Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Элементы управления критичностью в подкритической системе с протяженным плазменным источником нейтронов с учетом температуры

18.03.2021 2021 - №01 Физика и техника ядерных реакторов

В.В. Кнышев А.Г. Каренгин И.В. Шаманин

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.06

УДК: 621.039.5

Подобраны материалы компенсирующих стрежней и выгорающих поглотителей для компенсации избыточной реактивности бланкетной части установки и организации возможности её управления в связке с плазменным источником нейтронов.

Выгорающий поглотитель – слой диборида циркония ZrB2 толщиной 100 микрон, наносимый на поверхность топливных компактов. В качестве материала компенсирующих стержней выбраны стержни из карбида бора B4

C диаметром 0.01 м, размещаемые в каналах для прокачки гелия и используемые для перевода всей системы в состояние с keff = 0.95. Установка на протяжении всего рабочего цикла находится в подкритическом состоянии, управление её работой осуществляется с помощью потока нейтронов из плазменного источника.

Расчётные исследования выполнены с использованием верифицированных расчётных кодов WIMS-D5B (ENDF/B-VII.0) и MCU5TPU (MCUDВ50) и современного константного обеспечения. Моделирование нейтронно-физических характеристик установки произведено с учетом изменения внутренней структуры и температуры материалов микрокапсулированного топлива и топливного компакта, вызванных длительным облучением, миграцией осколков деления и газообразных химических соединений.

Ссылки

  1. Алексеев П.Н., Субботин С.А., Стукалов В.А., Щепетина Т.Д. Система атомных станций малой мощности как фактор национальной безопасности. // Академия энергетики. – 2015. – Т. 2. – № 64. – С. 74-79.
  2. Алексеев П.Н., Кухаркин Н.Е., Удянский Ю.Н., Щепетина Т.Д., Белов И.А., Субботин С.А., Седов А.А., Дудников А.А., Кашка М.М., Башаев В.В. Перспективные ЯЭУ с топливом на основе микротвэлов для атомных судов. // Атомная энергия. – 2005. – Т. 99. – Вып. 1. – С. 3-8.
  3. Гребенник В.Н., Кухаркин Н.Е., Пономарев’Степной Н.Н. Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы – инновационное направление развития атомной энергетики. – М.: Энергоатомиздат, 2008. – 136 с.
  4. Шаманин И.В. ВТГР с торийсодержащим ядерным топливом: нейтронно-физические преимущества. // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. – 2008. – № 11. – С. 48-52.
  5. 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.
  6. Prikhodko V.V., Arzhannikov A.V. Simulations of fusion Neutron Source based on the Axially Symmetric Mirror Trap for the Thorium Hybrid Reactor. // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – Vol. 1647. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1647/1/012004.
  7. Калин Б.А., Платонов П.А., Чернов И.И., Штромбах Я.И. Физическое материаловедение. Том 6. Часть 2. Ядерные топливные материалы. / Под общ. ред. Б.А. Калина. – М.: МИФИ. – 2008. – 604 с.
  8. Русинкевич А.А. Термодинамические эффекты в переносе продуктов деления в микротопливе при глубоких выгораниях: дисс. канд. техн. наук. – Москва: НИЦ «Курчатовский институт», 2016. – 135 с.
  9. Bedenko Sergey, Karengin Alexander, Ghal’Eh Nima, Alekseev Nikita, Knyshev Vladimir, Shamanin Igor Thermo-Physical Properties of Dispersion Nuclear Fuel for a New-Generation Reactors: A Computational Approach. // AIP Conference Proceedings. – 2019. – Vol. 2101. – No. 1. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5099594.
  10. Anikeev A.V., Bagryansky P.A., Beklemishev A.D., Ivanov A.A., Korobeinikova O.A., Kovalenko Yu.V., Lizunov A.A., Maximov V.V., Murakhtin S.V., Pinzhenin E.I., Prikhodko V.V., Savkin V.Ya., Soldatkina E. I., Solomakhin A.L., Yakovlev D. V., Zaytsev K. V. The GDT Experiment: Status and Recent Progress in Plasma Parameters. // Fusion Science and Technology. – 2015. – Vol. 68. – No. 1. – PP. 1-7.
  11. Yurov D.V., Prikhodko V.V., Tsidulko Yu.A. Nonstationary Model of an Axisymmetric Mirror Trap with Nonequilibrium Plasma. // Plasma Physics Reports. – 2016. – Vol. 42. – No. 3. – PP. 210-225.
  12. Arzhannikov A., Bedenko S., Shmakov V., Knyshev V., Lutsik I., Prikhodko V., Shamanin I. Gas-Cooled Thorium Reactor at Various Fuel Loadings and its Modification by a Plasma Source of Extra Neutrons. // Nuclear Science and Techniques. – 2019. – Vol. 30. – No. 12. – PP. 1-11. DOI: https://doi.org/10.1007/s41365-019-0707-y.
  13. Arzhannikov A.V., Shmakov V.M., Modestov D.G., Bedenko S.V., Prikhodko V.V., Lutsik I.O., Shamanin I.V. Facility to study Neutronic Properties of a Hybrid Thorium Reactor with a Source of Thermonuclear Neutrons based on a Magnetic Trap. // Nuclear Engineering and Technology. – 2020. – Vol. 52. – No. 11. – PP. 2460-2470.
  14. Проект MCU. Моделирование процесса переноса частиц методом Монте-Карло. Электронный ресурс: https://mcuproject.ru/rabout.html (дата доступа 15.08.2020).
  15. Hales J.D., Williamson R.L., Novascone S.R., Perez D.M., Spencer B.W., Pastore G. Multidimensional Multiphysics Simulation of TRISO Particle Fuel. // Journal of Nuclear Materials. – 2013. – Vol. 443. – PP. 531-543.
  16. Дегальцов Ю.Г., Пономарев’Степной Н.Н., Кузнецов В.Ф. Поведение высокотемпературного ядерного топлива при облучении. – М.:Энергоатомиздат, 1987. – 208 с.
  17. Ponomarev’Stepnoy, N.N., Makarov, V.M., Ivanov, A.S., Belov, I.A., Rusinkevich, A.A., Lindemer, T., McEachern, D., Razvi, J. Evaluation of the Thermodynamics of Deep Burnup HTGR Fuel with Plutonium Kernels. // Proc. of the IV-th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology, HTR 2008. – 2009. – Vol. 1. – PP. 257-262.
  18. Pazirandeh A., Ghaseminejad S., Ghaseminejad M. Effects of Various Spacer Grid Modeling on the Neutronic Parameters of the VVER-1000 Reactor. // Annals of Nuclear Energy. – 2011. – Vol. 38. – PP. 1978-1986.
  19. Шаманин И.В., Беденко С.В., Нестеров В.Н., Луцик И.О., Прец А.А. Решение системы многогрупповых уравнений переноса нейтронов в подкритических системах. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2017. – № 4. – С. 38-49. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2017.4.04.
  20. Miller G.K. Stresses in a Spherical Pressure Vessel Undergoing Creep and Dimensional Changes. // International Journal of Solids and Structures. – 1995. – Vol. 32. – No. 14. – PP. 2077-2093.
  21. Nappe J.C., Monnet I., Grosseau Ph., Audubert F., Guilhot B., Beauvy M., Benabdesselam M., Thome L. Structural Changes Induced by Heavy Ion Irradiation in Titanium Silicon Carbide. // Journal of Nuclear Materials. – 2011. – Vol. 409. – No. 1. – PP. 53-61.
  22. Katoh Yutai, Snead Lance L., Cheng Ting, Shih Chunghao, Daniel Lewis W., Koyanagi Takaaki, Hinoki Tatsuya, Henager Jr. Charles H., Ferrarisd Monica. Radiation-Tolerant Joining Technologies for Silicon Carbide Ceramics and Composites. // Journal of Nuclear Materials. – 2014. – Vol. 448. – No. 1-3. – PP. 497-511.
  23. Жаропрочный сплав на никелевой основе марки ХН55МВЦ-ВИ(ИД). Электронный ресурс: http://www.crism-prometey.ru/science/steel/heat-resistant-alloy-nickel-based-HN55MVTS-VI-for-high-power-plants-withgas-cooled.aspx. (дата доступа 15.08.2020).

реакторная система «синтез-деление» плазменный источник нейтронов критичность выгорающий поглотитель система управления и защиты