77-86.
6. Shmelev A.N., Kulikov G.G., Apse V.A., Kulikov E.G., Artisyuk V.V. Radiogenic Lead with Dominant Content of 208Pb: New Coolant and Neutron Moderator for Innovative Nuclear Facilities. // Internet journal of Hindawi Publishing Corporation: Science and Technology of Nuclear Installations. – 2011. – Article ID 252903. – 12 p. Электронный ресурс: http://www.hindawi.com/journals/stni/2011/252903/ (дата доступа 01.02. 2019).
7. Shmelev A.N., Kulikov G.G., Kryuchkov E.F., Apse V.A., and Kulikov E.G. Application of Radiogenic Lead with Dominant Content of 208Pb for Long Prompt Neutron Lifetime in Fast Reactor. // Nuclear Technology. – 2013. – Vol. 183. – No. 3. – PP. 409-426.
8. Исаков А.И., Казарновский М.В., Медведев Ю.А., Метелкин Е.В. Нестационарное замедление нейтронов (основные закономерности и некоторые приложения). Монография. – М.: Наука, 1984. 264 с.
9. Бекурц К., Виртц К. Нейтронная физика. Пер. с англ. – М.: Атомиздат, 1968. 456 с.
10. Физические величины: Справочник. / Под. ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.
11. Soppera N., Bossant M., Dupont E. JANIS 4: An Improved Version of the NEA Java-based Nuclear Data Information System. // Nuclear Data Sheets. – 2014. – Vol. 120. – PP. 294-296.
12. Бекман И.Н. Ядерная физика (курс лекций): учебное пособие. – М.: Изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова, 2010. – 398 с.
13. Кузьмин А.В. Основы теории переноса нейтронов (лабораторный практикум): учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. – 192 с.
14. Марченко Л.В., Сергеев Ю.А. Расчет квадрата длины замедления для различных сред в 18- и 26-групповых приближениях и их сравнение с экспериментальными данными. // Бюллетень центра по ядерным данным. – М.: Атомиздат, 1969. – Вып. 6. – С. 319-390.
15. Кабанова М.А., Кузьмин А.В. Расчет возраста нейтронов деления до индиевого резонанса в натрии методом групп. // Труды Конференции Национального исследовательского Томского политехнического университета. Секция 4. «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» – Томск: Изд-во ТПУ, 2014. – С.38-41,
16. Апсэ В.А., Шмелев А.Н. Использование программы TIME26 в курсовом проектировании быстрых реакторов и электроядерных установок. Учебно-методическое пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2008. 63 c.
17. Блинкин В.Л., Новиков В.М. Жидкосолевые ядерные реакторы. – М.: Атомиздат, 1978. – 112 с.
18. Kobayashi K. Rigorous derivation of nodal equation- for coupled reactors. // Annals of Nuclear Energy. – 1991. – Vol. 18. – Issue 1. – PP. 13-18.
19. Avery R.L. Coupled fast thermal power breeder. // Nucl. Sci. & Eng. – 1958. – Vol. 3. – No. 2.– PP. 129-144.
20. Avery R.L. Theory of coupled reactors. / Proc. of the II Intern. Conf. on Peaceful Uses of Atomic Energy. Geneva. – 1958. – Vol. 2. – P. 182.
21. Эйвери Р., Брениан К., Брансон Дж., Кон К., Фишер Дж., Хаммел Х., Като В., Керн Ф., Манегетти Д., Тальготт Ф., Топпел Б. Критический эксперимент с энергетическим реактором-размножителем связанного типа на тепловых и быстрых нейтронах. / Труды II Межд. конф. по мирному использованию атомной энергии. Женева-1958. Избранные доклады иностранных ученых. Физика ядерных реакторов. – М.: Атомиздат, 1959. – С. 231-258.
22. Godoy J.M., Godoy M.L., Aronne C.C. Application of inductively coupled plasma quadrupole mass spectrometry for the determination of monazite ages by lead isotope ratios. // Journal of Brazilian Chemistry Society. – 2007. – Vol. 18. – No. 5. – PP. 969-975.
23. Каталог изотопных данных минералов украинской плиты. – Киев: Наукова думка, 1978. С. 90-137.
24. АО «Всерегиональное объединение «ИЗОТОП». Свинец-208. Электронный ресурс: www.isotop.ru/view/1941/ (дата доступа 01.02. 2019).

ядерная безопасность реактивностные аварии запаздывающие нейтроны быстрый реактор радиогенный свинец

Ссылка для цитирования статьи: Куликов Г.Г., Шмелёв А.Н., Апсэ В.А., Куликов Е.Г. Безопасность быстрого реактора с отражателем, содержащим замедлитель с большим атомным весом и малым поглощением нейтронов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 4. – С. 71-82. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2019.4.06 .