Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Гибридная реакторная установка синтез-деление: профилирование энерговыделения

23.09.2022 2022 - №03 Физика и техника ядерных реакторов

С.В. Беденко И.О. Луцик А.А. Матюшин С.Д. Полозков В.М. Шмаков Д.Г. Модестов В.В. Приходько А.В. Аржанников

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.3.04

УДК: 621.039.5

Текущее состояние исследований в области ядерной и термоядерной энергии с целью создания энергопроизводящих установок позволяет прогнозировать дальнейшее развитие современной энергетики в направлении гибридных систем. К таким гибридным системам можно отнести детально проработанный в России токамак с реакторными технологиями и системы с дополнительным источником нейтронов.

Станции по производству энергии с использованием токамаков и ускорителей с необходимым уровнем энергии протонов будут иметь исключительно большие размеры и мощность, и это отодвигает их сооружение в промышленном масштабе в отдаленное будущее. Проводимые исследования направлены на развитие малой генерации и имеют перспективу выхода в область энергетического использования в более короткий срок. Исследуемая в работе гибридная реакторная установка состоит из осесимметричной сборки топливных блоков высокотемпературного газоохлаждаемого реактора и плазменного источника дополнительных нейтронов линейной конфигурации. В работе демонстрируются результаты оптимизационных плазменно-физических, теплофизических и газодинамических исследований, цель которых – нивелировать перекосы поля энерговыделения, формирующиеся в объеме мультиплицирующей части установки за счет импульсного режима работы плазменного источника D-T-нейтронов. Исследования по увеличению «яркости» источника и моделирование режимов его работы выполнены в программах DOL и PRIZMA. Теплофизическая оптимизация и газодинамические расчеты проведены с применением верифицированных программных кодов SERPENT и FloEFD.

Расчёты выполнены на высокопроизводительном кластере Томского политехнического университета.

Ссылки

  1. Атомная энергия 2.0. Росатом планирует расширить исследования в области термоядерных и плазменных технологий. Электронный ресурс: https://www.atomic-energy.ru/news/2022/03/04/122518 (дата доступа 27.04.2022).
  2. AtomInfo. MYRRHA – последние новости. Электронный ресурс: http://atominfo.ru/newsz03/a0200.htm (дата доступа 27.04.2022).
  3. Abderrahim H.A., Kupschus P., Malambu E. et al. MYRRHA: A Multipurpose Accelerator Driven System for Research & Development. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2001. – Vol. 463 (3). – PP. 487-494. DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)00164-4 .
  4. Wu Y. Design and R&D Progress of China Lead-Based Reactor for ADS Research Facility.// Engineering. – 2016. – Vol. 2 (1). – PP. 124-131. DOI: https://doi.org/10.1016/J.ENG.2016.01.023 .
  5. Salvatores M., Orsitto F., Carta M. et al. An Approach to the Experimental Validation of the Fission Multiplying Blanket of Hybrid Fusion Fission Systems. // Annals of Nuclear Energy. – 2021. – Vol. 157. – No 108055. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.108055 .
  6. Ananyev S.S., Ivanov B.V. and Kuteev B.V. Analysis of Promising Technologies of DEMO-FNS Fuel Cycle. // Fusion Engineering and Design. – 2020. – Vol. 161. – No 111940. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2020.111940 .
  7. Arzhannikov A.V., Shmakov V.M., Modestov D.G. et al. 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 (11). – PP. 2460-2470. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2020.05.003 .
  8. Arzhannikov A., Bedenko S., Shmakov V. et al. 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 (12). – PP. 1-11. DOI: https://doi.org/10.1007/s41365-019-0707-y .
  9. Bedenko S.V., Arzhannikov A.V., Lutsik I.O. et al. Maintaining the Close-to-Critical State of Thorium Fuel Core of Hybrid Reactor Operated Under Control by DT Fusion Neutron Flux. // Nuclear Engineering and Technology. – 2021. – Vol. 53 (6). – PP. 1736-1746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2020.11.026 .
  10. Красильников А.В., Коновалов С.В., Бондарчук Э.Н. и др. Токамак с реакторными технологиями (TRT): концепция, миссии, основные особенности и ожидаемые характеристики. // Физика плазмы. – 2021. – T. 47 (11). – С. 970-985. DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292121110196 .
  11. Shmelev A.N., Kulikov G.G., Kurnaev V.A. et al. Hybrid Fusion-Fission Reactor with a Thorium Blanket: Its Potential in the Fuel Cycle of Nuclear Reactors. // Physics of Atomic Nuclei. – 2015. – Vol. 78 (10). – PP. 1100-1111. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063778815100117 .
  12. Moir R.W., Martovetsky N.N., Molvik A.W., Ryutov D. and Simonen T.C. Mirror-Based Hybrids of Recent Design. / In AIP Conference Proceedings. – American Institute of Physics, 2012. – Vol. 1442 (1). – PP. 43-54. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4706853 .
  13. Arzhannikov A.V., Anikeev A.V., Beklemishev A.D. et al. Subcritical Assembly with Thermonuclear Neutron Source as Device for Studies of Neutron-Physical Characteristics of Thorium Fuel. / In AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing LLC, 2016. – Vol. 1771 (1). – No 090004. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4964246 .
  14. Беденко С.В., Луцик И.О., Матюшин А.А. и др. Гибридная реакторная установка «синтез-деление»: нейтронные исследования. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 4. – С. 31-41. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.4.03 .
  15. Gudowski W., Arzhanov V., Broeders C. et al. Review of the European project – Impact of Accelerator-Based Technologies on Nuclear Fission Safety (IABAT). // Progress in Nuclear Energy. – 2001. – Vol. 38 (1-2). – PP. 135-151. DOI: https://doi.org/10.1016/S0149-1970(00)00099-8 .
  16. Knaster J., Arbeiter F., Cara P. et al. IFMIF, the European-Japanese Efforts Under the Broader Approach Agreement Towards a Li (d, xn) Neutron Source: Current Status and Future Options. // Nuclear Materials and Energy. – 2016. – Vol. 9. – PP. 46-54. DOI: https://doi.org/10.1016/J.NME.2016.04.012 .
  17. Prikhodko V.V. and Arzhannikov A.V. Simulations of Fusion Neutron Source Based on the Axially Symmetric Mirror Trap for the Thorium Hybrid Reactor. // In Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2020. – Vol. 1647(1). – No 012004. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1647/1/012004 .
  18. Шаманин И.В., Беденко С.В., Чертков Ю.Б., Губайдулин И.М. Газоохлаждаемый ядерный реактор с ториевым топливом на основе топливного блока унифицированной конструкции. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2015. – № 3. – С. 124-134. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2015.3.13 .
  19. Bedenko S.V., Ghal’Eh N., Lutsik I.O. and Shamanin I.V. A Fuel for Generation IV Nuclear Energy System: Isotopic Composition and Radiation Characteristics. // Applied Radiation and Isotopes. – 2019. – Vol. 147. – PP. 189-196. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2019.03.005 .
  20. Yurov D.V., Prikhodko V.V. and Tsidulko Y.A. Nonstationary Model of an Axisymmetric Mirror Trap with Nonequilibrium Plasma. // Plasma Physics Reports. – 2016. – Vol. 42 (3). – PP. 210-225. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063780X16030090 .
  21. Anikeev A.V., Prikhodko V.V. and Yurov D.V. Parameters of a Fusion Neutron Source Based on the Recent GDT Experimental Data and Possible Applications. // Fusion Science and Technology. –2015. –Vol. 68 (1). – PP. 70-75. DOI: https://doi.org/10.13182/FST14-863 .
  22. Kandiev Y.Z., Kashaeva E.A., Khatuntsev K.E. et al. PRIZMA Status. // Annals of Nuclear Energy. – 2015. – Vol. 82. – PP. 116-120. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.09.006 .
  23. Shaimerdenov A., Gizatulin S., Dyussambayev D. et al. Study on the Effect of Long-Term High Temperature Irradiation on TRISO Fuel. // Nuclear Engineering and Technology. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2022.02.026 .
  24. Bess J. & Fujimoto N. Benchmark Evaluation of Start-Up and Zero-Power Measurements at the High-Temperature Engineering Test Reactor. // Nuclear Science and Engineering. – 2014. – Vol. 178. – PP. 414-427. DOI: https://doi.org/10.13182/NSE14-14 .
  25. Bedenko S.V., Karengin A.G., Ghal’Eh N., Alekseev N. I., Knyshev V.V. and Shamanin I.V. Thermo-physical Properties of Dispersion Nuclear Fuel for a New-Generation Reactors: A Computational Approach. / In AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing LLC, 2019. – Vol. 2101 (1). – No 020002. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5099594 .

гибридная реакторная установка «синтез-деление» плазменный источник D-T-нейтронов профилирование энерговыделения температурное поле

Ссылка для цитирования статьи: Беденко С.В., Луцик И.О., Матюшин А.А., Полозков С.Д., Шмаков В.М., Модестов Д.Г., Приходько В.В., Аржанников А.В. Гибридная реакторная установка синтез-деление: профилирование энерговыделения. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2022. – № 3. – С. 42-52. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.3.04 .

Открыть PDF файл