О существенном замедлении кинетики быстрых переходных процессов в ядерном реакторе на быстрых нейтронах

16.09.2020 2020 - №03 Физика и техника ядерных реакторов

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

https://doi.org/10.26583/npe.2020.3.04

Кинетика ядерных реакторов определяется средним временем жизни нейтронов. В случае, когда в реактор вводится реактивность больше эффективной доли запаздывающих нейтронов, кинетика становится быстро протекающей. Для быстрых реакторов замедлить кинетику можно путем увеличения времени жизни нейтронов. Рассмотрена возможность использования свинца-208 в качестве отражателя, характеризующегося уникальными нейтронно-физическими свойствами. Для анализа возникающих эффектов в быстром реакторе выбрана точечная модель кинетики, в которой учитываются нейтроны, возвращающиеся из отражателя в активную зону реактора.

Благодаря большому атомному весу и малому поглощению нейтронов свинцом-208 нейтроны из активной зоны могут глубоко проникать в отражатель, замедляться в нем и (имея заметную вероятность вернуться в активную зону) влиять на цепную реакцию деления. Замедленные нейтроны отражателя будут иметь большую временную задержку – «мертвое» время, представляющее собой сумму времени диффузии от активной зоны к отражателю и обратно, в течение которого они не влияют на развитие цепной реакции деления. По времени задержки нейтроны, возвращающиеся из глубоких слоев отражателя свинца-208, близки к запаздывающим нейтронам. Причем количество таких нейтронов значительно превышает количество запаздывающих нейтронов.

В результате среднее время жизни нейтронов, формирующееся из времени жизни мгновенных нейтронов и нейтронов отражателя, увеличится. Это приведет к более длительному периоду разгона реактора, что ослабит последствия мгновенной надкритичности. Таким образом, использование в качестве отражателя свинца-208 в значительной степени повышает ядерную безопасность быстрого реактора.

Ссылки

1. 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 20.12. 2020). DOI:10.1155/2011/252903.
2. Shmelev A.N., Kulikov G.G., Kryuchkov E.F., Apse V.A., 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.
3. Kulikov G.G., Shmelev A.N., Apse V.A., Ternovykh M.Yu., Kulikov E.G. Favorable features in kinetics of fast reactors with physically thick reflector containing 208Pb. / Proc. of the International Conference PHYSOR-2014: The Role of Reactor Physics Toward a Sustainable Future. – Kyoto, Japan, 2014.
4. Куликов Г.Г., Шмелев А.Н., Куликов Е.Г., Апсэ В.А., Чубко Н.В. Роль нейтронов отражателя быстрого реактора в повышении сопротивляемости цепной реакции деления быстрому разгону. // Атомная энергия. – 2017. – Т. 123. – Вып. 6. – С. 351-352.
5. Kulikov E.G. Radiogenic lead as coolant, reflector and moderator in advanced fast reactors.// Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 781. – No. 1. – Article 012002. DOI: 10.1088/1742-6596/781/1/012002.
6. Kulikov G.G., Shmelev A.N., Apse V.A., Kulikov E.G. On fundamental quality of fission chain reaction to oppose rapid runaways of nuclear reactors. // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 781. – No. 1. – Article 012006. DOI: 10.1088/1742-6596/781/1/ 012006.
7. Kulikov G.G., Apse V.A., Shmelev A.N., Kulikov E.G. Improved Safety Fast Reactor with «Reservoir» for Delayed Neutrons Generating. // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 781. – No. 1. – Article 012009. DOI: 10.1088/1742-6596/781/1/012009.
8. Kulikov G.G., Apse V.A., Kulikov E.G., Kozhahmet B.K., Shkodin A.O., Shmelev A.N. Radiogenic lead from poly-metallic thorium ores as a valuable material for advanced nuclear facilities. // Kerntechnik. – 2017. – Vol. 82. – No. 1. – PP. 87-91. DOI: 10.3139/124.110665.
9. Куликов Г.Г., Шмелев А.Н., Апсэ В.А., Куликов Е.Г. Безопасность быстрого реактора с отражателем, содержащим замедлитель с большим атомным весом и малым поглощением нейтронов. / Тезисы V Международной научно-технической конференции (V МНТК НИ-КИЭТ) «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики». – М.: НИКИЭТ, 2018.
10. Kulikov G.G., Shmelev A.N., Apse V.A., Kulikov E.G. Models of the in-hour equation for fast reactors surrounded by a physically thick neutron reflector for upgrading the reactor safety. // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1133. – No. 1. – Article 012036. DOI:10.1088/1742-6596/1133/1/012036.
11. Kulikov G.G., Shmelev A.N., Kulikov E.G., Apse V.A. Nuclear safety of the fast reactor with 208Pb-reflector at neutron flash above effective fraction of delayed neutrons. // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1133. – No. 1. – Article 012037. DOI: 10.1088/1742-6596/1133/1/012037.
12. Kulikov G.G., Shmelev A.N., Kulikov E.G., Apse V.A. Peculiarities of the fast reactor with reflector from lead-208 // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1133. – No. 1. – Article 012038. DOI: 10.1088/1742-6596/1133/1/012038.
13. Белл Д., Глесстон С. Теория ядерных реакторов. – М.: Атомиздат, 1974. – 494 c.
14. Бекурц К., Виртц К. Нейтронная физика. / Пер. с англ. – М.: Атомиздат, 1968. – 456 с.
15. 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 с.

кинетика быстрый реактор отражатели из природного свинца и свинца-208 ВВЭР CANDU цепная реакция деления переходный процесс асимптотический режим разгона

Ссылка для цитирования статьи: Куликов Г.Г., Шмелев А.Н., Апсэ В.А., Куликов Е.Г. О существенном замедлении кинетики быстрых переходных процессов в ядерном реакторе на быстрых нейтронах. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2020. – № 3. – С. 41-49. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.3.04 .