Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Использование эрбия в качестве выгорающего поглотителя в реакторах типа ВВЭР при работе на удлиненных кампаниях

16.09.2020 2020 - №03 Физика и техника ядерных реакторов

С.Х. Альассаф В.И. Савандер А.А. Хассан

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.3.06

УДК: 621.039

Представлены результаты расчетно-теоретического анализа, касающиеся применения эрбия в качестве выгорающего поглотителя в реакторах типа ВВЭР. Рассматриваются частичные перегрузки топлива с удлиненными кампаниями (полтора – два года), причем для полуторагодичной кампании кратность перегрузки равна трём, а для двухгодичной – двум. Предполагается, что эрбий размещается во всех твэлах ТВС с одинаковым весовым содержанием. Оценивалось влияние весового содержания эрбия на такие нейтронно-физические характеристики реактора и топлива, как выгорание, коэффициенты реактивности, остаточный объем «жидкостного» регулирования» и объемы образовавшихся жидких радиоактивных отходов (ЖРО).

Расчеты проводились по упрощенной модели перегрузок без перестановок ТВС. Рассматривалась бесконечная решетка полиячеек, состоящих из ТВС с разными временами пребывания в активной зоне. Учет утечки нейтронов из активной зоны осуществлялся выбором критического значения K∞ в конце кампании.

Эрбий не полностью выгорает за кампанию, что сказывается на снижении выгорания топлива по сравнению с жидкостной системой компенсации избыточной реактивности. Снижение составляет 0.7% на 0.1% весовой загрузки эрбия в твэлы. Однако при этом снижается и максимальное содержание борного поглотителя в теплоносителе, и накопление ЖРО в соотношении 5% на 0.1% весовой загрузки эрбия.

Эрбий влияет на спектральную составляющую температурного коэффициента реактивности по теплоносителю, которая оказывается отрицательной даже при малой весовой доле в твэлах, а уменьшение доли борного поглотителя приводит к положительному значения плотностного коэффициента реактивности. В результате полный температурный коэффициент реактивности по теплоносителю имеет отрицательное значение в течение всей кампании.

Ссылки

  1. U.S. Department of Energy. DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory, Vol. 2. – Washington USA, 1993. – 128 p.
  2. Frybort J. Erbium Burnable Absorber for High-burn up fuels, WoS 000321966500252. / Proc. of the XIII-th International Scientific Conference EPE 2012. – Czech Republic, 2012. – PP. 1299-1304.
  3. Fedosov A.M. RBMK Uranium-Erbium Fuel. // Atomic Energy. – 2018. – Vol. 124. – No. 4. – PP. 221-226.
  4. Franceschini F., Petrovich B. Fuel with Advanced Burnable Absorbers Design for the IRIS Reactor Core: Combined Erbia and IFBA. // Annals of Nuclear Energy. – 2009. – Vol. 36. – Iss.
  5. –PP.1201-1207; DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2009.04.005 .
  6. Franceschini F. Use of Isotopically Modified Erbium to Improve Fuel Cycle Economics in IRIS. / Proc. of the V-th International Conference on Nuclear Option in Countries with Small and Medium Electricity Grids, INAC. – 2017. – PP. 1-12.
  7. Семченков Ю. Использование топлива в реакторах ВВЭР: состояние и перспективы. // Росэнергоатом. – 2014. – № 11. – С. 8-13.
  8. Савандер В.И., Альассаф С.Х. Анализ эффективности применения удлиненных кампаний на зарубежных АЭС с реакторами типа ВВЭР. // Ядерная физика и инжиниринг. – 2019. – Т. 9. – № 4. – С. 1-4.
  9. Пряничников А.В. Описание программы GETERA. // ВАНТ. Серия: Физика ядерных реакторов. – 2009. – № 3. – С. 63-76.
  10. Bergelson B.R., Belonog V.V., Gerasimov A.S., Tikhomirov G.V. VVER Nuclear Fuel Burnup with Different Absorbers. // Atomic Energy. – 2011. – Vol. 109. – No. 4. – PP. 240-245; DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-011-9351-2 .
  11. Абу Сондос М.А., Демин В.М., Савандер В.И. Снижение объема борного регулирования запаса реактивности при использовании выгорающего поглотителя на основе Gd2 O3 в топливе реактора ВВЭР-1200. // Глобальная ядерная безопасность. – 2019. – № 3(32). – С. 56-65; DOI: https://doi.org/10.26583/gns-2019-03-06 .
  12. Хашламун Т.М., Выговский С.Б., Лескин С.Т., Думан А.С. Определение параметров 18-месячного топливного цикла с целью минимизации топливных затрат на базе эксплуатируемых конструкций ТВС в реакторах ВВЭР-1200. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 3. – С. 113-124; DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.3.10 .

ВВЭР выгорающий поглотитель эрбий запас реактивности GETERA жидкостная система компенсации избыточной реактивности жидкие радиоактивные отходы (ЖРО)