Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Численная спектрометрия нейтронного излучения топлива реактора ВВЭР-1200

30.06.2025 2025 - №02 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

С.В. Беденко Г.Н. Власкин С.Д. Полозков

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.2.10

УДК: 621.039.5

Для длительной и безаварийной работы реактора топливо модифицируют путем добавления различных гомогенных и гетерогенных соединений. Практическое применение получило уран-гадолиниевое топливо в гомогенном исполнении с аксиальным профилированием тепловыделяющих элементов. Исследуется возможность гетерогенного применения Gd2O3, ZrB2, Am2O3 и других выгорающих и легирующих добавок, которые позволяют сохранить теплопроводность топлива на уровне обычного оксидного топлива. Исследуемые модификации показывают удовлетворительное поведение под облучением при экстремально высокой температуре и предельном выгорании. Однако менее изученными остаются вопросы радиационной безопасности при обращении как со свежим, так и с отработавшим топливом. Проведена расчетная оценка нейтронной составляющей радиационных характеристик UO2-композиции с гетерогенным вариантом локализации микрокапсул natGd2O3 и Am2O3. Такой вариант исполнения не ухудшает теплопроводность топлива и положительно сказывается на ядерно-физических и теплофизических свойствах. Америций исследован не только в качестве возможной альтернативы Gd, но и с позиции утилизации в тепловых реакторах. Рассмотрено влияние Am на фотонную составляющую радиационных характеристик свежего топлива. Исследования выполнены с целью разработки процедур и регламентов обращения с новым топливом в процессе его изготовления и после облучения в реакторе. Исследования выполнены с применением верифицированных расчетных кодов программ Nedis-2m и MCNP6.2.

Ссылки

  1. Minato K., Shiratori T., Serizawa H., Hayashi K., Une K., Nogita K., Hirai M., Amaya M. Thermal conductivities of irradiated UO2 and (U,Gd)O2. Journal of Nuclear Materials. 2001;288(1):57–65. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-3115(00)00578-X
  2. Shelley A., Ovi M.H. Use of americium as a burnable absorber for VVER-1200 reactor. Nuclear Engineering and Technology. 2021;53(8):2454–2463. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2021.02.024
  3. Панов В.С., Лопатин В.Ю., Мякишева О.В., Еремеева Ж.В., Агеев Е.В., Алдажаров Т.М., Лизунов А.И. Оценка использования модифицирущих добавок для повышения производительности ядерного топлива в реакторе. Известия Юго-Западного государственного университета. 2017;21(2):48–59. DOI: https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-2-48-59
  4. Карпюк Л.А., Савченко А.М., Коновалов Ю.В., Кулаков Г.В., Маранчак С.В., Ершов С.А., Майников Е.В., Козлов А.В., Ижутов А.Л., Шишин В.Ю., Шельдяков А.А., Яковлев В.В. Особенности поведения дисперсионного топлива МЕТМЕТ под облучением. Вопросы материаловедения. 2022;Т.3(111):148–155. DOI: https://doi.org/10.22349/1994-6716-2022-111-3-148-155
  5. Tran H.-N., Hoang V., Liem P.H., Hoang H.T.P. Neutronics design of VVER-1000 fuel assembly with burnable poison particles. Nuclear Engineering and Technology. 2019;51(7):1729–1737. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2019.05.026
  6. Al’davakhra S., Savander V.I., Belousov I.N. Computational method for and analysis of the application of granular absorbers in VVER reactors. Atomic Energy. 2006;100(1):8–13. DOI: https://doi.org/10.1007/s10512-006-0042-3
  7. Андрианов А.Н., Баранов В.Г., Годин Ю.Г., Круглов В.Б., Тенишев А.В. Влияние нестехиометрии и легирования на теплопроводность диоксида урана. Перспективные материалы. 2003;6:43–49. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21260464 (дата обращения 20.02.2024).
  8. Баранов В.Г., Покровский С.А., Тенишев А.В., Хлунов А.В., Михеев Е.Н., Федотов А.В. Теплофизические свойства модифицированного оксидного ядерного топлива. Атомная энергия. 2011;110(1):36–40. URL: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/1988 (дата обращения 20.02.2024).
  9. Музафаров А.Р., Савандер В.И. Использование выгорающих поглотителей в реакторах типа ВВЭР для снижения доли запаса реактивности, компенсируемого жидкостной системой при удлиненных кампаниях. Глобальная ядерная безопасность. 2022;2:42–55. DOI: https://doi.org/10.26583/gns-2022-02-05
  10. Tran H.-N., Hoang H.T.P., Liem P.H. Feasibility of using Gd2O3 particles in VVER-1000 fuel assembly for controlling excess reactivity. Energy Procedia. 2017;131:29–36. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.09.442
  11. 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. Journal of Nuclear Science and Technology. 2009;46(7):673–676. DOI: https://doi.org/10.1080/18811248.2007.9711574
  12. 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;2:27–37. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.2.03
  13. Карпеева А.Е., Колосовский В.Г., Пахомов Д.С., Скомороха А.Е., Тимошин И.С. Способ оптимизации термической стабильности уран-гадолиниевого топлива. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2021;3:97–106. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.3.08
  14. Власкин Г.Н., Хомяков Ю.С. Спектры нейтронов (α, n)-реакции на толстых мишенях легких элементов. Атомная энергия. 2021;130(2):98–110. URL: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/4272 (дата обращения 20.02.2024).
  15. Vlaskin G. N., Khomyakov Y.S. Calculation of Neutron Production Rates and Spectra from Compounds of Actinides and Light Elements. The European Physical Journal Conferences. 2017;153(5):07033. DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/201715307033
  16. Власкин Г.Н., Хомяков Ю.С., Буланенко В.И. Выход нейтронов реакции (a, n) на толстых мишенях легких элементов. Атомная энергия. 2014;117(5):287–293. URL: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/998 (дата обращения 20.02.2024).
  17. Власкин Г.Н., Чванкин Е.В., Даренских О.Г., Дзекун Е.Г., Маркин Е.Г. Контроль выгорания топлива по собственному нейтронному излучению отработавших ТВС. Атомная энергия. 1993;74(5):437–438.
  18. Власкин Г.Н., Матвеев Л.В., Рогожкин В.Ю., Сидоренко В.Д. Нейтронное излучение отработавшего топлива ВВЭР-1000. Атомная энергия. 1989;67(3):219–220.
  19. Шаманин И.В., Буланенко В.И., Беденко С.В. Поле нейтронного излучения облученного керамического ядерного топлива различных типов. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2010;2:97–103. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_14933427_90386636.pdf (дата обращения 20.02.2024).
  20. Irkimbekov R.А., Vurim A.D., Bedenko S.V., Vlaskin G.N., Surayev A.S., Vityuk G.А., Vega-Carrillo, H.R. Estimating the neutron component of radiation properties of the IVG.1M research reactor irradiated low-enriched fuel. Applied radiation and isotopes. 2022;181:110094. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2021.110094
  21. Шаманин И.В., Беденко С.В., Павлюк А.О., Лызко В.А. Использование программы Origen-Arp при расчете изотопного состава отработанного топлива реактора ВВЭР-1000. Известия Томского политехнического университета. 2010;317(4):25–28.
  22. Plevaka M.N., Bedenko S.V., Gubaidulin I.M., Knyshev V.V. Neutron-physical studies of dry storage systems of promising fuel compositions. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2015;42(8):240–243. DOI: https://doi.org/10.3103/S1068335615080059
  23. 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;4:38–49. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2017.4.04
  24. Vlaskin G.N., Bedenko S.V., Ghal-Eh N., Vega-Carrillo H.R. Neutron yield and energy spectrum of 13C(alpha, n)16O reaction in liquid scintillator of KamLAND: A Nedis-2m simulation. Nuclear Engineering and Technology. 2021;53(12):4067–4071. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2021.06.023
  25. Писарев А.Н., Колесов В.В. Исследование переноса неопределенностей в ядерных данных на ядерные концентрации нуклидов в расчетах выгорания. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2020;2:108–121. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.2.10

реактор ВВЭР-1200 нейтронная спектрометрия (a, n)-реакция Nedis-2m америций фотонное излучение

Ссылка для цитирования статьи: Беденко С.В., Власкин Г.Н., Полозков С.Д. Численная спектрометрия нейтронного излучения топлива реактора ВВЭР-1200. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2025. – № 2. – С. 114-128. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.2.10 .

Открыть PDF файл