Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Потенциал спектрального регулирования ВВЭР с учетом выгорания топлива

09.07.2020 2020 - №02 Физика и техника ядерных реакторов

А. И. Элазака Г.В. Тихомиров

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.2.03

УДК: 621.039.536

Управление спектром нейтронов в ядерном реакторе позволяет контролировать избыточную реактивность за счет поглощения избыточных нейтронов в поглотителе или за счет изменения уран-водного отношения. Работа посвящена исследованию потенциала управления спектром нейтронов ВВЭР с помощью вытеснителей. В качестве вытеснителей использовались циркониевые стержни различного диаметра (Zr-стержни). Zr-стержни располагались между топливными стержнями. Введение Zr-стержней между твэлами и увеличение их диаметра приводит к уменьшению объема воды внутри реактора и уменьшению коэффициента размножения. В современных ВВЭР компенсация избыточной реактивности реализуется с помощью растворения борной кислоты в воде. Представлены результаты сравнения потенциальной эффективности использования вытеснителей по сравнению с использованием борного регулирования. Расчеты выгорания показали, что участие Zr-стержней в геометрии ВВЭР-1000 снижает темп горения U-235 и увеличивает наработку изотопа Pu-239. Концентрация изотопов плутония увеличивается с увеличением диаметра Zr-стержней. Важными параметрами безопасности, связанными с изменением отношения замедлителя к топливу, являются плотностной и доплеровский коэффициенты реактивности. Поэтому были проведены расчеты этих коэффициентов, и полученные результаты продемонстрировали потенциальную безопасность использования вытеснителей в ВВЭР вместо борного регулирования. Таким образом продемонстрировано, что использование Zr-стержней в качестве регулятора спектра нейтронов позволяет поддерживать нейтронную экономию и контролировать избыточную реактивность внутри ВВЭР.

Ссылки

  1. Iqbal Hosan M., Soner M.A.M., Khorshed Ahmad Kabir, Salam M.A., Fazlul Huq Md. Study on neutronic safety parameters of BAEC TRIGA research reactor. // Ann. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2015. – Vol. 80. – PP. 447-450. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.anucene.2015.02.031 .
  2. Atkinson S., Litskevich D., Merk B. Small modular high temperature reactor optimisation part 2: Reactivity control for prismatic core high temperature small modular reactor, including fixed burnable poisons, spectrum hardening and control rods. // Prog. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2019. – Vol. 111. – PP. 233-242. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.pnucene.2018.11.001 .
  3. Campolina D., Faria E.F., Santos A.A.C.,Vasconcelos V., Franco M.P.V., Dias M.S., Mattos J.R.L. Parametric study of enriched gadolinium in burnable neutron poison fuel rods for Angra-2. // Ann. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2018. – Vol. 118. – PP. 375-380. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.anucene.2018.04.025 .
  4. Chan P.K., Paquette S., Bonin H.W., French C., Pant A. Neutron absorbers in candu natural uranium fuel bundles to improve operating margins. // International Conference on Nuclear Engineering, Proceedings, ICONE21-15919. American Society of Mechanical Engineers (ASME). – 2013. – Vol. 1. DOI: https://doi.org/10.1115/ICONE21-15919 .
  5. Galahom A.A. Investigation of different burnable absorbers effects on the neutronic characteristics of PWR assembly. // Ann. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2016. – Vol. 94. – PP. 22-31. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2016.02.025 .
  6. Tran H.N., Hoang H.T.P., Liem P.H. Feasibility of using Gd2O3 particles in VVER-1000 fuel assembly for controlling excess reactivity. // Energy Procedia. Elsevier Ltd. – 2017. – Vol. 131. – PP. 29-36. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.09.442 .
  7. Safarzadeh O., SaadatianDerakhshandeh F., Shirani A.S. Calculation of reactivity coefficients with burn-up changes for VVER-1000 reactor. // Prog. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2015. – Vol. 81. – PP. 217-227. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2015.02.006 .
  8. Fadaei A.H. Investigation of burnable poisons effects in reactor core design. // Ann. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2011. – Vol. 38. – PP. 2238-2246. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.anucene.2011.06.005 .
  9. Frybortova L. VVER-1000 fuel cycles analysis with different burnable absorbers. // Nucl. Eng. Des. Elsevier Ltd. – 2019. –Vol. 351. – PP. 167-174. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.nucengdes.2019.05.026 .
  10. Taheranpour N., Talaei A. Development of practical method using a Monte Carlo code for evaluation of optimum fuel pitch in a typical VVER-1000 core. // Ann. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2013. – Vol. 54. – PP. 129-133. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.anucene.2012.10.029 .
  11. Banerjee S., Banerjee M.K. Nuclear Applications: Zirconium Alloys. // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier Ltd. – 2016. – PP. 6287-6299. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2012.10.029 .
  12. Rench iukova V., Macak J., Sajdl P., Novotny R., Krausova A. Corrosion of zirconium alloys demonstrated by using impedance spectroscopy. // J. Nucl. Mater. Elsevier Ltd. – 2018. – Vol. 510. – PP. 312-321. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2018.08.005 .
  13. Chibinyaev A.V., Alekseev P.N., Teplov P.S. Estimation of the effect of neutron spectrum regulation on VVER-1000 fuel burnup. // At. Energy. – 2006. – Vol. 101. – PP. 680-683. DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-006-0151-z .
  14. Thilagam L., Sunil Sunny C., Jagannathan V., Subbaiah K.V. A VVER-1000 LEU and MOX assembly computational benchmark analysis using the lattice burnup code EXCEL. // Ann. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2009. – Vol. 36. – PP. 505-519. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.anucene.2008.12.015 .
  15. Leppaanen J., Pusa M., Viitanen T., Valtavirta V., Kaltiaisenaho T. The SERPENT Monte Carlo code: Status, development and applications in 2013. // Ann. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2015. – Vol. 82. – PP. 142-150. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.08.024 .
  16. Hussain A., Xinrong C. Core optimization simulation for a pressurized water reactor. // Information Technology Journal. – 2009. – Vol. 8. – PP. 220-225. DOI: https://doi.org/10.3923/itj.2009.220.225 .
  17. Lewis E.E. Fundamentals of Nuclear Reactor Physics. – Elsevier Inc., 2008. – 293 p. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-370631-7.00001-2 .
  18. Stacey W.M. Nuclear Reactor Physics: Second Edition. – Wiley-VCH, 2007. – 706 p. DOI: https://doi.org/10.1002/9783527611041 .
  19. Faghihi F., Roosta F., Ghaemi S., Bagheri S. Core designing of the newly proposed (U+Gd)O2FAs in the VVERs core and comparison with current UO2FAs. // Alexandria Eng. J. Elsevier Ltd. – 2019. – Vol. 58. – PP. 647-658. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.aej.2019.03.010 .
  20. Vahman N., AkbariJeyhouni R., Rezaei Ochbelagh D., Amrollahi R. An assessment of a VVER-1000 core during Turbo-Generator load reduction test using RELAP5/MOD3.2 and WIMSD-5B/PARCSv2.7 // Prog. Nucl. Energy. Elsevier Ltd. – 2016. –Vol. 93. – PP. 155-164. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2016.08.005 .

ВВЭР реактивность коэффициенты реактивности борное регулирование спектральное регулирование вытеснители воды избыточная реактивность