LT4539B - Kanalinio urano-grafito branduolinio reaktoriaus eksploatacijos būdas - Google Patents

Description

Išradimas priklauso branduolinės energetikos sričiai, būtent, aprašytas kanalinio urano-grafito branduolinio reaktoriaus eksploatacijos būdas.

Kanalinio urano-grafito branduolinio reaktoriaus eksploatacijos būdas, pagal kurį iš aktyviosios reaktoriaus zonos iškraunami papildomi sugerėjai ir 'išdegusios' šilumą išskiriančios rinklės su urano kuru ir į jų vietą patalpinamos šilumą išskiriančios rinklės su 'šviežiu' urano-erbio kuru. Iškrovus visus papildomus sugerėjus aktyviojoje zonoje palaikoma tokia erbio koncentracija, kuriai esant erbio poveikis į aktyviosios zonos reaktyvumą sudaro ne mažiau kaip 80% nuo poveikio reaktyvumui papildomų sugėrėjų iškrautų prieš įkraunant šilumą išskiriančias rinklės su urano-erbio kuru. Šis būdas pasižymi tuo, kad pagal šilumą išskiriančių rinklių su urano ir urano-erbio kuru išdegimo laipsnį jos yra pakeičiamos šilumą išskiriančiomis rinklėmis su atidirbusiu kuru, kurio išdegimo laipsnis neviršija 80% projektinio ir papildomai išdegina jas iki išdegimo laipsnio ne daugiau kaip 90% nuo projektinio išdegimo, kur šilumą išskiriančių rinklių su atidirbusiu kuru dalis neturi viršyti 20% visų šilumą išskiriančių rinklių aktyvioje zonoje. Be viso to, šilumą išskiriančios rinklės su atidirbusiu kuru yra patalpinamos aktyvios zonos periferijoje.

Išradimas priskiriamas branduolinės energetikos sričiai ir aprašo kanalinio urano-grafito branduolinio reaktoriaus eksploatacijos būdą.

Žinomas kanalinio urano-grafito branduolinio reaktoriaus eksploatacijos būdas, pasižymintis tuo, kad nusistovėjusiame reaktoriaus darbo režime iš reaktoriaus aktyvios zonos iškraunami ‘'išdegę” šilumą išskiriantys elementai su urano kuru ir jų vietoje patalpinami elementai su ‘'šviežiu” urano kuru (ATOMnan oneprim, 1987, t. 62, Nr. 4, p. 219-226).

Pagal nurodytą būdą papildomi sugerėjai yra aktyvioje zonoje per visą branduolinio reaktoriaus eksploataciją. Toks sprendimas leido gauti saugų reaktoriaus darbui garo reaktyvumo koeficientą 1β.

Tačiau dėl papildomo sugėrėjo nuolatinio laikymo aktyvioje zonoje kuro išdegimo laipsnis sumažėjo 25% ir kuro dedamosios diskontuotos išlaidos padidėjo 30%. Tai žymiai pablogino reaktoriaus RBMK ekonominius rodiklius.

Be to, dėl ‘'pagreitinto” šilumą išskiriančių rinklių iškrovimo iš reaktoriaus, labai padidėjo šilumą išskiriančių rinklių su atidirbusiu kuru (ŠIRAK), po iškrovimo patalpintų j baseinus-saugyklas pačioje atominėje jėgainėje (kur tarp SIRAK vyrauja SIRAK su kuru, kurio vidutinis išdegimo laipsnis siekia viso lik 70% nuo projektinio išdegimo laipsnio) kiekiai, dėl ko paaštrėjo šiaip jau aštri radioaktyvių atliekų saugojimo problema.

Šio metodo trūkumas yra ir tas, kad išlieka atsitiktinio ar tyčinio papildomo sugėrėjo iškrovimo iš aktyvios zonos pavojus, dėl ko sumažėja reaktoriaus RBMK eksploatacijos saugumas.

Artimiausias pasiūlytajam yra kanalinio urano-grafito branduolinio reaktoriaus eksploatacijos būdas, kurio esmė yra ta, kad nusistovėjusio reaktoriaus darbo režimo metu iš aktyvios reaktoriaus zonos iškraunami papildomi sugėrėjai ir “'išdegę” šilumą išskiriantys elementai, o j jų vietą patalpinamos šilumą išskiriančios rinklės su šviežiu urano-erbio kuru, kai po visų papildomų sugėrėjų iškrovimo aktyvioje zonoje yra palaikoma tokia erbio koncentracija kuriai esant jos poveikis į aktyvios zonos reaktyvumą atitinka ne mažiau 80% poveikio į aktyvios zonos reaktyvumą iškrautų papildomų sugėrėjų (IlaTeHT ΡΦ No. 2100852, kji. G 21 C 7/04, οπγδπ. 1977),

Šis būdas leido padidinti urano-grafito branduolinio reaktoriaus ekonomiškumą ir jo saugumo lygi·

Prie pagrindinių šio būdo trūkumų reikia priskirti tai, kad ekonominiai rodikliai pablogėja dėl to, kad šilumą išskiriančios rinklės su erbio-urano branduoliniu kuru yra brangesnės, negu rinklės be erbio. Pagal šį būdą eksploatuojant reaktorių irgi negalima iki galo sudeginti atidirbusių šilumą išskiriančių rinklių, kurios dideliais kiekiais saugomos baseinuose-saugyklose su palyginti nedideliu išdegimo laipsniu, o tai neigiamai atsiliepia atominės jėgainės kuro ciklo ekonominiams rodikliams. Be to, patalpinant šilumą išskiriančias rinklės su erbiu aktyvios zonos periferijoje, padidėja neproduktyvioji neutronų išeiga ir sumažėja rinklių patikimumas.

Uždavinio, kurio sprendimui skiriamas šis išradimas, esmę sudaro kuro ciklo ekonomiškumo pagerinimas, išlaikant šiuolaikinį urano-grafito reaktoriaus saugumo lygį.

Techninį rezultatą, kurio pasiekimą užtikrina šis išradimas, sudaro naujo urano-erbio kuro ekonomija išlaikant reaktoriaus galingumą, gilesnis atidirbusių šilumą išskiriančių rinklių išdegimas, išdegusių rinklių kiekių sumažinimas, kuro, kuris yra baseinuose-saugyklose ikikritiškumo didinimas bei transporto išlaidų mažinimas.

Minėti rezultatai gaunami dėl pasiūlyto urano-grafito branduolinio reaktoriaus eksploatacijos būdo, iškraunant iš aktyvios reaktoriaus zonos papildomus sugerėjus ir išdegusias” šilumą išskiriančias rinkles su urano kuru ir vietoje jų patalpinant šilumą išskiriančias rinkles su šviežiu” urano-erbio kuru, kai aktyvioje zonoje po visų papildomų sugėrėjų iškrovimo yra palaikoma tokia erbio koncentracija, kuriai esant jos poveikis aktyviosios zonos reaktyvumui atitinka ne mažiau 80% poveikio į aktyvios zonos reaktyvumą papildomų sugėrėjų iškrautų nuo šilumą šilumą išskiriančių rinklių su urano-erbio kuru įkrovimo pradžios, išdegus šilumą išskiriančioms rinklėms su urano ir urano-erbio kuru pagal išdeginimo eigą keičiant jas šilumą išskiriančioms rinklėms su atidirbusiu kuru. kurio išdeginimo gylis neviršija 80% projektinio išdeginimo gylio ir baigiant deginti jas iki išdeginimo laipsnio ne daugiau kaip 90% projektinio, bet šilumą išskiriančių rinklių su atidirbusiu kuru dalis neturi viršyti 20% aktyvios zonos šilumą išskiriančių rinklių skaičiaus, o taip pat dėka to, kad šilumą išskiriančios rinklės su atidirbusiu kuru patalpinamos aktyvios zonos periferijoje ir be to, kad aktyvioje zonoje vietoje išdegusių” šilumą išskiriančių rinklių su atidirbusiu kuru patalpinamos šilumą išskiriančios rinklės su mažesniu išdegimo laipsniu.

Pagal pasiūlytą būdą reaktoriaus eksploatacija atliekama taip.

Reaktoriaus darbo procese iš aktyvios zonos palaipsniui šalinami papildomi sugerėjai ir išdegusios” šilumą išskiriančios rinklės su uranu, keičiant jos šilumą išskiriančiomis rinklėmis su urano-erbio kuru. Čia rūpestingai sekama, kad pakrauto erbio poveikis į aktyvios zonos reaktyvumą būtų ne mažesnis kaip 80% iškrautų papildomų sugėrėjų poveikio į aktyvios zonos reaktyvumą.

Tai leidžia išlaikyti reaktyvumo garo koeficiento dydį pradinės jo reikšmės lygyje (mažesnės erbio sugėrimo gebos sąskaita) ir padidinti kuro išdegimo laipsnį, kadangi erbis turi rezonansinį sugėrimo skerspjūvio plotą apie 0,47 eV - šalia termalizacijos srities. RBMK reaktoriuje vidutinė grafito temperatūra 200 °C' aukštesnė už vandens temperatūrą, todėl nusausėjant neutroninių dujų temperatūra pakyla, tai yra neutronų spektras paslenka erbio rezonanso pusėn, ko pasėkoje susidaro papildoma neigiama garo reaktyvinio efekto dedamoji. Šio reiškinio dėka erbis yra aktyvesnis pagal poveikį garo reaktyvumo koeficientui sugėrėjas negu papildomi sugėrėjai, būtent urano-grafito reaktoriuose. Savaime aišku, erbio įvedimas į aktyvią zoną, kaip ir kito bet kurio sugėrėjo iššaukia neutronų nuostolius, kas sumažina kuro išdegimo laipsnį.

Tačiau, kadangi urano-grafito reaktoriuje erbis efektyviau veikia į aktytvios zonos garo reaktyvumo koeficiento kitimą negu papildomi sugėrėjai, dėl to esant tam pačiam garo reaktyvumo koeficientui neutronų nuostoliai aktyvioje zonoje dėl joje esančio erbio yra mažesni, o kuro išdegimo laipsnis yra aukštesnis.'

Išdegimo laipsnio padidėjimas mažina šilumą išskiriančių rinklių eikvojimą ir tuo pačiu sumažina jų pirkimui, transportavimui, atidirbusio kuro saugojimui bei laidijimui skirtas išlaidas. Visa tai didina kuro ciklo ekonomiškumą.

Išdegimo laipsnio padidėjimo pasėkoje taip pat atsiranda galimybė panaudoti šilumą išskiriančias rinkles su ne iki galo išdegusiu kuru vietoje šalinamų ir tuo pačiu minimizuoti erbio šilumą išskiriančių rinklių eikvojimą.

Kaip parodė skaičiavimai, kuro išdegimo laipsnis pakraunamoms atidirbusioms šilumą išskiriančioms rinklėms neturi viršyti 80% projektinio išdegimo laipsnio, kadangi kuro ekonomijos dėl mažų išdegimo prieauglių praktiškai nebūna, bet padidėja padidėja rinklių perkrovimo tempas, dėl ko sumažėja reaktoriaus eksploatacijos saugumas. Tuo pačiu išdeginti rinkles aukščiau 90% projektinio laipsnio yra netikslinga, kadangi dideli nuostoliai urano-erbio išdegimo laipsnyje, o tai iššaukia ryškų šviežių” rinklių ekonomiškumo mažėjimą ir jų pereikvojimą.

Atidirbusių šilumą išskiriančių rinklių dalis neturi viršyti 20% rinklių su kuru aktyvinėje zonoje, nes priešingu atveju atsiranda žymus šilumą išskiriančių rinklių su urano-erbio kuru išdegimo nepakankamumas ir garo reaktyvumo koeficientas išauga iki reikšmės, iššaukiančios reaktoriaus saugumo mažėjimą.

Atidirbusių šilumą išskiriančių rinklių panaudojimo efektas, gali būti žymiai padidintas, jeigu jos pakartotinai patalpinamos periferinėse eilėse. Skaičiavimai parodė, kad pakartotinai panaudojamų rinklių išdėstymas reaktoriaus periferinėje dalyje šviežių” šilumą išskiriančių rinklių su urano-erbio kuru ekonominis efektas padidės nuo 3% iki 8%, kadangi be kuro papildomo išdegimo dar sumažėja neutronų nutekėjimas. Tai paaiškinama mažesniu neutronų srautu periferijoje ypač paskutinėse eilėse, lyginant su aktyvios zonos centrine sritimi. To pasėkoje pagerėja pakartotinai įkraunamo kuro panaudojimo sąlygos jo galingumo sumažėjimo sąskaita (sumažėja temperatūra, terminiai įtempimai, padidėja atsarga iki krizės ir t.t.), sumažėja jo perkrovimo tempai, sumažėja šio kuro neigiama įtaka į reaktyvumo efektus.

Didžiausia reaktoriaus kompanijos trukmė (dėl kuro išdegimo laipsnio padidėjimo) yra stebima periferinėms rinklėms, todėl iškyla jų atsparumo ilgame laikotarpyje problema. Atidirbusių šilumą išskiriančių rinklių išdėstymas aktyvios zonos periferijoje eliminuoja šią problemą ir didina reaktoriaus patikimumą.

Išdegusios” atidirbusios šilumą išskiriančios rinklės savo ruožtu gali būti keičiamos atidirbusiomis šilumą išskiriančiomis rinklėmis su mažesniu išdegimo laipsniu, ko pasėkoje supaprastės perkrovimo procesas ir energijos išskyrimo profiliavimas aktyvioje zonoje.

Taigi, pareikšto būdo panaudojimas leidžia taupyti šviežią urano-erbio kurą, papildomai išdeginti atidirbusias šilumą išskiriančias rinkles, sumažinti išdegusių rinklių apimtis, padidinti atidirbusių šilumą išskiriančių rinklių ikikritiškumą baseinuose-saugyklose, sumažinti transporto išlaidas.

Claims (3)

1. Kanalinio urano-grafito branduolinio reaktoriaus eksploatacijos būdas kai iš aktyviosios reaktoriaus zonos iškraunami papildomi sugerėjai ir išdegusios” šilumą išskiriančios rinklės su urano kuru ir į jų vietą patalpinamos šilumą išskiriančios rinklės su šviežiu” urano-erbio kuru, kai po visų papildomų sugėrėjų iškrovimo aktyvioje zonoje yra palaikoma tokia erbio koncentracija, kuriai esant erbio poveikis j aktyvios zonos reaktyvumą atitinka ne mažiau 80% iškrautų papildomų sugėrėjų poveikio j aktyviosios zonos reaktyvumą, besiskiriantis tuo, kad šilumą išskiriančias rinklės su urano ir urano-erbio kuru joms išdegus keičia šilumą išskiriančiomis rinklėmis su atidirbusiu kuru, kurio išdegimo gylis neviršija 80% projektinio, ir šias papildomai išdegina iki išdegimo laipsnio ne daugiau 90% nuo projektinio išdeginimo, bet šilumą išskiriančių rinklių su atidirbusiu kuru dalis neturi viršyti 20% visų šilumą išskiriančių rinklių aktyvioje zonoje.

2. Būdas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad šilumą išskiriančias rinklės su atidirbusiu kuru talpina aktyvios zonos periferijoje.

3. Būdas pagal 1 ir 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad aktyvioje zonoje išdegusios” šilumą išskiriančios rinklės su atidirbusiu kuru keičia į šilumą išskiriančias rinklės su mažesniu išdegimo gyliu.