Моделирование изотопной кинетики в системе с циркулирующим топливом на примере петли реактора МБИР

14.12.2022 2022 - №04 Топливный цикл и радиоактивные отходы

Д.С. Кузенкова В.Ю. Бландинский

https://doi.org/10.26583/npe.2022.4.05

Приведены результаты работы по моделированию изменения изотопного состава жидкосолевой топливной композиции, циркулирующей в экспериментальном канале реакторной установки МБИР.

Произведена проверка адаптации программной среды ISTAR для решения задач расчета энерговыделения в зонах с переменной мощностью. Для корректного усреднения плотности потока нейтронов и оценки времени прохождения топливной соли через внешний контур оценены характеристики петли, в том числе размеры двух вариантов промежуточного теплообменника и объем петлевого канала для каждого из них.

Рассматриваются две задачи моделирования системы (петли) с циркулирующим топливом:

– моделирование равновесного изотопного состава соли в системе с циркулирующим топливом;

– разработка методики моделирования нестационарной изотопной кинетики в петле реактора МБИР.

Моделирование нестационарной изотопной кинетики может быть реализовано в виде последовательного выгорания нуклидов в поле нейтронов (петля в активной зоне реактора) и выдержки во время движения во внешнем контуре.

Разработан алгоритм моделирования изменения изотопного состава топливной соли при циркуляции с учетом последовательного переноса заданного объема соли из зоны выгорания в зону за пределами активной зоны реактора и программное средство на языке программирования Python 3.9 с использованием модулей ПС ISTAR. Описана методика расчетов и представлены некоторые результаты расчетов с использованием разработанной программы.

В процессе работы с программой было выявлено, что при заданных временах нахождения топлива в каждой из зон (2 и 200 секунд) моделирование изменения изотопного состава на протяжении кампании топлива (500 суток) потребует расчета более 500 тысяч шагов. В целях сокращения времени счета исследуется возможность уменьшения количества вызовов программы нейтронно-физического расчета ввиду незначительного изменения изотопного состава топлива в петле за один шаг выгорания. Ведутся работы по оптимизации этого процесса.

Ссылки

1. Блинкин В.Л., Новиков В.М. Жидкосолевые ядерные реакторы. – М.: Атомиздат, 1978. – 112 c.
2. Новиков В.М., Слесарев И.С., Алексеев П.Н., Игнатьев П.Н., Субботин С.А. Ядерные реакторы повышенной безопасности (анализ концептуальных разработок). – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 348 c.
3. Игнатьев В.В., Кормилицын М.В., Кормилицына Л.А., Семченков Ю.М., Федоров Ю.С., Фейнберг О.С, Крюков О.В., Хаперская А.В. Жидкосолевой реактор для замыкания ядерного топливного цикла по всем актиноидам. // Атомная энергия. – 2018. – Т. 125. – Вып. 5. – С. 251-255. Электронный ресурс: http://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/2492/2469 (дата доступа 19.09.2022).
4. Драгунов Ю.Г., Третьяков И.Т., Лопаткин А.В., Романова Н.В., Лукасевич И.Б. Многоцелевой быстрый исследовательский реактор (МБИР) — инновационный инструмент для развития ядерных энерготехнологий. // Атомная энергия. – 2012. – Т. 113. – Вып. 1. – С. 25-28. Электронный ресурс: http://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/1355/1336 (дата доступа 19.09.2022).
5. Бландинский В.Ю., Кузенкова Д.С. Расчетное обоснование экспериментов с расплавленно-солевыми торий-урановыми топливными композициями в петле реактора МБИР. // Атомная энергия. – 2020. – Т. 128. – Вып. 5. – С. 254-258. Электронный ресурс: http://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/3180/4152 (дата доступа 19.09.2022).
6. Capelli E. Thermodynamic investigation of the LiF-ThF4 system. // The Journal of Chemical Thermodynamics – 2013. – Vol. 58. – PP. 110-116. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jct.2012.10.013 .
7. Benesh O., Konings R.J.M. Thermodynamic properties and phase diagrams of fluoride salts for nuclear applications. // Journal of Fluorine Chemistry. – 2009. – Vol. 130. – No. 1. – PP. 22-29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2008.07.014 .
8. Усынин Г.Б., Карабасов А.С., Чирков В.А. Оптимизационные модели реакторов на быстрых нейтронах. – М.: Атомиздат, 1981. – 232 с.
9. MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code. Version 5 / X-5 Monte Carlo Team. LA-UR-03-1987, LLC, 2008. Электронный ресурс: https://mcnp.lanl.gov/pdf_files/la-ur-03-1987.pdf (дата доступа 19.09.2022).
10. Дудников А.А. Программа моделирования изотопной кинетики в многокомпонентных структурах ядерной энергетики «ISTAR». / Свидетельство о государственной регистрации ПрЭВМ, рег. № 2020619218 от 13.08.2020. Электронный ресурс: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43889370 (дата доступа 19.09.2022).
11. Алексеевский Л.Д. Поиск возможной структуры стационарной системы будущей ядерной энергетики с замкнутым ядерным топливным циклом на основе исследования нуклидных балансов. // ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов. – 2008. – Вып. 2. – C. 21-26.
12. Blandinskiy V.Y., Dudnikov A.A. Calculations of Spent Fuel Isotopic Composition for Fuel Rod from VVER-440 Fuel Assembly Benchmark Using Several Evaluated Nuclear Data Libraries. // Kerntechnik. – 2018. – Vol. 83. – No. 4. – PP. 325-330. DOI: https://doi.org/10.3139/124.110917 .
13. Кузенкова Д.С., Бландинский В.Ю. Программа для расчета изотопной кинетики в системах с циркулирующим топливом на базе ПС ISTAR. / Свидетельство о государственной регистрации ПрЭВМ, рег. № 2022614236 от 17.03.2022. Электронный ресурс: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48139601 (дата доступа 19.09.2022).

МБИР жидкосолевая петля ISTAR моделирование циркуляции топливной соли нейтронно-физические характеристики

Ссылка для цитирования статьи: Кузенкова Д.С., Бландинский В.Ю. Моделирование изотопной кинетики в системе с циркулирующим топливом на примере петли реактора МБИР. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2022. – № 4. – С. 58-66. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.4.05 .