BR112018074974B1

BR112018074974B1 - FUEL COMPOSITION FOR WATER-COOLED REACTORS OF NUCLEAR THERMOELECTRIC PLANTS

Info

Publication number: BR112018074974B1
Application number: BR112018074974-5A
Authority: BR
Inventors: Boris Yakovlevich Zil'berman; Nikolaj Dmitrievich Goletskij; Nikita Vladimirovich Kovalyov; Andrej Borisovich Sinyukhin
Original assignee: Akcionernoe Obshchestvo ''radievyy Institut Imeni V.G. Khlopina''
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2023-09-19

Abstract

A invenção refere-se ao campo das tecnologias nucleares e, em particular, ao combustível das centrais térmicas nucleares. Propõe-se uma composição de combustível compreendendo uma mistura de plutônio recuperado e urânio enriquecido sob a forma de óxidos, caracterizada por o urânio enriquecido e o plutônio regenerado serem utilizados como urânio enriquecido, com uma razão componente determinada pelo potencial energético igual ao potencial da central nuclear recém-preparada de urânio natural enriquecido carregamento do núcleo do reator até 100%. As possíveis variantes da mistura destes componentes, incluindo o ciclo irrestrito do plutónio e do urânio regenerados secundários, são reivindicados. O uso da composição proposta permite aproveitar ao máximo o potencial energético do urânio e do plutônio, incluindo o CNG acumulado, e reduzir drasticamente o volume de instalações de armazenamento, até o seu descomissionamento, e simplificar significativamente a logística e tecnologia de fabricação de combustível nuclear a partir dos materiais regeneradosThe invention relates to the field of nuclear technologies and, in particular, to fuel for nuclear thermal power plants. A fuel composition is proposed comprising a mixture of recovered plutonium and enriched uranium in the form of oxides, characterized in that the enriched uranium and the regenerated plutonium are used as enriched uranium, with a component ratio determined by the energy potential equal to the potential of the plant Freshly prepared nuclear enriched natural uranium reactor core loading up to 100%. Possible variants of mixing these components, including unrestricted cycling of secondary regenerated plutonium and uranium, are claimed. The use of the proposed composition makes it possible to make the most of the energy potential of uranium and plutonium, including the accumulated CNG, and drastically reduce the volume of storage facilities, up to their decommissioning, and significantly simplify the logistics and technology of manufacturing nuclear fuel from regenerated materials

Description

[0001] A invenção refere-se ao campo das tecnologias nucleares e, em particular, ao combustível das centrais térmicas nucleares.[0001] The invention relates to the field of nuclear technologies and, in particular, to fuel for nuclear thermal power plants.

[0002] Atualmente, reatores nucleares refrigerados a água, a maioria dos quais são reatores de pressão (PWR, VVER), são carregam com uma composição de combustível de dióxido de urânio UO2 contendo 3,5-5% do isótopo 235U (3050 kg / ton U) para reatores sob pressão. Isso é necessário para garantir uma queima média de combustível nuclear gasto (CNG) de 30-50 GWt*dia/t de MP (metais pesados + produtos de fissão - PF) na carga com uma tendência de aumento para 70 GWt*dia/t de MP. Tal esgotamento elevado é conseguido por relocação CNG racional ao longo das zonas do reator, e o número de tais sobrecargas anuais ou um ano e meio do intervalo de reabastecimento do reator de 1 a 1,5 anos aumenta com o aumento no esgotamento.[0002] Currently, water-cooled nuclear reactors, most of which are pressure reactors (PWR, VVER), are loaded with a fuel composition of uranium dioxide UO2 containing 3.5-5% of the isotope 235U (3050 kg / ton U) for pressure reactors. This is necessary to ensure an average spent nuclear fuel (CNG) burn of 30-50 GWt*day/t of PM (heavy metals + fission products - PF) in the load with an increasing trend to 70 GWt*day/t of MP. Such high depletion is achieved by rational CNG relocation throughout the reactor zones, and the number of such annual overloads or one and a half year reactor refueling interval of 1 to 1.5 years increases with the increase in depletion.

[0003] Atualmente, o VVER-1000 CNG com um enriquecimento inicial de 4,6% (46,0 kg / ton) de 235U e uma queima de 47 GWt*dia/ton contém 11,9 kg/ton de 235U com 6,2 kg/ton de 236U que é um absorvedor de neutrões moderado e 12,3 kg/t Pu, incluindo 8,4 kg/ton da soma dos isótopos ímpares (físseis) 239 + 241Pu. Excluindo a compensação de isótopos pares, o potencial energético dos isótopos de fissão equivale para o CNG VVER e PWR-1300 ~ 30-35% do isótopo inicial, que em princípio permite o uso de tais materiais repetidamente após o reprocessamento do CNG para Usinas nucleares. No entanto, para isso, existem vários tipos de limitações tanto no projeto do reator quanto na proteção biológica na fabricação de combustível recuperado para reatores. Ao mesmo tempo, nos reatores RBMK-1000 e VVER-1000 parcialmente usam urânio recuperado do CNG de reatores de transporte e pesquisa, que tem um aumento preliminar de enriquecimento; há informações sobre a produção de um lote piloto de combustível para o reator RBMK de urânio enriquecido, recuperado da VVER CNG (PWR). O combustível regenerado de urânio-plutônio misto em reatores pressurizados é parcialmente usado apenas na França, neste caso o urânio e o plutônio sendo separados durante o reprocessamento de CNG.[0003] Currently, VVER-1000 CNG with an initial enrichment of 4.6% (46.0 kg/ton) of 235U and a burn of 47 GWt*day/ton contains 11.9 kg/ton of 235U with 6 .2 kg/ton of 236U which is a moderate neutron absorber and 12.3 kg/t Pu, including 8.4 kg/ton of the sum of the odd (fissile) isotopes 239 + 241Pu. Excluding even isotope compensation, the energy potential of fission isotopes amounts for CNG VVER and PWR-1300 ~ 30-35% of the initial isotope, which in principle allows the use of such materials repeatedly after CNG reprocessing for nuclear power plants . However, to achieve this, there are several types of limitations in both reactor design and biological protection in the manufacture of recovered reactor fuel. At the same time, in the RBMK-1000 and VVER-1000 reactors partially use uranium recovered from CNG from transport and research reactors, which has a preliminary increase in enrichment; there is information about the production of a pilot batch of fuel for the RBMK reactor from enriched uranium, recovered from VVER CNG (PWR). Mixed uranium-plutonium regenerated fuel in pressurized reactors is only partially used in France, in this case the uranium and plutonium being separated during CNG reprocessing.

[0004] O plutónio de composição isotópica especificada ou similar com um teor na composição do combustível com um teor de 60 a 90 kg / t é utilizado como óxido misto (1,5-2,5 kg / t 235U) de óxido de combustível (MOKS) misturado com urânio empobrecido, % da área obsoleta do reator PWR-900, que é 40% da capacidade de energia das usinas nucleares da França, ou seja, o uso de plutônio regenerado produz aproximadamente ~ 12% da eletricidade gerada por usinas nucleares. Para este propósito, o CNG dos reatores PWR-900 e PWR-1300 é reprocessado na planta UP-2 na França. O urânio recuperado recupera e enriquece experimentalmente com o carregamento do núcleo ativo (A3) de dois reatores (3% da capacidade) com a perspectiva de aumentar para 20-25% da capacidade dentro de 5 anos devido ao acumulado regenerado dos anos anteriores. O CNG dos materiais regenerados não é processado em série.[0004] Plutonium of specified isotopic composition or similar with a content in the fuel composition with a content of 60 to 90 kg / t is used as mixed oxide (1.5-2.5 kg / t 235U) fuel oxide (MOKS) mixed with depleted uranium, % of the obsolete area of the PWR-900 reactor, which is 40% of the energy capacity of French nuclear power plants, i.e. the use of regenerated plutonium produces approximately ~ 12% of the electricity generated by power plants nuclear. For this purpose, CNG from the PWR-900 and PWR-1300 reactors is reprocessed at the UP-2 plant in France. The recovered uranium recovers and enriches experimentally by charging the active core (A3) of two reactors (3% of capacity) with the prospect of increasing to 20-25% of capacity within 5 years due to accumulated regenerated from previous years. The CNG from regenerated materials is not serially processed.

[0005] Os cálculos que comprovam a possibilidade de um carregamento parcial pelo combustível MOKS de A3 dos reatores VVER-1000, dão uma imagem semelhante, pelo que esta decisão ainda não encontrou aplicação nas centrais nucleares russas.[0005] Calculations proving the possibility of partial loading by MOKS fuel of A3 from VVER-1000 reactors give a similar picture, so this decision has not yet found application in Russian nuclear power plants.

[0006] Uma séria complicação adicional na implementação do programa para o uso de materiais regenerados é a necessidade de fabricar combustível deles em equipamentos de proteção (incluindo o enriquecimento de urânio regenerado) devido à alta toxicidade do plutônio e à forte radiação gama de actinidas filhas como subprodutos de reações nucleares.[0006] A serious additional complication in implementing the program for the use of regenerated materials is the need to manufacture fuel from them in protective equipment (including the enrichment of regenerated uranium) due to the high toxicity of plutonium and the strong gamma radiation of daughter actinides as byproducts of nuclear reactions.

[0007] Para superar a falha acima, propusemos uma composição de combustível do tipo REMIX-B, que permite a utilização completa e simultânea do urânio e plutônio re-cuperados separados de CNG a uma carga de 100% da zona do reator (Patente RU n° 2 537 013, 20.06.2014, Bul. No. 17). Isto é conseguido porque urânio regenerado enriquecido ou sua mistura com urânio natural enriquecido é introduzida na composição de óxido de combustível baseada no plutônio regenerado, em uma razão componente determinada pelo po-tencial energético igual ao potencial do combustível re- cém-preparado da usina nuclear de urânio natural enrique-cido, fornecendo 100% de carga do núcleo do reator. A com-posição do combustível pode consistir numa mistura de plu-tónio e urânio recuperados contendo 5,25% Pu e urânio en-riquecido de 3,45% 235 U, 2,23% 236 U e 1,3 * 10-6% 232 U (os restantes 238 U) em saldo recuperado do CNG da VVER, ao qual, para enriquecer o potencial energético, foi adicionado um pequeno enriquecimento de urânio, em particular o urânio regenerado enriquecido com 17% 235 U, isolado durante o processamento de CNG de reatores de transporte ou investigação. O combustível é usado uma vez sem andar de reciclagem. Devido a esta composição, ~ 20% do número total de instalações de reatores no ciclo de combustível nuclear é ocupado por esse combustível, e os 80% restantes são empregados em urânio enriquecido e geram CNG, que é usado para a produção de combustível REMIX-B. Nós tomamos este método como um protótipo.[0007] To overcome the above shortcoming, we have proposed a REMIX-B type fuel composition, which allows the complete and simultaneous utilization of the re-recovered uranium and plutonium separated from CNG at a load of 100% of the reactor zone (UK Patent No. 2 537 013, 20.06.2014, Bul. No. 17). This is achieved because enriched regenerated uranium or its mixture with enriched natural uranium is introduced into the fuel oxide composition based on regenerated plutonium, in a component ratio determined by the energy potential equal to the potential of the newly prepared nuclear power plant fuel. of enriched natural uranium, providing 100% reactor core charge. The fuel composition may consist of a mixture of recovered plutonium and uranium containing 5.25% Pu and enriched uranium of 3.45% 235 U, 2.23% 236 U and 1.3 * 10-6 % 232 U (the remaining 238 U) in balance recovered from VVER's CNG, to which, to enrich the energy potential, a small uranium enrichment was added, in particular the regenerated uranium enriched with 17% 235 U, isolated during processing of CNG from transport or research reactors. The fuel is used once without recycling. Due to this composition, ~20% of the total number of reactor installations in the nuclear fuel cycle are occupied by this fuel, and the remaining 80% are employed in enriched uranium and generate CNG, which is used for the production of REMIX-fuel. B. We take this method as a prototype.

[0008] O termo "potencial energético igual" está implícito a quantidade de energia (queima, GWt*dia/t de MP) que pode produzir combustível nuclear em um determinado tipo de reator antes da perda de reatividade (capacidade de manter uma reação em cadeia) quando toda a zona do reator ou certa parte é carregada, que é determinado pelo equilíbrio de neutrões e suas características. Isso é assegurado por um certo conteúdo de nuclídeos físseis (isótopos ímpares de urânio e plutônio) com compensação pelos eles contidos até mesmo desses elementos que absorvem nêutrons. Portanto, o combustível dos materiais regenerados é formalmente mais enriquecido nos isótopos físseis que o combustível de origem das usinas nucleares de urânio natural enriquecido. O combustível nuclear do urânio natural enriquecido freqüentemente contém aditivos de uma ou outra quantidade de um moderador, isto é, um absorvente de excesso de nêutrons no início de um intervalo de reabastecimento; tal é o gadolínio no reator VVER-1000. No combustível dos materiais regenerados, o papel dos moderadores é desempenhado pelos isótopos pares de urânio e plutônio. Tendo uma necessidade, um ajuste fino da composição da composição é conseguido introduzindo nela uma quantidade menor de urânio natural enriquecido.[0008] The term "equal energy potential" implies the amount of energy (burning, GWt*day/t of MP) that can produce nuclear fuel in a given type of reactor before the loss of reactivity (ability to maintain a reaction at chain) when the entire reactor zone or a certain part is charged, which is determined by the neutron balance and its characteristics. This is ensured by a certain content of fissile nuclides (odd isotopes of uranium and plutonium) with compensation for them contained even those elements that absorb neutrons. Therefore, the fuel from regenerated materials is formally more enriched in fissile isotopes than the original fuel from enriched natural uranium nuclear plants. Enriched natural uranium nuclear fuel often contains additives of one or another amount of a moderator, that is, an absorber of excess neutrons at the beginning of a refueling interval; such is the gadolinium in the VVER-1000 reactor. In the fuel of regenerated materials, the role of moderators is played by paired isotopes of uranium and plutonium. If necessary, fine-tuning the composition of the composition is achieved by introducing a smaller amount of enriched natural uranium into it.

[0009] Ao mesmo tempo, deve-se notar que o combus-tível MOKS clássico não é um combustível equipotencial de urânio natural enriquecido, uma vez que é operado de acordo com um esquema especial com um conteúdo aumentado de plutônio, proporcionando uma queima final igual. Além disso, apenas 30-40% da segunda geração da zona do reator com excesso de reatividade pode ser carregada com esse combus-tível (o PWR-900 mencionado acima, na França).[0009] At the same time, it should be noted that the classic MOKS fuel is not an enriched natural uranium equipotential fuel, since it is operated according to a special scheme with an increased content of plutonium, providing a final burn equal. Furthermore, only 30-40% of the second generation reactor zone with excess reactivity can be charged with this fuel (the PWR-900 mentioned above, in France).

[0010] Cálculos de composições de combustível equi- potenciais em relação a certas zonas de reatores são rea-lizados usando códigos padrão da IAEA (por exemplo, LA-UR = 03-1987. MCNP - A General Monte Carlo Code, Version 5). As desvantagens do combustível misturado REMIX-B baseado no protótipo se devem em grande parte às características dosimétricas do processo de produção de seus componentes a partir do urânio regenerado, assim como o próprio combustível, associado ao acúmulo dos nuclídeas filhas do urânio-232 gerados no reator VVER (PWR) sob a irradiação do urânio-235. no combustível. O fator limitante é o acúmulo e decaimento da filha tório-228 com uma cadeia de produtos de decaimento de curta gama emissores os produtos de decaimento alfa. Com a concentração de urânio-232 no nível de 12-15 ppb neste caso, o tempo para trabalho manual com o material em equipamento de luva sem proteção pesada é limitado por um período de aproximadamente 10 dias, isto é, após cada transporte ferroviário, trens especiais exigem uma re-purificação completa de tal produto de urânio. Portanto, a fabricação de combustível a partir desse material é melhor organizada pela tecnologia mais simples no lugar do enriquecimento isotópico de urânio sem transporte para a fábrica onde o combustível contendo plutônio é fabricado no equipamento de proteção, bem como sem transporte para a usina de enriquecimento de dióxido de dióxido de energia purificada, o que é indesejável em termos de requisitos de segurança. Ao mesmo tempo, a produção de combustível misto para 100% da carga da zona do reator VVER (PWR) permanece em demanda. Outra desvantagem da composição de REMIX-B é a incapacidade de aumentar a concentração de plutónio mais que de ~ 5,5,5%, devido a desequilíbrio com o urânio regenerado, cujo excesso resulta no aparecimento de uma segunda composição a ser descartada no reator como combustível.[0010] Calculations of equipotential fuel compositions in relation to certain reactor zones are performed using IAEA standard codes (e.g., LA-UR = 03-1987. MCNP - A General Monte Carlo Code, Version 5) . The disadvantages of the REMIX-B blended fuel based on the prototype are largely due to the dosimetric characteristics of the production process of its components from regenerated uranium, as well as the fuel itself, associated with the accumulation of uranium-232 daughter nuclides generated in the VVER reactor (PWR) under uranium-235 irradiation. in the fuel. The limiting factor is the accumulation and decay of the daughter thorium-228 with a chain of short-range decay products emitting the alpha decay products. With the concentration of uranium-232 at the level of 12-15 ppb in this case, the time for manual work with the material in glove equipment without heavy protection is limited to a period of approximately 10 days, i.e. after each rail transport, Special trains require a complete re-purification of such uranium product. Therefore, the manufacture of fuel from this material is best organized by the simplest technology in place of isotopic enrichment of uranium without transportation to the factory where plutonium-containing fuel is manufactured in protective equipment, as well as without transportation to the enrichment plant of purified energy dioxide dioxide, which is undesirable in terms of safety requirements. At the same time, mixed fuel production for 100% of the VVER reactor zone load (PWR) remains in demand. Another disadvantage of the REMIX-B composition is the inability to increase the plutonium concentration more than ~5.5.5%, due to imbalance with the regenerated uranium, the excess of which results in the appearance of a second composition to be discarded in the reactor. as fuel.

[0011] Deve notar-se que estas deficiências podem ser parcialmente superadas com desenvolvimento de abordagens anteriores para essa tarefa, aumentando a composição de uma composição com alto teor de plutônio com uma maior quantidade de 235U com uma diminuição no conteúdo de urânio regenerado se essa alimentação for considerada fora da li- gação a um ciclo específico de combustível nuclear com re-atores em nêutrons térmicos (Pavlovichev A.M., Pavlov V.I., Semchenkov Yu.M., Fedorov Yu.S., Bibichev B.A., Zil- berman B.Ya. Características físicas do nêutron do núcleo do reator VVER-1000 com 100% de carga de combustível a partir de uma mistura de urânio regenerado, plutónio e urânio enriquecido. Energia atômica, 2008, T. 104, M 4, c. 196-198; Youinou G., Delpech M., Guillet J.L., Puil A., Aniel S. Plutonium Management and Multirecycling in LWRs Using an Enriched Uranium Support. Proc. Int. Conf. Glo- bal'99, (USA, 1999)). Este tipo de composição, proposto por especialistas franceses para fornecer pelo menos incompletos (de acordo com os nossos cálculos) o carregamento A3 PWR-1300 de combustível misto, foi nomeado por eles combustível MIKS (combustível MIX). Essas obras foram aceitas por nós como análogos. Deve ser notado que nestes análogos o problema de limitar o efeito prejudicial do u- rânio-232 não está sendo resolvido, desde que em tal combustível o urânio regenerado está presente, e a concentração de mesmo isótopos de urânio aumenta como estes combustíveis são ciclados.[0011] It should be noted that these deficiencies can be partially overcome by developing earlier approaches to this task, increasing the composition of a high plutonium composition with a greater amount of 235U with a decrease in the regenerated uranium content if this power supply is considered outside of connection to a specific nuclear fuel cycle with thermal neutron reactors (Pavlovichev A.M., Pavlov V.I., Semchenkov Yu.M., Fedorov Yu.S., Bibichev B.A., Zilberman B.Ya . Physical characteristics of the neutron core of the VVER-1000 reactor with 100% fuel load from a mixture of regenerated uranium, plutonium and enriched uranium. Atomic Energy, 2008, T. 104, M 4, c. 196-198 ; Youinou G., Delpech M., Guillet J.L., Puil A., Aniel S. Plutonium Management and Multirecycling in LWRs Using an Enriched Uranium Support. Proc. Int. Conf. Global'99, (USA, 1999)). This type of composition, proposed by French experts to provide at least incomplete (according to our calculations) mixed-fuel A3 PWR-1300 loading, was named by them MIKS fuel (MIX fuel). These works were accepted by us as analogues. It should be noted that in these analogues the problem of limiting the harmful effect of uranium-232 is not being solved, since in such fuel regenerated uranium is present, and the concentration of even uranium isotopes increases as these fuels are cycled.

[0012] O objetivo da invenção reivindicada é o de-senvolvimento de uma composição de combustível sob o nome convencional MIKS-B, que permite utilizar simultaneamente o plutónio e o urânio recuperados separados da CNG sem estas complicações. Ao fazê-lo, deve combinar os aspectos positivos do protótipo e dos análogos. Deve também ser en-fatizado que o assunto da presente invenção é a combinação anteriormente não usada dos ingredientes da composição de combustível, uma vez que sua composição exata depende do tipo e modo de operação do reator no qual é carregada, e é um pouco corrigida como resultado de testes de reatores obrigatórios e experiência adquirida, o que permite fazer alguns esclarecimentos nos códigos de trabalho disponíveis em cada empresa que produz combustível nuclear.[0012] The objective of the claimed invention is the development of a fuel composition under the conventional name MIKS-B, which allows the simultaneous use of plutonium and uranium recovered separated from CNG without these complications. In doing so, it must combine the positive aspects of the prototype and analogues. It should also be emphasized that the subject of the present invention is the previously unused combination of the ingredients of the fuel composition, since its exact composition depends on the type and mode of operation of the reactor into which it is charged, and is somewhat corrected. as a result of mandatory reactor testing and experience gained, which makes it possible to make some clarifications in the working codes available at each company that produces nuclear fuel.

[0013] Resultado técnico é conseguido através de uma composição de combustível para a central nuclear arrefecido a água reator térmico que compreende uma mistura de óxidos de plutónio, urânio recuperado durante o processamento de combustível nuclear usado esses reatores, e urânio enriquecido, caracterizado pelo fato de proporcionar uma carga de 100% do núcleo do reator que contém enriquecido urânio natural com uma razão entre o plutónio recuperado com o fornecimento de energia potencial igual de combustível preparado na hora de urânio natural, ao passo que o urânio regenerado enriquecido incluído numa composição aplicada a plantas nucleares, não contendo plutónio e também fornece energia potencial igual de combustível com urânio natural enriquecido fresco, o ciclismo transversal não confinado tanto materiais regeneradas em tais composições.[0013] Technical result is achieved through a fuel composition for the water-cooled nuclear power plant thermal reactor comprising a mixture of plutonium oxides, uranium recovered during the processing of nuclear fuel used in these reactors, and enriched uranium, characterized by the fact to provide a 100% load of the reactor core containing enriched natural uranium with a ratio of the recovered plutonium to the equal potential energy supply of freshly prepared natural uranium fuel, whereas the enriched regenerated uranium included in an applied composition to nuclear plants, not containing plutonium and also provides equal fuel potential energy with fresh enriched natural uranium, transverse cycling not confined both regenerated materials in such compositions.

[0014] Uma composição de combustível para reatores nucleares refrigerados a água das usinas nucleares em que o urânio regenerado separado da composição reivindicada irradiada após o intervalo de reabastecimento do reator é incluída na composição total do urânio recuperado, enquanto o plutónio separado da composição irradiada do urânio regenerado é incluído na composição da composição reivin-dicada.[0014] A fuel composition for water-cooled nuclear reactors of nuclear power plants in which the regenerated uranium separated from the claimed composition irradiated after the reactor refueling interval is included in the total composition of the recovered uranium, while the plutonium separated from the irradiated composition of the Regenerated uranium is included in the composition of the claimed composition.

[0015] Para o reator VVER-1000/1200 com queima padrão de CNG 47 GWt*dia/ton e intervalo de reabastecimento de 504 dias entre sobrecargas CNG, a composição mista de combustível contém plutônio regenerado de 5 a 12% com teor de urânio enriquecido de 3,5 a 2% 235U de origem natural e fornecendo um potencial de energia igual com combustível fresco de urânio natural enriquecido com 4,6% 235U ou outro conteúdo 235U, adotado no ciclo de combustível dos reatores VVER-1000/1200.[0015] For the VVER-1000/1200 reactor with standard CNG burn 47 GWt*day/ton and refueling interval of 504 days between CNG overloads, the mixed fuel composition contains 5 to 12% regenerated plutonium with uranium content enriched from 3.5 to 2% 235U of natural origin and providing an equal energy potential with fresh natural uranium fuel enriched with 4.6% 235U or other 235U content, adopted in the fuel cycle of VVER-1000/1200 reactors.

[0016] Uma composição de combustível para reatores nucleares refrigerados a água que contém parte de urânio natural sem enriquecimento e urânio enriquecido na forma de uma composição de combustível acabado para usinas nucleares, bem como plutônio recuperado em diferentes momentos, inclusive de CNG de reatores de diferentes tipos e / ou lotes misturados cálculo com urânio natural e enriquecido em qualquer combinação para atingir o potencial energético necessário.[0016] A fuel composition for water-cooled nuclear reactors that contains part unenriched natural uranium and enriched uranium in the form of a finished fuel composition for nuclear power plants, as well as plutonium recovered at different times, including from CNG from nuclear reactors. different types and/or batches mixed calculation with natural and enriched uranium in any combination to achieve the required energy potential.

[0017] A composição reivindicada, com a sua composição ótima, destina-se a ser carregada num reator com um aumento do nero de SUZ com um intervalo de reabastecimento alargado e subsequente eliminação sem pro-cessamento. Seu uso não está relacionado ao tempo usando uma composição contendo urânio regenerado enriquecido.[0017] The claimed composition, with its optimal composition, is intended to be charged into a reactor with an increasing number of SUZ with an extended refueling interval and subsequent disposal without processing. Its use is not related to the time using a composition containing enriched regenerated uranium.

[0018] Essa composição de combustível para reatores nucleares refrigerados a água das usinas nucleares contém pelo menos 5% de plutônio regenerado e urânio de origem natural com um enriquecimento de 3 a 1,3% 235U em uma razão componente determinada pelo potencial energético igual ao potencial de combustível nuclear recém-preparado das usinas nucleares de urânio natural enriquecido sujeito a 100% carregamento de tal combustível no núcleo do reator em nêutrons térmicos do tipo VVER (PWR). Quando reprocessado, o urânio recuperado de CNG é retirado em uma cadeia separada, em que há o seu enriquecimento para valores normalizados utilizados nos reatores VVER com 236U compensadas, e um tal combustível é utilizado uma vez e plutônio a partir de qualquer urânio CNG, incluindo o plutônio recuperado secundário obtido urânio recuperado a partir gasto, é a base para o fabrico de combustível MIKS-B, para a qual ele é misturado com o enriquecido e urânio natural é utilizado sem reciclagem ou com uma reciclagem, se esta última for benéfica em termos de utilização do potencial de energia residual.[0018] This fuel composition for water-cooled nuclear reactors of nuclear power plants contains at least 5% regenerated plutonium and uranium of natural origin with an enrichment of 3 to 1.3% 235U in a component ratio determined by the energy potential equal to the potential of freshly prepared nuclear fuel of enriched natural uranium nuclear power plants subject to 100% loading of such fuel into the reactor core in thermal neutrons of the VVER (PWR) type. When reprocessed, the uranium recovered from CNG is removed in a separate chain, in which it is enriched to standard values used in VVER reactors with compensated 236U, and such a fuel is used once and plutonium from any CNG uranium, including The secondary recovered plutonium obtained from spent uranium is the basis for the manufacture of MIKS-B fuel, for which it is mixed with enriched and natural uranium is used without recycling or with recycling, if the latter is beneficial in terms of utilization of residual energy potential.

[0019] É aconselhável irradiar a composição de combustível proposta no regime de queima máxima em reatores em série especialmente designados com um aumento do número de sobrecargas, para que o urânio de tal CNG pela quantidade do isótopo 235U não seja mais interessante em termos de reciclagem no NWTC a curto prazo.[0019] It is advisable to irradiate the proposed fuel composition in the maximum burn regime in specially designated series reactors with an increased number of overloads, so that uranium from such CNG by the amount of the 235U isotope is no longer interesting in terms of recycling at NWTC in the short term.

[0020] O urânio regenerado é enriquecido e convertido em um combustível de óxido em uma cadeia separada, levando em conta a compensação das propriedades nucleares do 236U e suas características dosimétricas devido à presença de 232U. Isso se aplica totalmente ao urânio regenerado secundário extraído do combustível irradiado do MIKS- B.[0020] The regenerated uranium is enriched and converted into an oxide fuel in a separate chain, taking into account the compensation of the nuclear properties of 236U and its dosimetric characteristics due to the presence of 232U. This fully applies to secondary regenerated uranium extracted from MIKS-B spent fuel.

[0021] Por sua vez, o plutónio regenerado secundário, separado do combustível nuclear usado com base no urânio regenerado enriquecido, entra, sem restrição, na composição da composição MIKS-B.[0021] In turn, secondary regenerated plutonium, separated from spent nuclear fuel based on enriched regenerated uranium, enters, without restriction, into the composition of the MIKS-B composition.

[0022] A principal vantagem desta composição mista de combustível é que ela é mais simples em composição e logística, pois não está relacionada com o equilíbrio no uso de urânio regenerado enriquecido e na ausência de restrições no tempo de tratamento do urânio regenerado enriquecido, cuja utilização na Rússia é dominada em escala de produção. pode ser realizado na Rússia integralmente antes do REMIX-B. Em uma NWTC equilibrada de reatores de plutônio, ela se mostra ainda menor do que no protótipo, mas permite aumentar arbitrariamente seu número para equalizar os termos de desenvolvimento com o urânio regenerado. Isto supera as desvantagens causadas pelo aumento no número de reatores com carga de combustível na versão de proteção em comparação com o protótipo.[0022] The main advantage of this mixed fuel composition is that it is simpler in composition and logistics, as it is not related to the balance in the use of enriched regenerated uranium and the absence of restrictions on the treatment time of the enriched regenerated uranium, which Use in Russia is dominated on a production scale. can be performed in Russia in full before REMIX-B. In a balanced NWTC of plutonium reactors, it turns out to be even smaller than in the prototype, but it makes it possible to arbitrarily increase their number to equalize the terms of development with regenerated uranium. This overcomes the disadvantages caused by the increased number of fuel-charged reactors in the protection version compared to the prototype.

[0023] A segunda vantagem reside no esquema simpli-ficado para processar e fabricar a composição de combustí-vel, separando os fluxos do urânio e plutónio regenerados em cadeias separadas.[0023] The second advantage lies in the simplified scheme for processing and manufacturing the fuel composition, separating the regenerated uranium and plutonium streams into separate chains.

[0024] A quantidade de tais CNG de reatores PWR (VVER) é reduzida em 3-7 vezes em comparação com CNG pri-mário, dependendo do seu burnout. Ao mesmo tempo, com um alto teor de plutônio em combustível misto, o balanço NFC permite envolver uma quantidade adicional de plutônio ex-traído do armazém.[0024] The amount of such CNG from PWR reactors (VVER) is reduced by 3-7 times compared to primary CNG, depending on its burnout. At the same time, with a high plutonium content in mixed fuel, the NFC balance makes it possible to involve an additional amount of plutonium ex-extracted from the warehouse.

[0025] Com um aumento do número de CPS no reator (VVER-1200 ou EPR-1600), a quantidade desse combustível regenerado contendo plutônio é reduzida de 7,5 a 8 vezes, e é irradiada em um reator dedicado para isso em uma intervalo de reabastecimento com um aumento de burnout, que excede o plutônio acumulado no armazenamento. torna seu processamento inconveniente.[0025] With an increase in the number of CPS in the reactor (VVER-1200 or EPR-1600), the amount of this regenerated fuel containing plutonium is reduced by 7.5 to 8 times, and is irradiated in a dedicated reactor for this in a refueling interval with an increase in burnout, which exceeds the plutonium accumulated in storage. makes processing inconvenient.

[0026] O citado acima pode ser explicado por exem-plos.[0026] The above can be explained by examples.

Example 1

[0027] A composição do combustível MIKS-B consiste em dióxido de plutônio regenerado recuperado do CNG VVER- 1000 no valor de 3,87 toneladas de MP (a quantidade inicial do teor de actinídeos na carga) com o burnout de 47 GWt*dia/ton MP e 5 anos de exposição, contém 5, 0% do peso. Pu (3,4% 239 + 241Pu) numa mistura com urânio natural enriquecido contendo 2,9% de 235U (o resto 238U). A composição (1 tonelada de MP) tem um potencial de energia igual com combustível fresco padrão contendo 4,6% 235U e é adequada para carregar 100% da zona do reator VVER-1000 operando com um intervalo de reabastecimento efetivo de 504 dias (1,5 anos) com duas sobrecargas (total de 5 anos por uma TVS).[0027] The composition of the MIKS-B fuel consists of regenerated plutonium dioxide recovered from the CNG VVER-1000 in the amount of 3.87 tons of MP (the initial amount of actinide content in the charge) with the burnout of 47 GWt*day /ton MP and 5 years of exposure, contains 5.0% by weight. Pu (3.4% 239 + 241Pu) in a mixture with enriched natural uranium containing 2.9% 235U (the rest 238U). The composition (1 ton of MP) has an energy potential equal to standard fresh fuel containing 4.6% 235U and is suitable for charging 100% of the VVER-1000 reactor zone operating with an effective refueling interval of 504 days (1 .5 years) with two overloads (total of 5 years for one TVS).

[0028] Ao mesmo tempo, 3,82 toneladas de MP de urânio recuperado com uma composição de 1.27% 235U, assim como 0.65% 236U e 3 ppb 232U (o restante 238U) são extraídos dessa quantidade de CNG. Destes, são produzidos 0,83 t de MP de combustível de urânio regenerado.[0028] At the same time, 3.82 tons of recovered uranium MP with a composition of 1.27% 235U, as well as 0.65% 236U and 3 ppb 232U (the remainder 238U) are extracted from this amount of CNG. Of these, 0.83 t of MP of regenerated uranium fuel are produced.

[0029] O Combustível gasto do MICS-B contém 4,1% de massa. Pu (2,4% 239 + 241Pu) numa mistura com urânio contendo 1,4% de 235U, bem como 0,33% de 236U e 3 ppb de 232U (o resto de 238U). Após o processamento, o urânio recuperado é enviado para enriquecimento juntamente com o urânio da CNG VVER-1000 numa cadeia separada e produz na produção subsequente mais 0,25 toneladas de MP combustível equipotencial do urânio regenerado. O plutônio regenerado desse combustível usado é devolvido à produção de combustível MIKS. Um total de 1,08 toneladas de combustível MP do urânio regenerado é produzido.[0029] The MICS-B spent fuel contains 4.1% mass. Pu (2.4% 239 + 241Pu) in a mixture with uranium containing 1.4% 235U, as well as 0.33% 236U and 3 ppb 232U (the rest 238U). After processing, the recovered uranium is sent for enrichment together with the uranium from the CNG VVER-1000 in a separate chain and produces in subsequent production an additional 0.25 tons of PM equipotential fuel from the regenerated uranium. The plutonium regenerated from this spent fuel is returned to MIKS fuel production. A total of 1.08 tons of MP fuel from the regenerated uranium is produced.

[0030] A partir do plutónio recuperado secundário, é produzido 0,39 t de combustível MP misturado secundário MIKS-B2, contendo 100 kg de Pu / t de MP numa mistura com urânio natural enriquecido a 3,0% de 235U. O urânio regenerado com isso é também enviado para a cadeia de enriquecimento de urânio regenerado com uma produção adicional de 0,12 toneladas de combustível.[0030] From the secondary recovered plutonium, 0.39 t of MIKS-B2 secondary blended MP fuel is produced, containing 100 kg of Pu / t of MP in a mixture with natural uranium enriched to 3.0% 235U. The uranium thus regenerated is also sent to the regenerated uranium enrichment chain with an additional production of 0.12 tons of fuel.

[0031] O plutônio separado pela combinação de isó-topos ainda tem um pequeno potencial de energia (1 kg de equivalente a 235U por 5 kg de Pu), mas seu uso para reatores VVER torna-se não rentável, e é enviado para armazenamento, e então vai para a produção de combustível inicial para reatores de nêutrons rápidos .[0031] The plutonium separated by the combination of isotopes still has a small energy potential (1 kg of 235U equivalent per 5 kg of Pu), but its use for VVER reactors becomes unprofitable, and is sent for storage , and then goes into the production of initial fuel for fast neutron reactors.

[0032] O urânio regenerado secundário com uma pre-dominância dupla de 236U sobre o 235U residual é enviado para o descarte.[0032] The secondary regenerated uranium with a double predominance of 236U over the residual 235U is sent for disposal.

[0033] Tal reciclagem pode ocorrer em um estado etacionário pelo tempo que desejar, sem violar a relação entre o carregamento de reatores por diferentes tipos de combustível.[0033] Such recycling can occur in an etationary state for as long as desired, without violating the relationship between reactor loading by different types of fuel.

[0034] Assim, 36% do número total de reatores de neutrons térmicos podem ser carregados com combustível de plutônio regenerado e 34% do número total de reatores VVER com combustível de urânio regenerado enriquecido. O balanço NFC ocorre quando 53% do número total de reatores VVER são carregados com combustível de urânio fresco, e 47% são recuperados, incluindo 25% dos reatores com combustível contendo plutônio do tipo MIKS-B e MIKS-B2 e 22% do com-bustível do urânio regenerado.[0034] Thus, 36% of the total number of thermal neutron reactors can be loaded with regenerated plutonium fuel and 34% of the total number of VVER reactors with enriched regenerated uranium fuel. The NFC balance occurs when 53% of the total number of VVER reactors are loaded with fresh uranium fuel, and 47% are recovered, including 25% of the reactors with plutonium-containing fuel of the MIKS-B and MIKS-B2 type and 22% of the with -fuel from regenerated uranium.

Example 2

[0035] A composição do combustível do MIKS-B consiste em dióxido de plutônio regenerado recuperado do CNG VVER-1200 em uma quantidade de 7,0 toneladas de MP (a quantidade inicial do teor de actinídeos na carga) com queima de 47 GWt*dia/ton e 5 anos de exposição, contém 9 0% em peso Pu (6,1% 239 + 241Pu) numa mistura com urânio natural enriquecido contendo 1,36% 235U (o resto 238U). A composição (1 ton de MP) tem um potencial de energia igual com combustível fresco padrão contendo 4,6% 235U e é adequada para carregar 100% da zona do reator VVER-1200 operando com 315 dias efetivos (1 ano) de intervalo de abastecimento com 5 sobrecargas (total 6 anos por uma TVS) com burnout de 60 GWt*dia/ton MP. 14% do número total de reatores VVER são carregados com esse combustível, o que não excede o número total de reatores VVER-1200 no número total de reatores VVER. O aumento do teor de plutónio de qualidade energética no combustível do MIKS-B foi conseguido devido ao número duplicado de SUZ no reator VVER- 1200 em comparação com o reator VVER-1000.[0035] The fuel composition of the MIKS-B consists of regenerated plutonium dioxide recovered from the VVER-1200 CNG in an amount of 7.0 tons of MP (the initial amount of actinide content in the payload) with a burn of 47 GWt* day/ton and 5 years of exposure, contains 90% by weight Pu (6.1% 239 + 241Pu) in a mixture with enriched natural uranium containing 1.36% 235U (the rest 238U). The composition (1 ton of MP) has an energy potential equal to standard fresh fuel containing 4.6% 235U and is suitable for charging 100% of the VVER-1200 reactor zone operating with 315 effective days (1 year) of supply with 5 overloads (total 6 years for a TVS) with burnout of 60 GWt*day/ton MP. 14% of the total number of VVER reactors are loaded with this fuel, which does not exceed the total number of VVER-1200 reactors in the total number of VVER reactors. The increase in energy-grade plutonium content in the MIKS-B fuel was achieved due to the doubled number of SUZ in the VVER-1200 reactor compared to the VVER-1000 reactor.

[0036] Ao mesmo tempo, 6,9 toneladas de urânio re-generado MP com uma composição de 1,27% 235U, assim como 0,66% 236U e 3 ppb 232U (o restante 238U) são extraídos dessa quantidade de CNG. Destas, são produzidas 1,5 toneladas de combustível MP de urânio regenerado, que é carregado em 20% do número total de reatores VVER (de preferência VVER- 1000).[0036] At the same time, 6.9 tons of re-generated uranium MP with a composition of 1.27% 235U, as well as 0.66% 236U and 3 ppb 232U (the remainder 238U) are extracted from this amount of CNG. Of these, 1.5 tons of regenerated uranium MP fuel are produced, which is loaded into 20% of the total number of VVER reactors (preferably VVER- 1000).

[0037] O Combustível gasto contém 6,4% de massa. Pu (3,6% 239 + 241Pu) numa mistura com urânio contendo 0,68% 235U, bem como 0,18% 236U e 4 ppb 232U (o resto 238U). O potencial de energia do plutônio separado é equivalente a 10,4 kg de 235U, ou seja, 1 kg de 235U por 6 kg de Pu, que, como no Exemplo 1, torna seu ciclo adicional economicamente impraticável, como resultado do qual é removido do ciclo e usado como no Exemplo 1.[0037] The spent Fuel contains 6.4% mass. Pu (3.6% 239 + 241Pu) in a mixture with uranium containing 0.68% 235U, as well as 0.18% 236U and 4 ppb 232U (the rest 238U). The energy potential of separated plutonium is equivalent to 10.4 kg of 235U, that is, 1 kg of 235U per 6 kg of Pu, which, as in Example 1, makes its further cycling economically impractical, as a result of which it is removed of the cycle and used as in Example 1.

[0038] Após o processamento, o urânio recuperado secundário pode ser direcionado para o enriquecimento em uma cadeia separada, que na produção subsequente produz 0,1 tonelada de combustível equipotencial MP, mas isso também pode ser considerado economicamente inviável e, em vez de enriquecimento, deve ser enterrado.[0038] After processing, the secondary recovered uranium can be directed to enrichment in a separate chain, which in subsequent production produces 0.1 ton of MP equipotential fuel, but this can also be considered economically unfeasible and instead of enrichment , must be buried.

[0039] Assim, com o excedente de plutônio no armazém, todo combustível nuclear usado secundário pode ser direcionado para armazenamento a longo prazo e posterior descarte sem reprocessamento, e em seu lugar, plutônio ex-cessivo de anos anteriores de atividade, retirado de uma instalação de armazenamento de material nuclear, pode estar envolvido na NFC.[0039] Thus, with surplus plutonium in storage, all secondary spent nuclear fuel can be directed to long-term storage and subsequent disposal without reprocessing, and in its place, excess plutonium from previous years of activity, removed from a nuclear material storage facility, may be involved in NFC.

Claims

1. Composition of fuel for reactors of water-cooled nuclear thermal power plants, characterized by comprising a mixture of plutonium oxides recovered during the reprocessing of uranium nuclear fuel irradiated from such reactors and enriched uranium, wherein the fuel composition contains natural uranium enriched as enriched uranium in a proportion of components determined by the energy potential equal to the potential of freshly prepared fuel made from enriched natural uranium, which does not contain plutonium and provides 100% core charge.

2. Composition according to claim 1, characterized in that the VVER-1000/1200 reactor with standard burning of CNG irradiated nuclear fuel 47 GWt*day/ton and an interval of 504 days between irradiated nuclear fuel refueling, contains regenerated plutonium from 5 to 12% with natural uranium content enriched from 3.5 to 2% U235, while providing equal energy potential with fresh natural uranium fuel enriched with 4.6% U235.