Влияние размещения выгорающего поглотителя на нейтронно-физические характеристики тепловыделяющей сборки ВВЭР-1200

15.06.2021 2021 - №02 Физика и техника ядерных реакторов

Р.А. Внуков В.В. Колесов И.А. Жаворонкова Я.А. Котов М.Р. Праманик

https://doi.org/10.26583/npe.2021.2.03

Оптимизация использования топлива в энергетическом реакторе является в настоящее время актуальной задачей. Но при этом поиску зависимостей между используемым обогащением, содержанием оксида гадолиния в твэгах и продолжительностью кампании в комплексе с оценкой эффективности использования твэгов с различным содержанием Gd2O3 уделяется мало внимания.

В работе рассматриваются варианты компоновки тепловыделяющих сборок для ВВЭР-1200, имеющих различное обогащение твэлов, твэгов и различное содержание оксида гадолиния в твэгах. Приводится сравнительный анализ сборок с гомогенным размещением Gd2 O3 в каждом твэге и размещением с профилированием Gd2O3. В последнем случае профилирование производится в зависимости от плотности потока нейтронов в гексагональном кольце, где размещаются твэги. Предполагается, что при расположении оксида гадолиния пропорционально плотности потока нейтронов нейтронно-физические характеристики ТВС улучшатся.

Результаты исследования получены с использованием многоцелевого трёхмерного программного комплекса SERPENT, реализующего метод Монте-Карло с непрерывным спектром энергии нейтронов. Сборки с параметрами для 12-месячного топливного цикла показали неэффективность данного метода в периоде свыше 300 эфф. сут. При увеличении обогащения и содержания оксида гадолиния использование профилированной версии оказывалось более рациональным для больших промежутков времени (вплоть до 900 эфф. сут). Таким образом, для реакторной кампании данное явление полагается релевантным, в то время как для топливной кампании оно оказывается несущественным. Отмечена сложная зависимость между содержанием гадолиния и урана в сборке и эффективным коэффициентом размножения для профилированной и исходной сборок. Эта зависимость нуждается в последующем детальном рассмотрении.

Ссылки

1. Abu Sondos M.A., Demin V.M. and Savander V.I. The Effect of Burnable Absorber (Gd and Eu) on the Neutron-Physics Characteristic of Fuel Assemblies of VVER-1000 Reactor. // IOP Conference Series: Journal of Physics: Conference Series. – 2019. DOI: https://doi.org/0.1088/1742-6596/1189/1/012003.
2. Абу Сондос М.А., Демин В.М., Савандер В.И. Снижение объема борного регулирования запаса реактивности при использовании выгорающего поглотителя на основе Gd2O3 в топливе реактора ВВЭР-1200. // Глобальная ядерная безопасность. – 2019. – №3 (32). – С. 56-65; DOI: https://doi.org/10.26583/gns-2019-03-06.
3. Абу Сондос М.А., Демин В.М., Смирнов А.Д. Сравнительный анализ нейтронных характеристик ядерного топлива производства Westinghouse и твэлов для реакторов типа ВВЭР-1000 по коду SERPENT. // Глобальная ядерная безопасность. – 2019. – № 2 (31). – С. 103-109; DOI: https://doi.org/10.26583/GNS-2019-02-12.
4. Frybortova L. Recommended Strategy and Limitations of Burnable Absorbers used in VVER Fuel Assemblies. // Nuclear Science and Technology. – 2019. – Vol. 30. – No. 8. – P. 14. DOI: https://doi.org/10.1007/s41365-019-0651-x.
5. Khoshahval F., Foroutan S. S., Zolfaghari A., Minuchehr H. Evaluation of Burnable Absorber Rods Effect on Neutronic Performance in Fuel Assembly of VVER-1000 Reactor.// Annals of Nuclear Engeneering. – 2016. – Vol. 87. – PP. 648-658. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2015.10.012.
6. Saad H.M., Refeat R., Aziz M., Mansour H. Effect of Axial Distribution of Gadolinium Burnable Poison in Advanced Pressurized Water Reactor Assembly. // Nuclear and Radiation Safety Journal. – 2019. – Vol. 84. – No. 4. – PP. 46-53. DOI: https://doi.org/10.32918/nrs.2019.4(84).06.
7. Iwasaki K., Matsui T., Yanai K., Yuda R., Arita Y., Nagasaki T., Yokoyama N., Tokura I., Une K., Harada K. Effect of Gd2O3 Dispersion on the Thermal Conductivity of UO2. //Nuclear Science and Technology. – 2009. – Vol. 46. – No.7. – PP. 673-676.
8. Сливин А.А., Аникин М.Н., Чертков Ю.Б. Возможность использования альтернативных выгорающих поглотителей в ядерных реакторах типа ВВЭР. // Сб. докл. конф. «Актуальные проблемы инновационного развития ядерных технологий», 21-25 марта 2016 г. – Северск: ФГАОУ ВПО «НИЯУ МИФИ», Северский технологический институт, 2016. – С. 51.
9. Крюков Ф.Н., Лядов Г.Д., Никитин О.Н. Исследование состояния топлива реакторов на тепловых нейтронах методом электронно-зондового микроанализа. // ВАНТ. Серия: Физика ядерных реакторов. – 2005. – Вып. 5. – C. 94-103.
10. SERPENT – MCRPBCC. Электронный ресурс: http://montecarlo.vtt.fi (дата доступа 06.11.2020).
11. 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 .
12. Stefanova S., Chantoin P. and Kolev I.G. VVER Reactor Fuel Performance. Modelling and Experimental Support. // Proceedings of the International Seminar held in St. Constantine, Varna, Bulgaria on 7-11 Nov. 1994. – Varna, Bulgaria, 1994. – 260 p. Электронный ресурс: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/031/28031101.pdf (дата доступа 06.11.2020).
13. Operation and Licensing of Mixed Cores in Water Cooled Reactors. – Vienna: IAEA, 2013. – 90 p. (IAEA-TECDOC series, ISSN 1011-4289; no. 1720). Электронный ресурс: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TE-1720_web.pdf (дата доступа 06.11.2020).
14. Advanced Fuel Pellet Materials and Fuel Rod Design for Water Cooled Reactors. // Proceedings of the Technical Committee Meeting on 23-26 Nov. 2009. – Villigen: IAEA, 2009. – 241 p. Электронный ресурс: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/te_1654_web.pdf (дата доступа 06.11.2020).
15. Status Report for Advanced Nuclear Reactor Designs – Report 108 «VVER-1200 (V491) (VVER-1200 (V-491))», International Atomic Energy Agency. – Vienna, Austria: IAEA,
16. – 32 p. Электронный ресурс: http://www.iaea.org/NuclearPower/Downloadable/aris/2013/36.VVER-1200(V-491).pdf (дата доступа 06.11.2020).

выгорающий поглотитель оптимальное размещение тепловыделяющая сборка плотность потока нейтронов метод Монте-Карло

Ссылка для цитирования статьи: Внуков Р.А., Колесов В.В., Жаворонкова И.А., Котов Я.А., Праманик М.М. Влияние размещения выгорающего поглотителя на нейтронно-физические характеристики тепловыделяющей сборки ВВЭР-1200. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 2. – С. 27-37. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.2.03 .