RU2184995C2 - Method for servicing fast homogeneous reactor - Google Patents

Method for servicing fast homogeneous reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2184995C2
RU2184995C2 RU2000123746/06A RU2000123746A RU2184995C2 RU 2184995 C2 RU2184995 C2 RU 2184995C2 RU 2000123746/06 A RU2000123746/06 A RU 2000123746/06A RU 2000123746 A RU2000123746 A RU 2000123746A RU 2184995 C2 RU2184995 C2 RU 2184995C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
plutonium
aluminum
minor actinides
minor
Prior art date
Application number
RU2000123746/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.Н. Кузнецов
В.А. Решетов
И.Х. Ганев
А.В. Лопаткин
В.А. Москин
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники" filed Critical Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники"
Priority to RU2000123746/06A priority Critical patent/RU2184995C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2184995C2 publication Critical patent/RU2184995C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: servicing nuclear reactors. SUBSTANCE: minor actinides are extracted from spent nuclear fuel. For initial charge of reactor core use is made of fuel mixture of plutonium and aluminum granules incorporating 1-2 atom percent of plutonium and the rest of aluminum. Criticality of core reducing with first-charge fuel burn-up is maintained by adding granules of minor actinides. Plutonium burnout yields fuel in the form of metal alloy of minor actinides and aluminum containing 3-3.5 atom percent of minor actinides and 96.5-97 atom percent of aluminum. Fuel composition obtained is maintained till end of burnout process of accumulated minor actinides. Then minor actinide burn-up in core is compensated for by plutonium. Combustion of minor actinides results in fuel in the form of metal alloy containing 1-2 atom percent of plutonium and the rest of aluminum. Composition of fuel mixture obtained is maintained till end of combustion of available plutonium. Proposed method enables destruction of highly radioactive and long-living products of nuclear fuel irradiation (minor actinides). EFFECT: enlarged range of structural materials for core container manufacture; reduced accumulated stock of weapon plutonium. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к способам эксплуатации быстрых гомогенных ядерных реакторов. The invention relates to nuclear engineering, in particular to methods for operating fast homogeneous nuclear reactors.

Известен способ эксплуатации быстрого гомогенного ядерного реактора, заключающийся в том, что активную зону загружают металлическим топливом, содержащим плутоний (Кесслер Г. Ядерная энергетика, М., Энергоиздат, 1986, с.182). A known method of operating a fast homogeneous nuclear reactor, which consists in the fact that the active zone is loaded with metal fuel containing plutonium (Kessler G. Nuclear Power, M., Energoizdat, 1986, p.182).

При эксплуатации указанного реактора получают не только электроэнергию и тепло, но и нарабатывают вторичное ядерное топливо, которое может быть использовано не только в реакторах на быстрых нейтронах, но и для производства ядерного оружия. During the operation of this reactor, not only electricity and heat are obtained, but also secondary nuclear fuel is produced, which can be used not only in fast neutron reactors, but also for the production of nuclear weapons.

В настоящее время программы по развитию "мирного атома" практически во всех промышленно развитых странах замораживаются. Более того, в некоторых странах (например, в Швеции) не только не собираются строить новые ядерные реакторы, но и закрывают работающие, не исчерпавшие ресурс реакторы. В этой связи уже давно стоящая в повестке дня проблема утилизации и захоронения радиоактивных отходов еще более обостряется. At present, programs for the development of a "peaceful atom" in almost all industrialized countries are being frozen. Moreover, in some countries (for example, Sweden), they are not only not going to build new nuclear reactors, but they are also shutting down operating, not exhausted, reactors. In this regard, the long-standing issue on the agenda of the disposal and disposal of radioactive waste is even more acute.

Конец "холодной войны" и прекращение гонки вооружений тоже не уменьшает запасов радиоактивных материалов и еще сильнее обостряет ситуацию с их утилизацией и захоронением. The end of the Cold War and the cessation of the arms race also does not reduce the stockpiles of radioactive materials and exacerbates the situation with their disposal and disposal.

Проблема утилизации и захоронения, помимо всех прочих причин, весьма существенно отягощается также тем обстоятельством, что в процессе выгорания ядерного топлива в нем образуются долгоживущие радиоактивные элементы - минорные актиноиды (МА), из-за которых многократно усложняется процесс переработки и суживается выбор вариантов и мест захоронения радиоактивных отходов. The problem of disposal and disposal, among all other reasons, is very significantly aggravated by the fact that during the burning of nuclear fuel it forms long-lived radioactive elements - minor actinides (MA), due to which the processing process is complicated many times and the choice of options and places is narrowed burial of radioactive waste.

Для реализации данного способа необходимо использовать гетерогенные реакторы, в которых активная зона загружается очехлованными тепловыделяющими элементами. Из-за этого усложняется и удорожается топливный цикл и растут затраты на осуществление самого способа. Кроме того, в очехлованных тепловыделяющих элементах нельзя достигнуть высокой степени выгорания топлива из-за распухания топлива и выделения газообразных продуктов деления, что ведет к разрушению оболочек тепловыделяющих элементов и попаданию радиоактивных продуктов в циркуляционный контур. To implement this method, it is necessary to use heterogeneous reactors in which the active zone is loaded with glass-coated heat-generating elements. Because of this, the fuel cycle becomes more complicated and more expensive and the costs of implementing the method itself increase. In addition, a high degree of fuel burnup cannot be achieved in the glass-covered fuel elements due to fuel swelling and the release of gaseous fission products, which leads to the destruction of the shells of the fuel elements and the ingress of radioactive products into the circulation circuit.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предложенному решению является способ эксплуатации быстрого гомогенного ядерного реактора, заключающийся в том, что обработанное ядерное топливо в виде гранул загружают в активную зону, затем топливо в активной зоне расплавляют, выводят часть топлива из зоны, гранулируют его, отделяют от жидкометаллического теплоносителя, и снова подают в активную зону (патент РФ 2031455, кл. G 21 C 1/00, 3/42, 1990). The closest set of essential features to the proposed solution is a method of operating a fast homogeneous nuclear reactor, which consists in the fact that the processed nuclear fuel in the form of granules is loaded into the active zone, then the fuel in the active zone is melted, a part of the fuel is removed from the zone, granulated, separated from a liquid metal coolant, and again served in the active zone (RF patent 2031455, CL G 21 C 1/00, 3/42, 1990).

Применение гомогенных реакторов в данном способе позволяет упростить и удешевить технологию изготовления тепловыделяющих элементов. Снимаются также проблемы, связанные с опасностью разрушения оболочек тепловыделяющих элементов. The use of homogeneous reactors in this method allows us to simplify and reduce the cost of the technology for the manufacture of fuel elements. The problems associated with the danger of destruction of the shells of the fuel elements are also removed.

Однако при осуществлении данного способа в быстром реакторе также накапливается избыточное топливо, содержащее плутоний и минорные актиноиды, и летучие и газообразные продукты деления. However, when implementing this method, excess fuel is also accumulated in the fast reactor containing plutonium and minor actinides, and volatile and gaseous fission products.

В свете прекращения гонки вооружений рост количества плутония нежелателен, потому что, во-первых, плутоний негде использовать, во-вторых, проблема захоронения радиоактивных отходов с каждым годом становится все острее, а, в-третьих, необходимо усовершенствовать старые и разрабатывать новые меры, направленные на обеспечение сохранности плутония. In the light of the cessation of the arms race, an increase in the amount of plutonium is undesirable because, firstly, there is nowhere to use plutonium, secondly, the problem of radioactive waste disposal becomes more acute every year, and thirdly, old measures need to be improved and new measures developed, aimed at ensuring the safety of plutonium.

Присутствие продуктов деления в циркуляционном контуре ведет - из-за сложности удерживания газообразных веществ, вообще, и большой протяженности контура, в частности, - к опасности попадания продуктов деления за пределы атомной станции. The presence of fission products in the circulation loop leads, due to the difficulty in retaining gaseous substances, in general, and the great length of the circuit, in particular, to the danger of fission products getting outside the nuclear power plant.

Однако самый существенный недостаток указанного способа заключается в том, что способ не только не позволяет сжигать находящиеся во вторичном топливе минорные актиноиды, но и ведет к их накоплению. However, the most significant drawback of this method is that the method not only does not allow the burning of minor actinides in secondary fuel, but also leads to their accumulation.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение безопасности ядерной энергетики, в том числе, экологической безопасности, и ее экономичности. The task to which the invention is directed is to increase the safety of nuclear energy, including environmental safety, and its economy.

Реализация предложенного способа позволит уничтожить высокорадиоактивные и долгоживущие продукты облучения ядерного топлива - минорные актиноиды, не увеличивая температуру плавления топлива в активной зоне, уменьшить массу наработанного плутония и радиоактивных отходов, подлежащих захоронению. Implementation of the proposed method will destroy highly radioactive and long-lived products of nuclear fuel irradiation - minor actinides, without increasing the melting temperature of the fuel in the core, reduce the mass of produced plutonium and radioactive waste to be disposed of.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе эксплуатации быстрого гомогенного ядерного реактора, заключающемся в том, что отработанное ядерное топливо в виде гранул загружают в активную зону, затем топливо в активной зоне расплавляют, выводят часть топлива из зоны, гранулируют его, отделяют от жидкометаллического теплоносителя, и снова подают в активную зону, из отработанного топлива извлекают минорные актиноиды и гранулируют их, равномерно перемешивают гранулы плутония с гранулами алюминия, получают топливную смесь, содержащую 1-2 ат.%% плутония, остальное - алюминий, которую используют в качестве топлива для начальной загрузки активной зоны, расплавляют топливо начальной загрузки в активной зоне и доводят реактор до критического состояния, отгружают часть выгоревшего топлива, удаляют продукты деления и компенсируют выгорание плутония добавлением к топливу гранул минорных актиноидов, после выгорания плутония получают топливо в виде металлического сплава, содержащего 3-3,5 ат.%% минорных актиноидов и 96,5-97 ат. %% алюминия, и продолжают эксплуатацию быстрого гомогенного реактора, поддерживая полученный состав топлива до конца процесса выжигания накопленных минорных актиноидов, кроме того, тем, что из плутония и алюминия изготавливают металлический сплав, содержащий 1-2 ат.%% плутония, остальное - алюминий, которые затем гранулируют, а также тем, что выгорание минорных актиноидов в активной зоне компенсируют добавлением в топливо гранул плутония, после сгорания минорных актиноидов получают топливо в виде металлического сплава, содержащего 1-2 ат.%% плутония, остальное - алюминий, и продолжают эксплуатацию быстрого гомогенного реактора, поддерживая полученный состав топливной смеси до конца процесса сгорания имеющегося запаса плутония. The specified technical result is achieved by the fact that in the method of operating a fast homogeneous nuclear reactor, which consists in the fact that spent nuclear fuel in the form of granules is loaded into the active zone, then the fuel in the active zone is melted, some of the fuel is removed from the zone, it is granulated, and separated from the liquid metal coolant, and again served in the active zone, minor actinides are extracted from the spent fuel and granulated, granules of plutonium are mixed uniformly with aluminum granules, a fuel mixture is obtained containing 1-2 at. %% plutonium, the rest is aluminum, which is used as fuel for the initial loading of the active zone, the initial loading fuel is melted in the active zone and the reactor is brought to a critical state, part of the burnt fuel is discharged, fission products are removed and compensated burnout of plutonium by adding minor actinide pellets to the fuel; after burning out of plutonium, fuel is obtained in the form of a metal alloy containing 3-3.5 at. %% minor actinides and 96.5-97 at. %% aluminum, and continue to operate a fast homogeneous reactor, maintaining the resulting fuel composition until the end of the process of burning accumulated minor actinides, in addition, by the fact that plutonium and aluminum are used to make a metal alloy containing 1-2 at. %% plutonium, the rest is aluminum , which are then granulated, as well as by the fact that the burnout of minor actinides in the core is compensated by the addition of plutonium granules to the fuel, after combustion of the minor actinides, the fuel is obtained in the form of a metal alloy containing 1-2 at. %% p Lutonium, the rest is aluminum, and they continue to operate a fast homogeneous reactor, maintaining the resulting fuel mixture until the end of the combustion process of the existing stock of plutonium.

Для уяснения сущности изобретения может быть рассмотрена, например, такая теплогидравлическая схема быстрого гомогенного ядерного реактора, которая представлена на фиг.1. To clarify the essence of the invention can be considered, for example, such a thermal hydraulic circuit of a fast homogeneous nuclear reactor, which is presented in figure 1.

Быстрый гомогенный ядерный реактор содержит активную зону 1, которая размещена в контейнере 2. Стенки контейнера 2 могут быть сделаны охлаждаемыми "чистым", т. е. нерадиоактивным, жидкометаллическим теплоносителем, циркулирующим по отдельному контуру (на чертеже не показан). A fast homogeneous nuclear reactor contains an active zone 1, which is located in the container 2. The walls of the container 2 can be made cooled “clean”, that is, non-radioactive, liquid metal coolant circulating in a separate circuit (not shown in the drawing).

В активной зоне 1 могут быть установлены пусковая сборка 3 и/или органы регулирования 4. In the active zone 1 can be installed starting assembly 3 and / or regulatory bodies 4.

В днище 5 контейнера 2 выполнены отверстия 6 и под ним расположена газовая камера 7, которая при работе реактора заполняется каким-нибудь нейтральным газом, например, аргоном, заканчивающаяся бассейном 8 с жидкометаллическим теплоносителем (например, натрием). Openings 6 are made in the bottom 5 of container 2 and a gas chamber 7 is located under it, which during reactor operation is filled with some neutral gas, for example, argon, ending in a pool 8 with a liquid metal coolant (for example, sodium).

Газовая камера 7 соединена с устройством 9 для подачи нейтрального газа и - через трубопровод 10 - с устройством 11 для очистки от газообразных и летучих продуктов деления. The gas chamber 7 is connected to a device 9 for supplying a neutral gas and, through a pipe 10, to a device 11 for cleaning gaseous and volatile fission products.

Бассейн 8 через дисперсный теплообменник 12 сообщен с вихревым гидроциклоном 13, соединенным с активной зоной 1, и с помощью трубопровода 14, который снабжен нормально открытым клапаном 15, - с промежуточным теплообменником 16. The pool 8 through a dispersed heat exchanger 12 is in communication with a vortex hydrocyclone 13 connected to the active zone 1, and using a pipe 14, which is equipped with a normally open valve 15, with an intermediate heat exchanger 16.

За промежуточным теплообменником 16 следует коллектор низкого давления 17, который сообщен с камерой 18 для сбора жидкометаллического теплоносителя над активной зоной 1 и - через циркуляционный насос 19 - с коллектором высокого давления 20, к которому подключены впрыски 21 контура циркуляции топлива и других устройств. The intermediate heat exchanger 16 is followed by a low-pressure manifold 17, which is in communication with the chamber 18 for collecting the liquid metal coolant above the core 1 and, through a circulation pump 19, with a high-pressure manifold 20, to which injections 21 of the fuel circuit and other devices are connected.

Для ввода топлива в контур циркуляции на трубопроводе 22, ведущем от коллектора высокого давления 20 к бункеру 23 со "свежим" топливом, соединенным с дисперсным теплообменником 12, установлен вентиль 24. To enter the fuel into the circulation circuit on the pipeline 22, leading from the high pressure manifold 20 to the hopper 23 with the "fresh" fuel connected to the dispersed heat exchanger 12, a valve 24 is installed.

Выгоревшее топливо удаляют в бункер 25 для складирования отработанного топлива по трубопроводу (на черт. не обозначен), "врезанному" в циркуляционный контур на участке между дисперсным теплообменником 12 и вихревым гидроциклоном 13. The burned-out fuel is removed into the bunker 25 for storing the spent fuel through a pipeline (not shown in the drawing), "embedded" in the circulation circuit in the area between the dispersed heat exchanger 12 and the vortex hydrocyclone 13.

К бункеру 25 также протянут байпасный трубопровод 26 с нормально закрытым клапаном 27. A bypass pipe 26 with a normally closed valve 27 is also extended to the bunker 25.

Изображенный на чертеже быстрый гомогенный ядерный реактор эксплуатируют следующим образом. The fast homogeneous nuclear reactor depicted in the drawing is operated as follows.

Из входящих в состав отработанного топлива компонентов отделяют (например, в плавильной ванне) минорные актиноиды и изготавливают из них гранулы. Minor actinides are separated from the components of the spent fuel (for example, in a smelting bath) and granules are made from them.

На заводе или непосредственно перед загрузкой топлива в гомогенный быстрый реактор гранулы плутония (Рu) равномерно перемешивают с гранулами алюминия (Аl) и получают топливную смесь, содержащую 1-2 ат.%% плутония, остальное - алюминий, чтобы в дальнейшем использовать ее для первоначальной загрузки реактора. At the factory or immediately before loading fuel into a homogeneous fast reactor, plutonium granules (Pu) are uniformly mixed with aluminum granules (Al) and a fuel mixture containing 1-2 at. %% plutonium is obtained, the rest is aluminum, so that in future it can be used for the initial reactor loading.

Чтобы сократить число операций, проводимых непосредственно на промплощадке атомной станции, можно в начале (например, в заводских условиях) изготовить сплав Рu+Аl, содержащий 1-2 ат.%% Рu, остальное - Аl, а затем его гранулировать. To reduce the number of operations conducted directly at the industrial site of a nuclear power plant, it is possible at the beginning (for example, in the factory) to produce a Pu + Al alloy containing 1-2 at. %% Pu, the rest is Al, and then granulate it.

Тогда перед пуском реактора контейнер 2 активной зоны 1 заполняют гранулами топлива Рu+Аl, каждая из которых будет содержать 1-2 aт.%% Pu, 98-99 ат.%% Al. Then, before starting up the reactor, the container 2 of the active zone 1 is filled with fuel pellets Pu + Al, each of which will contain 1-2 at. %% Pu, 98-99 at. %% Al.

Первоначальная загрузка реактора топливной смесью из плутония и алюминия обусловлена желанием снизить температуру плавления топлива, поскольку, если в начале кампании поместить в зону топливо, состоящее из актиноидов и алюминия, то для достижения критичности необходимо, чтобы минорных актиноидов в топливной смеси было не менее 12,5 ат.%, что, как показывают расчеты, повышает температуру плавления топлива до 900oC. Такая высокая температура плавления существенно сужает выбор конструкционных материалов для контейнера активной зоны, делает реактор более дорогим, а также снижает его надежность и безопасность.The initial loading of the reactor with a fuel mixture of plutonium and aluminum is due to the desire to lower the melting temperature of the fuel, because if at the beginning of the campaign to place fuel consisting of actinides and aluminum, to achieve criticality it is necessary that the minor actinides in the fuel mixture be at least 12, 5 at.%, Which, according to calculations, increases the melting point of the fuel to 900 o C. Such a high melting point significantly narrows the choice of structural materials for the container of the active zone, makes p The factor is more expensive, and also reduces its reliability and safety.

Что же касается количественных показателей плутония в топливной смеси, то они выбраны исходя из того, что при значении плутония менее 1 ат.% топливная смесь в объеме активной зоны не достигает критичности, тогда как при значениях плутония более 2 ат.% реактивность становится чрезмерно высокой, что ведет к снижению безопасности реактора, неоправданному усложнению и удорожанию системы управления и защиты реактора. As for the quantitative indicators of plutonium in the fuel mixture, they are selected on the basis that, with a plutonium value of less than 1 at.%, The fuel mixture in the core does not reach criticality, while when the plutonium value is more than 2 at.%, The reactivity becomes excessively high , which leads to lower reactor safety, unjustified complication and cost of the reactor control and protection system.

Ввод топлива в контур циркуляции производится гидравлическим способом путем открытия вентиля 24. Топливо из бункера 23 потоком жидкометаллического теплоносителя (натрия) направляют в дисперсный теплообменник 12, а из него - в вихревой гидроциклон 13. В гидроциклоне 13 топливные гранулы отделяют от натрия и затем подают в активную зону 1. После чего вентиль 24 закрывается. The fuel is introduced into the circulation loop hydraulically by opening valve 24. Fuel from the hopper 23 is sent by a liquid metal coolant (sodium) stream to a dispersed heat exchanger 12, and from it to a vortex hydrocyclone 13. In the hydrocyclone 13, the fuel granules are separated from sodium and then fed to core 1. After that, valve 24 closes.

Контур охлаждения (на чертеже не показан) контейнера 2 активной зоны 1 может быть снабжен, например, электронагревателем (на чертеже не показан). Жидкометаллический теплоноситель, нагретый электронагревателем, подается к контейнеру 2 и через стенки нагревает и расплавляет гранулы топлива. Первоначальное расплавление топлива можно обеспечить также с помощью пусковой сборки 3 и/или органов регулирования 4. The cooling circuit (not shown) of the container 2 of the core 1 may be provided, for example, with an electric heater (not shown). The liquid metal coolant heated by an electric heater is supplied to the container 2 and heats and melts the fuel granules through the walls. The initial melting of the fuel can also be achieved using the launch assembly 3 and / or regulatory bodies 4.

Расплавленное в активной зоне 1 топливо через отверстия 6 в днище 5 контейнера 2 вытекает тонкими струями в газовую камеру 7, заполненную инертным газом, где под действием силы тяжести струи топлива разрываются на капли. Капли жидкого топлива падают в бассейн 8 с натрием, гранулируются без использования какого-то ни было вспомогательного оборудования и нагревают его. Высокая температура жидкого топлива и большая поверхность струй и капель жидкого топлива способствуют эффективному выходу газовых и летучих продуктов деления в газовой камере 7. Подключение к ней системы очистки от газовых и летучих продуктов деления 11 позволяет существенно повысить уровень безопасности реактора. The fuel melted in the core 1 through holes 6 in the bottom 5 of the container 2 flows in thin jets into a gas chamber 7 filled with an inert gas, where, under the action of gravity, the fuel jets burst into droplets. Drops of liquid fuel fall into pool 8 with sodium, granulate without using any auxiliary equipment, and heat it. The high temperature of liquid fuel and the large surface of the jets and droplets of liquid fuel contribute to the effective exit of gas and volatile fission products in the gas chamber 7. Connecting to it a system for cleaning gas and volatile fission products 11 can significantly improve the safety level of the reactor.

Из бассейна 8 гранулы топлива потоком натрия вновь через дисперсный теплообменник 12 выносятся к вихревому гидроциклону 13, где они отделяются от нагретого ими натрия, который уходит в промежуточный теплообменник 16 и там отдает тепло во второй контур. From the pool 8, the fuel granules are again transferred through a dispersed heat exchanger 12 to a vortex hydrocyclone 13 through a dispersed heat exchanger 12, where they are separated from the sodium heated by them, which goes into the intermediate heat exchanger 16 and transfers heat to the second circuit there.

Гранулы же топлива вместе с небольшой частью натрия (объемные доли топлива и теплоносителя примерно равны) опускаются в камере 18 до верхней части активной зоны 1, ограниченной уровнем расплавленного топлива, и входят в расплавленное топливо активной зоны 1. Натрий, как более легкая фракция (натрий в 20 раз легче топлива), всплывает и отводится из камеры 18 в коллектор низкого давления 17, а гранулы топлива под действием силы тяжести движутся по активной зоне 1 сверху вниз и расплавляются. Granules of fuel, together with a small part of sodium (volume fractions of fuel and coolant are approximately equal), are lowered in chamber 18 to the upper part of core 1, limited by the level of molten fuel, and enter the molten fuel of core 1. Sodium as a lighter fraction (sodium 20 times lighter than fuel), pops up and is diverted from the chamber 18 to the low pressure collector 17, and the fuel granules under the influence of gravity move down the core 1 from top to bottom and melt.

Из промежуточного теплообменника 16 охлажденный натрий через коллектор низкого давления 17 поступает на циркуляционный насос 19, из него - в коллектор высокого давления 20, а оттуда натрий поступает на впрыски 21 контура циркуляции топлива и других устройств и, в частности, бункера 23, из которого, по мере выгорания плутония, в циркуляционный контур начинают поступать гранулы минорных актиноидов для поддержания реактора в критическом состоянии. From the intermediate heat exchanger 16, the cooled sodium through the low pressure manifold 17 enters the circulation pump 19, from it into the high pressure manifold 20, and from there the sodium enters the injections 21 of the fuel circuit and other devices and, in particular, the hopper 23, from which as plutonium burns out, granules of minor actinides begin to enter the circulation loop to maintain the reactor in critical condition.

Топливо с выгоревшим плутонием, содержащее твердые и, частично, газообразные и летучие продукты деления, отводят в бункер 25, для чего нормально закрытым клапаном открывают трубопровод 26 и нормально открытым клапаном 15 перекрывают трубопровод 14. После этого клапаны 15 и 27 приводятся в нормальное положение. Fuel with burnt plutonium, containing solid and partially gaseous and volatile fission products, is diverted to the hopper 25, for which a pipeline 26 is opened with a normally closed valve and pipeline 14 is closed with a normally open valve 15. After that, valves 15 and 27 are brought to their normal position.

Чтобы обеспечить равновесный состав топлива в активной зоне 1 в процессе работы быстрого гомогенного реактора, содержание МА в нем постепенно увеличивают до 3-3,5 ат.%%, а оставшийся объем активной зоны 1 заполняют алюминием. To ensure the equilibrium composition of the fuel in the core 1 during operation of a fast homogeneous reactor, the MA content in it is gradually increased to 3-3.5 at. %%, and the remaining volume of the core 1 is filled with aluminum.

При таком составе топливной смеси реактор выходит на стационарный режим работы с избыточной реактивностью, близкой к нулю. В этом режиме при содержании в топливе МА менее 3 ат.% топливная смесь в объеме активной зоны не достигает критичности, тогда как при значении содержания МА в топливе больше 3,5 ат. % появляется высокая избыточная реактивность, что ведет к снижению безопасности реактора. With this composition of the fuel mixture, the reactor enters a stationary mode of operation with excess reactivity close to zero. In this mode, when the MA content in the fuel is less than 3 at.%, The fuel mixture in the core volume does not reach criticality, while when the MA content in the fuel is more than 3.5 at. % high excess reactivity appears, which leads to a decrease in reactor safety.

После того, как топливо достигнет указанного равновесного состава, т.е. МА - 3-3,5 ат. %%, Аl - 96,5-97 ат.%%, эксплуатация гомогенного быстрого реактора может продолжаться до сжигания всех скопившихся на данный момент в запасе актиноидов. After the fuel reaches the specified equilibrium composition, i.e. MA - 3-3.5 at. %%, Al - 96.5-97 at. %%, operation of a homogeneous fast reactor can continue until all actinides accumulated in the stockpile are burned.

В какой-то момент времени, однако, запасы актиноидов придут к концу, а в активной зоне 1 какое-то их количество сохранится. Тогда для того, чтобы выжечь и эти остатки, а заодно и сократить накопленные запасы плутония, а также, если реактор не выработал свой ресурс, чтобы и дальше получать электроэнергию и тепло, начинают добавлять к топливу из актиноидов и алюминия гранулы плутония, компенсируя выгорание актиноидов и поддерживая, тем самым, реактор в критическом состоянии. После выжигания минорных актиноидов получают топливо в виде сплава, содержащего 1-2 ат.%% плутония и 98-99 ат.%% алюминия, и до завершения кампании реактор продолжают работать на топливе данного состава. At some point in time, however, the reserves of actinides will come to an end, and in the active zone 1 some of them will remain. Then, in order to burn out these residues, and at the same time to reduce the accumulated plutonium reserves, as well as if the reactor has not exhausted its resources in order to continue to receive electricity and heat, they start adding plutonium granules to the fuel from actinides and aluminum, compensating for the burning out of actinides and thereby supporting the reactor in critical condition. After burning minor actinides, the fuel is obtained in the form of an alloy containing 1-2 at. %% plutonium and 98-99 at. %% aluminum, and until the end of the campaign, the reactor continues to run on fuel of this composition.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволит уничтожить высокорадиоактивные и долгоживущие продукты облучения ядерного топлива - минорные актиноиды, уменьшить массу наработанного плутония и радиоактивных отходов, подлежащих захоронению, расширить выбор конструкционных материалов для изготовления контейнера активной зоны и снизить его стоимость, повысить надежность, безопасность и экономичность реактора. Thus, the application of the proposed method will destroy highly radioactive and long-lived products of nuclear fuel irradiation - minor actinides, reduce the mass of produced plutonium and radioactive waste to be disposed of, expand the selection of structural materials for the manufacture of the core container and reduce its cost, increase reliability, safety and efficiency the reactor.

Claims (3)

1. Способ эксплуатации быстрого гомогенного ядерного реактора, заключающийся в том, что отработанное ядерное топливо в виде гранул загружают в активную зону, затем топливо в активной зоне расплавляют, выводят часть топлива из зоны, гранулируют его, отделяют от жидкометаллического теплоносителя и снова подают в активную зону, отличающийся тем, что из отработанного топлива извлекают минорные актиноиды и гранулируют их, равномерно перемешивают гранулы плутония с гранулами алюминия, получают топливную смесь, содержащую 1-2 ат. %% плутония, остальное - алюминий, которую используют в качестве топлива для начальной загрузки активной зоны, расплавляют топливо начальной загрузки в активной зоне и доводят реактор до критического состояния, отгружают часть выгоревшего топлива, удаляют продукты деления и компенсируют выгорание плутония добавлением к топливу гранул минорных актиноидов, после выгорания плутония получают топливо в виде металлического сплава, содержащего 3-3,5 ат. %% минорных актиноидов и 96,5-97 ат. %% алюминия, и продолжают эксплуатацию быстрого гомогенного реактора, поддерживая полученный состав топлива до конца процесса выжигания накопленных минорных актиноидов. 1. The method of operation of a fast homogeneous nuclear reactor, which consists in the fact that spent nuclear fuel in the form of granules is loaded into the active zone, then the fuel in the active zone is melted, some of the fuel is removed from the zone, granulated, separated from the liquid metal coolant and again fed into the active zone, characterized in that minor actinides are extracted from the spent fuel and granulated, plutonium granules are mixed uniformly with aluminum granules, and a fuel mixture containing 1-2 at. %% plutonium, the rest is aluminum, which is used as fuel for the initial loading of the active zone, the initial loading fuel is melted in the active zone and the reactor is brought to a critical state, part of the burned fuel is discharged, fission products are removed, and plutonium is burned out by adding minor pellets actinides, after burning plutonium get fuel in the form of a metal alloy containing 3-3.5 at. %% minor actinides and 96.5-97 at. %% aluminum, and continue to operate a fast homogeneous reactor, maintaining the resulting fuel composition until the end of the process of burning accumulated minor actinides. 2. Способ эксплуатации быстрого гомогенного реактора по п. 1, отличающийся тем, что из плутония и алюминия изготавливают металлический сплав, содержащий 1-2 ат. %% плутония, остальное - алюминий, которые затем гранулируют. 2. A method of operating a fast homogeneous reactor according to claim 1, characterized in that a metal alloy containing 1-2 at. %% plutonium, the rest is aluminum, which is then granulated. 3. Способ эксплуатации быстрого гомогенного ядерного реактора по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выгорание минорных актиноидов в активной зоне компенсируют добавлением в топливо гранул плутония, после сжигания минорных актиноидов получают топливо в виде металлического сплава, содержащего 1-2 ат. %% плутония, остальное - алюминий, и продолжают эксплуатацию быстрого гомогенного реактора, поддерживая полученный состав топлива до конца процесса сжигания имеющегося запаса плутония. 3. A method for operating a fast homogeneous nuclear reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the burnout of minor actinides in the core is compensated by adding plutonium granules to the fuel, after burning minor actinides, the fuel is obtained in the form of a metal alloy containing 1-2 at. %% plutonium, the rest is aluminum, and they continue to operate a fast homogeneous reactor, maintaining the resulting fuel composition until the end of the process of burning the existing stock of plutonium.
RU2000123746/06A 1998-07-15 1998-07-15 Method for servicing fast homogeneous reactor RU2184995C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000123746/06A RU2184995C2 (en) 1998-07-15 1998-07-15 Method for servicing fast homogeneous reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000123746/06A RU2184995C2 (en) 1998-07-15 1998-07-15 Method for servicing fast homogeneous reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2184995C2 true RU2184995C2 (en) 2002-07-10

Family

ID=20240117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000123746/06A RU2184995C2 (en) 1998-07-15 1998-07-15 Method for servicing fast homogeneous reactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2184995C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2537481C1 (en) * 2013-11-05 2015-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Heat exchanging unit of submersible type for nuclear reactor with lead coolant

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2537481C1 (en) * 2013-11-05 2015-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Heat exchanging unit of submersible type for nuclear reactor with lead coolant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Broughton et al. A scenario of the Three Mile Island unit 2 accident
KR102166205B1 (en) A practical molten salt fission reactor
RU2608082C2 (en) Dual-fluid reactor
US10147506B2 (en) Conformal core cooling and containment structure
Fischer et al. Core melt stabilization concepts for existing and future LWRs and associated research and development needs
GB2030347A (en) Nuclear Reactor Containment
CN108550406A (en) Reactor core fusant capturing device
JP3263402B2 (en) Clearance structure for reactor vessel
RU2184995C2 (en) Method for servicing fast homogeneous reactor
Endo et al. Elimination of recriticality potential for the self-consistent nuclear energy system
RU2063071C1 (en) Emergency core-disruptive cooling system for nuclear power reactor
JP2002181976A (en) Nuclear reactor and nuclear plant equipped with the same
RU2122750C1 (en) Nuclear power system operating process
CN105609146B (en) A kind of reactor core fusant trap
US9911514B2 (en) Nuclear reactor cavity floor passive heat removal system
JPH067179B2 (en) Self-refining molten metal fuel furnace
Lee et al. Inert matrix fuel—A new challenge for material technology in the nuclear fuel cycle
RU2169953C2 (en) Nuclear-reactor core melt trap
Park et al. An investigation of an in-vessel corium retention strategy for the Wolsong pressurized heavy water reactor plants
Osetek et al. The TMI-2 accident evaluation program
Kayser et al. The reactivity risk in fast reactors and the related international experimental programmes CABRI and SCARABEE
Lee et al. A review of the core catcher design in LMR
JPH07191171A (en) Small-sized atomic reactor using liquid nuclear fuel
Chambers et al. Depressurization to mitigate direct containment heating
Marguet Pressurized Water Reactors of the Twenty-First Century

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050716