RU2485612C1 - Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды - Google Patents
Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485612C1 RU2485612C1 RU2011153923/07A RU2011153923A RU2485612C1 RU 2485612 C1 RU2485612 C1 RU 2485612C1 RU 2011153923/07 A RU2011153923/07 A RU 2011153923/07A RU 2011153923 A RU2011153923 A RU 2011153923A RU 2485612 C1 RU2485612 C1 RU 2485612C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- peripheral
- subzone
- assemblies
- fuel assemblies
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано в ядерных реакторах. Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды размещена в шахте (11) и разделена по радиусу выгородкой (2) на периферийную и центральную подзоны. В периферийной и центральной подзонах обеспечивают движение теплоносителя соответственно сверху вниз и снизу вверх. В активной зоне используют безчехловые тепловыделяющие сборки. В периферийной подзоне шаг размещения тепловыделяющих сборок, по меньшей мере, в 1,02 раза больше шага размещения тепловыделяющих сборок в центральной подзоне. В центральной подзоне размещают тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом (7). В периферийной подзоне наряду с тепловыделяющими сборками с твэлами с МОХ-топливом (7) располагают тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом и младшими актинидами (8). Твэлы с младшими актинидами (6) устанавливают в периферийных рядах тепловыделяющих сборок. Тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом и младшими актинидами (8) устанавливают в периферийных рядах периферийной подзоны и выдерживают их в активной зоне, по меньшей мере, в течение двух кампаний. Технический результат изобретения состоит в замыкании топливного цикла и глубоком выжигании младших актинидов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано в ядерных реакторах с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды.
Известен ядерный реактор с быстрым спектром нейтронов, охлаждаемый натрием БН-1200 [Поплавский В.М. и др. Активная зона и топливный цикл для перспективного быстрого натриевого реактора. Атомная энергия, 2010, т.108, вып.4, стр.206-211].
В известном ядерном реакторе предлагают использовать МОХ-топливо на основе ОЯТ и плутония и выжигание младших актинидов (Am, Cm). В части тепловыделяющих сборок (выжигательные сборки - ВС ~ 10% от общего количества) твэлы изготавливаются из смеси MgO+(Am+Cm)O2. В нее добавляется часть твэлов с МОХ-топливом из основного состава. Однако как показано расчетными исследованиями, в выжигательной сборке за кампанию топлива младшие актиниды выгорают только на ~ 45% и, следовательно, такие твэлы нужно включать в дальнейший рецикл. За проектируемый срок работы реактора (50 лет) при таком режиме выгорания топлива и младших актинидов количество последних уменьшается в ~ 2 раза по отношению к первым загрузкам.
Для более глубокого выгорания младших акинидов, чтобы их оставалось после выгорания около 10% и такие твэлы можно без дальнейшей переработки отправить на длительное хранение, предлагается «смягчить» спектр нейтронов в выжигательной сборке размещением в центральной части гидрида циркония. Твэлы в этом случае изготавливаются из смеси ZrO+(Am+Cm)O2 - такая композиция не растворяется в кислотах и воде при длительном захоронении. В таких тепловыделяющих сборках за кампанию (5 лет) младшие актиниды выгорают и остается их ~ 10÷12%. Однако введение гидрида циркония в выжигательные сборки приводит к смягчению спектра нейтронов в соседних тепловыделяющих сборках и к увеличению их мощности в 4-5 раз, что недопустимо по условиям эксплуатации. Для уменьшения влияния выжигающих сборок на тепловыделяющие сборки требуется уменьшение количества в них младших актинидов и чтобы выжигать накапливаемое количество младших актинидов требуется увеличить количество выжигательных сборок до 180 шт., чего не позволяет конструкция реактора.
Недостатком известного технического решения является относительно малая доля выжигания младших актинидов и необходимость дальнейшего использования отработавших твэлов с младшими актинидами в рециклах.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является водоохлаждаемый реактор 4-го поколения со сверхкритическим давлением теплоносителя (ВВЭР-СКД) [Глебов А.П., Клушин А.В. Реактор с быстрорезонансным спектром нейтронов, охлаждаемый водой сверхкритического давления при двухходовой схеме движения теплоносителя. Атомная энергия, 2006, т.100, вып.5, стр.349-356].
В указанном реакторе активная зона разделена для движения теплоносителя на две подзоны: периферийную подзону, которая охлаждается при опускном движении теплоносителя (tвх/tвых=290/385°С при Р=25 МПа) и имеющую резонансный спектр, и центральную подзону, охлаждаемую восходящим потоком теплоносителя (tвх/tвых=385/540°С, Р=24,5 МПа) с быстрым спектром нейтронов. Центральную и периферийную подзоны набирают из примерно равного количества тепловыделяющих сборок и разделяют выгородкой.
Недостатком указанного технического решения является наличие относительно "жесткого" спектра нейтронов в центральной и периферийной подзонах, что не позволяет осуществлять глубокое выжигание младших актинидов.
Для исключения указанного недостатка в активной зоне с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды, размещенной в шахте и разделенной по радиусу выгородкой на периферийную и центральную подзоны, в которой в периферийной и центральной подзонах обеспечивают движение теплоносителя соответственно сверху вниз и снизу вверх, предлагается:
- в активной зоне использовать безчехловые тепловыделяющие сборки;
- в периферийной подзоне шаг размещения тепловыделяющих сборок обеспечить, по меньшей мере, в 1,02 раза большим, чем шаг размещения тепловыделяющих сборок в центральной подзоне;
- в центральной подзоне разместить тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом;
- в периферийной подзоне наряду с тепловыделяющими сборками с твэлами с МОХ-топливом расположить тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом и младшими актинидами;
- тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом и младшими актинидами установить в периферийных рядах периферийной подзоны и выдерживать их в активной зоне, по меньшей мере, в течение двух кампаний.
На фигурах 1 и 2 представлены соответственно продольное осевое сечение активной зоны и поперечное сечение тепловыделяющей сборки из периферийной подзоны. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - верхняя решетка; 2 - выгородка; 3 - днище шахты; 4 - направляющий канал; 5 - нижняя решетка; 6 и 7 - твэлы с МОХ-топливом и младшими актинидами и МОХ-топливом соответственно; 8 - тепловыделяющая сборка с твэлами с МОХ-топливом и младшими актинидами периферийной подзоны, 9 - тепловыделяющая сборка с твэлами с МОХ-топливом центральной подзоны, 10 - центральная трубка; 11 - шахта.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды размещена в шахте 11 и разделена по радиусу выгородкой 2 на периферийную и центральную подзоны.
В периферийной и центральной подзонах обеспечивают движение теплоносителя соответственно сверху вниз и снизу вверх.
В активной зоне используют безчехловые тепловыделяющие сборки.
Использование безчехловых тепловыделяющих сборок по сравнению с чехловыми тепловыделяющими сборками при сохранении состава топлива и количества твэлов позволяет увеличить кампанию топлива примерно на 10%.
В указанном реакторе активная зона разделена для движения теплоносителя на две подзоны: периферийную, которая охлаждается при опускном движении теплоносителя (tвх/tвых=290/385°С при Р=25 МПа) и имеющую резонансный спектр, и центральную подзону, охлаждаемую восходящим потоком теплоносителя (tвх/tвых=385/540°С, Р=24,5 МПа) с быстрым спектром нейтронов. Центральную и периферийную подзоны набирают из примерно равного количества тепловыделяющих сборок и разделяют выгородкой 2.
В периферийной подзоне шаг размещения тепловыделяющих сборок, по меньшей мере, в 1,02 раза больше шага размещения тепловыделяющих сборок в центральной подзоне.
Обеспечение указанного шага размещения тепловыделяющих сборок вместе с существенно большей плотностью теплоносителя позволяет еще более смягчить спектр нейтронов в периферийной подзоне. Для выравнивания энерговыделения по твэлам в тепловыделяющих сборках, установленных в перифериной подзоне, обогащение топлива в периферийном ряду твэлов можно уменьшить в ~ 2 раза.
В центральной подзоне размещают тепловыделяющие сборки 9 с твэлами с МОХ-топливом 7, а в периферийной подзоне кроме тепловыделяющих сборок 9 с твэлами с МОХ-топливом 7 располагают тепловыделяющие сборки 8 с твэлами с МОХ-топливом и младшими актинидами 6.
Твэлы с младшими актинидами 6 устанавливают в периферийных рядах тепловыделяющих сборок 8.
Тепловыделяющие сборки 8 с твэлами с МОХ-топливом 7 и младшими актинидами 6 устанавливают в периферийных рядах периферийной подзоны и выдерживают их в активной зоне, по меньшей мере, в течение двух кампаний.
В периферийных рядах периферийной подзоны твэлы 6 состоят из композиции 35% ZrO+65% (Am+Cm)O2 (фиг.2).
Активная зона работает следующим образом.
Водяной теплоноситель поступает в периферийную подзону активной зоны и охлаждает ее при движении сверху вниз, затем разворачивается и охлаждает центральную подзону при движении снизу вверх и выходит из нее уже в виде пара. В центральной подзоне формируется быстрый спектр нейтронов, а в периферийной подзоне резонансный спектр нейтронов.
В результате выполнения предварительных расчетов показано следующее.
За 10 лет работы в предлагаемой активной зоне накапливается ~ 1300 кг младших актинидов (из них 90% Am и 10% Cm) при стационарном режиме перегрузок при кампании 5 лет для тепловыделяющих сборок с твэлами с МОХ-топливом и 10 лет для тепловыделяющих сборок 8 с твэлами с МОХ-топливом 7 и младшими актинидами 6. Часть накопленных младших актинидов распадается за 3-4 года выдержки отработавшего ядерного топлива в пристанционных хранилищах до переработки и фабрикации нового топлива.
Проведены расчеты топливного цикла в 3-мерной гексагональной геометрии и 5-групповом приближении по программному комплексу WIMS-ACADEM.
Поскольку тепловыделяющие сборки 8 с твэлами с МОХ-топливом 7 и младшими актинидами 6 размещаются на периферии подзоны, то достигаемые параметры в твэлах с МОХ-топливом 7 за 10 лет составляют: повреждающая доза ~ 60 сна и максимальная энерговыработка ~ 90 МВт·сут/кг т.а. не превышают проектных параметров.
В твэлах с младшими актинидами 6 за 10 лет выгорания остается ~ 12% младших актинидов от начального значения и такие твэлы можно отправлять на длительное захоронение. Всего в 24 тепловыделяющие сборки 8 загружают 1230 кг младших актинидов. Таким образом, все младшие актиниды, которые накопились в ядерном реакторе за 10 лет работы, могут за это же время выгореть и для этого нужно ~ 24 тепловыделяющие сборки.
Можно увеличить количество тепловыделяющих сборок с твэлами с младшими актинидами 6 в активной зоне. Тогда можно выжигать младшие актиниды, накопленные в отработанном ядерном топливе других ядерных реакторов.
Пример конкретного исполнения
Конструктивные характеристики элементов активной зоны и тепловыделяющих сборок: центральная трубка 10 размером ⌀ 10,7 мм × 1 мм; 18 направляющих каналов 4 под ПЭЛ размером ⌀ 10,7 мм × 0,55 мм; 138 твэлов с МОХ-топливом 7 (ОЯТ+PuO2, γPuO2=0,7 г/см3); 114 твэлов с младшими актинидами 6. Конструкционный материал всех элементов - сталь ЭП-172; количество твэлов в тепловыделяющей сборке - 252 шт, количество тепловыделяющих сборок в активной зоне - 241 шт.; высота/эквивалентный диаметр активной зоны - 3,76/3,38 м.
Теплогидравлические характеристики реакторной установки: тепловая/электрическая мощность - 3830/1700 МВт; давление теплоносителя - 25,0 МПа; температура теплоносителя, вход/выход - 290/540°С; расход теплоносителя через реактор - 6750 т/час; средняя энергонапряженность активной зоны - 115 Вт/см3; средний линейный тепловой поток с твэла - 170 Вт/см.
Шаг размещения тепловыделяющих сборок в центральной 9 и периферийной 8 подзонах составляет соответственно 205 мм и 210 мм.
В периферийной подзоне наряду с тепловыделяющими сборками с твэлами с МОХ-топливом 9 размещаются тепловыделяющие сборки 8 с твэлами с МОХ-топливом 7 и младшими актинидами 6, в которых в двух периферийных рядах твэлы 6 состоят из композиции 35% ZrO + 65% (Am+Cm)O2.
Кампания тепловыделяющих сборок центральной 9 и периферийной 8 подзон составляет 5 × 300 эфф. суток с использованием ежегодных частичных перегрузок. Тепловыделяющие сборки 8 с твэлами с МОХ-топливом 7 и младшими актинидами 6 размещаются в двух последних рядах периферийной подзоны и находятся там двойную кампанию (10 календарных лет) без перестановок, после чего выгружаются.
Технический результат изобретения состоит в замыкании топливного цикла и глубоком выжигании младших актинидов.
Claims (1)
- Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды, размещенная в шахте, разделена по радиусу выгородкой на периферийную и центральную подзоны, при этом в периферийной и центральной подзонах обеспечивают движение теплоносителя соответственно сверху вниз и снизу вверх, отличающаяся тем, что в активной зоне используют безчехловые тепловыделяющие сборки, в периферийной подзоне шаг размещения тепловыделяющих сборок, по меньшей мере, в 1,02 раза больше шага размещения тепловыделяющих сборок в центральной подзоне, в центральной подзоне размещают тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом, в периферийной подзоне наряду с тепловыделяющими сборками с твэлами с МОХ-топливом располагают тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом и младшими актинидами, причем твэлы с младшими актинидами установлены в периферийных рядах тепловыделяющих сборок, а тепловыделяющие сборки с твэлами с МОХ-топливом и младшими актинидами устанавливают в периферийных рядах периферийной подзоны и выдерживают их в активной зоне, по меньшей мере, в течение двух кампаний.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011153923/07A RU2485612C1 (ru) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011153923/07A RU2485612C1 (ru) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2485612C1 true RU2485612C1 (ru) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011153923/07A RU2485612C1 (ru) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485612C1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1463064A2 (en) * | 2003-03-20 | 2004-09-29 | Hitachi, Ltd. | Boiling water reactor core and fuel assemblies therefor |
| US20080205576A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-08-28 | Renzo Takeda | Light water reactor, core of light water reactor and fuel assembly |
-
2012
- 2012-03-05 RU RU2011153923/07A patent/RU2485612C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1463064A2 (en) * | 2003-03-20 | 2004-09-29 | Hitachi, Ltd. | Boiling water reactor core and fuel assemblies therefor |
| US20080205576A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-08-28 | Renzo Takeda | Light water reactor, core of light water reactor and fuel assembly |
| EP2230668A1 (en) * | 2007-02-28 | 2010-09-22 | Hitachi, Ltd. | Core of light water reactor and fuel assembly |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАРАНАЕВ Ю.Д. и др. Реактор, охлаждаемый водой сверхкритического давления, ВВЭР-СКД " основной претендент в "Супер-ВВЭР", 7-я МНТК "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР" ОКБ "ГИДРОПРЕСС", Подольск, 20 мая 2011, раздел 7, рис.5. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3428150B2 (ja) | 軽水炉炉心及び燃料集合体 | |
| Kodochigov et al. | Neutronic features of the GT-MHR reactor | |
| JP2002122687A (ja) | 原子炉炉心および原子炉運転方法 | |
| KR20110044267A (ko) | 혼합 산화물 연료조립체 | |
| Hartanto et al. | Alternative reflectors for a compact sodium-cooled breed-and-burn fast reactor | |
| KR102605338B1 (ko) | 도플러 반응도 증대 장치 | |
| Şahin et al. | Investigation of CANDU reactors as a thorium burner | |
| CZ181294A3 (en) | Light-water pile without abrupt multiplication and with economic use of thorium | |
| RU2541516C1 (ru) | Способ эксплуатации ядерного реактора в ториевом топливном цикле с расширенным воспроизводством изотопа 233u | |
| Şahin et al. | Increased fuel burn up in a CANDU thorium reactor using weapon grade plutonium | |
| Scott | Stable salt fast reactor | |
| Hartanto et al. | An optimization study on the excess reactivity in a linear breed-and-burn fast reactor (B&BR) | |
| Zheng et al. | Study of traveling wave reactor (TWR) and CANDLE strategy: A review work | |
| RU2485612C1 (ru) | Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды | |
| Tran et al. | An optimal loading principle of burnable poisons for an OTTO refueling scheme in pebble bed HTGR cores | |
| JP2003222694A (ja) | 軽水炉炉心及び燃料集合体並びに制御棒 | |
| KR101694409B1 (ko) | 토륨 증식을 위한 원자로 노심 및 이의 이용방법 | |
| KR20190086888A (ko) | 토륨 기반 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로 | |
| JP2011174728A (ja) | 反射体制御型原子炉 | |
| Nguyen et al. | Optimization of reactor size in the small sodium-cooled CANDLE burning reactor | |
| RU2619599C1 (ru) | Способ эксплуатации ядерного реактора в уран-ториевом топливном цикле с наработкой изотопа 233u | |
| JP6073555B2 (ja) | 初装荷炉心 | |
| Kim et al. | Neutronics feasibility of simple and dry recycling technologies for a self-sustainable breed-and-burn fast reactor | |
| Galahom | Improving the neutronic characteristics of a boiling water reactor by using uranium zirconium hydride fuel instead of uranium dioxide fuel | |
| JP2008281501A (ja) | 軽水型原子炉の炉心 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160315 |