RU2537013C2 - Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors - Google Patents
Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537013C2 RU2537013C2 RU2012153208/05A RU2012153208A RU2537013C2 RU 2537013 C2 RU2537013 C2 RU 2537013C2 RU 2012153208/05 A RU2012153208/05 A RU 2012153208/05A RU 2012153208 A RU2012153208 A RU 2012153208A RU 2537013 C2 RU2537013 C2 RU 2537013C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- regenerated
- enriched
- fuel
- plutonium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/42—Reprocessing of irradiated fuel
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/62—Ceramic fuel
- G21C3/623—Oxide fuels
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ядерных технологий и, в частности, к топливу АЭС на тепловых нейтронах.The invention relates to the field of nuclear technology and, in particular, to nuclear fuel using thermal neutrons.
В настоящее время водоохлаждаемые реакторы АЭС, среди которых большинство составляют реакторы под давлением (PWR, ВВЭР), загружают топливной композицией из диоксида урана UO2, содержащей для реакторов под давлением 3,5-5% изотопа 235U (30-50 кг/т U). Это необходимо для обеспечения среднего выгорания облученного ядерного топлива (ОЯТ) 30-50 ГВт∗сут/т ТМ (тяжелые металлы + продукты деления - ПД) в загрузке с тенденцией к его увеличению до 70 ГВт∗сут/т ТМ. Такое высокое выгорание достигается путем рационального перемещения ОЯТ по зонам реактора, причем число таких ежегодных перегрузок при кампании реактора 1 год растет с ростом выгорания.Currently, water-cooled reactors of nuclear power plants, most of which are pressure reactors (PWR, VVER), are loaded with a uranium dioxide UO2 fuel composition containing 3.5–5% of the 235 U isotope (30–50 kg / t U for reactors) ) This is necessary to ensure an average burnup of irradiated nuclear fuel (SNF) of 30-50 GW * day / t HM (heavy metals + fission products - PD) in the load with a tendency to increase it to 70 GW * day / t HM. Such high burnup is achieved by the rational movement of spent nuclear fuel through the reactor zones, and the number of such annual overloads during a 1 year reactor campaign increases with burnup.
ОЯТ ВВЭР-1000 с начальным обогащением 4,33% (43,3 кг/т) 235U и выгоранием 50 ГВт∗сут/т содержит 8,6 кг/т 235U при наличии 5,7 кг/т 236U, являющегося умеренным поглотителем нейтронов, а также 11 кг/т Pu, в том числе 7,7 кг/т суммы нечетных (делящихся) изотопов 239+241Pu. За вычетом компенсации четных изотопов, энергетический потенциал делящихся изотопов составляет для ОЯТ ВВЭР и PWR-1300 ~30-35% от исходного и принципиально может быть использован повторно после переработки ОЯТ АЭС. Однако для этого существуют различного рода ограничения как по конструкции реакторов, так и по биологической защите при изготовлении регенерированного топлива для реакторов.VVER-1000 SNF with an initial enrichment of 4.33% (43.3 kg / t) 235 U and a burnup of 50 GW * day / t contains 8.6 kg / t 235 U with 5.7 kg / t 236 U, which is moderate neutron absorber, as well as 11 kg / t of Pu, including 7.7 kg / t of the sum of the odd (fissile) isotopes 239 + 241 Pu. Excluding compensation of even isotopes, the energy potential of fissile isotopes for SNF VVER and PWR-1300 is ~ 30-35% of the initial one and can in principle be reused after reprocessing the SNF of the NPP. However, for this there are various kinds of limitations both in the design of reactors and in biological protection in the manufacture of regenerated fuel for reactors.
В настоящее время в России в реакторах РБМК и ВВЭР-1000 частично используется регенерированный уран, а смешанное уран-плутониевое регенерированное топливо в реакторах под давлением частично используется только во Франции, причем уран и плутоний разделяются при переработке ОЯТ. Плутоний указанного или близкого к нему изотопного состава с содержанием 60 кг/т используется в виде смешанного с обедненным ураном (2,5 кг/т 235U) оксидного топлива (МОКС), которым загружают 30% зоны устаревших реакторов PWR-900, что составляет 40% энергетических мощностей АЭС, то есть с использованием регенерированного плутония производится всего 12% электроэнергии на АЭС. Соответствующее количество ОЯТ перерабатывается на заводе UP-2 во Франции, а остальное ОЯТ (~40%) складируется. Во Франции выделенный регенерированный уран обогащается в экспериментальном порядке с загрузкой активной зоны (АЗ) двух реакторов (3% мощностей) с перспективой увеличения до 24% мощности в течение 5 лет за счет накопленного регенерата прежних лет. ОЯТ из регенерированных материалов серийно не перерабатывается.Currently, in Russia, RBMK and VVER-1000 reactors partially use regenerated uranium, and mixed uranium-plutonium regenerated fuel in pressure reactors is partially used only in France, with uranium and plutonium being separated during reprocessing of spent nuclear fuel. Plutonium of the indicated or close isotopic composition with a content of 60 kg / t is used as oxide fuel mixed with depleted uranium (2.5 kg / t 235 U), which load 30% of the zone of obsolete PWR-900 reactors, which is 40% of the energy capacity of nuclear power plants, that is, using regenerated plutonium, only 12% of the electricity produced at nuclear power plants is produced. The corresponding amount of SNF is processed at the UP-2 plant in France, and the rest of the SNF (~ 40%) is stored. In France, the separated regenerated uranium is enriched experimentally with the loading of the active zone (AZ) of two reactors (3% of capacity) with the prospect of increasing to 24% of capacity over 5 years due to the accumulated regenerate of previous years. SNF from reclaimed materials is not serially processed.
Следует отметить, что МОКС-топливо, состоящее из регенерированного плутония и обедненного природного урана, является единственным видом смешанного оксидного топлива, используемым так или иначе в промышленном масштабе. Причины, по которым плутоний смешивают именно с обедненным ураном, находятся за пределами рассматриваемого способа.It should be noted that MOX fuel, consisting of regenerated plutonium and depleted natural uranium, is the only type of mixed oxide fuel used one way or another on an industrial scale. The reasons why plutonium is blended with depleted uranium is outside the scope of this process.
Расчеты, доказывающие возможность лишь частичной загрузки МОКС-топливом АЗ реакторов ВВЭР-1000, дают аналогичную картину, вследствие чего это решение пока не нашло применения на российских АЭС.Calculations proving the possibility of only partial loading of VVER-1000 reactors with MOX fuel give a similar picture, as a result of which this solution has not yet been applied at Russian nuclear power plants.
Серьезным дополнительным осложнением в реализации программы использования регенерированных материалов является необходимость производства топлива из них в защитном оборудовании (включая обогащение регенерированного урана) вследствие высокой токсичности плутония и достаточно сильного гамма-излучения дочерних актинидов как побочных продуктов ядерных реакций.A serious additional complication in the implementation of the program for using regenerated materials is the need to produce fuel from them in protective equipment (including the enrichment of regenerated uranium) due to the high toxicity of plutonium and sufficiently strong gamma radiation of daughter actinides as by-products of nuclear reactions.
Для преодоления отмеченного выше такого недостатка, как неполная загрузка АЗ реактора МОКС-топливом, была предложена композиция МИКС-топлива, предусматривающая сокращение количества плутония в стартовой композиции МОКС-топлива (регенерированный плутоний с обедненным ураном) при подпитке ее расчетным количеством природного обогащенного урана (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)). Таким топливом можно загрузить 100% активной зоны реактора PWR-1300 с обычной схемой ежегодных перегрузок, что позволяет неограниченно использовать его в ядерном топливном цикле (ЯТЦ) реакторов на тепловых нейтронах. Более того, такое топливо можно перерабатывать и использовать в циклическом режиме при соответствующей подпитке 235U между циклами. Эта композиция выбрана нами за прототип. Необходимо отметить, что использование первично регенерированного урана прототипом не охватывалось.To overcome the drawback noted above, such as incomplete loading of the AZ reactor with MOX fuel, a MICS fuel composition was proposed, which provides for a reduction in the amount of plutonium in the starting MOX fuel composition (regenerated plutonium with depleted uranium) when it is fed with the estimated amount of natural enriched uranium (Youinou G., Delpech M., Guillet JL, Puil A., Aniel S. Plutonium Management and Multirecycling in LWRs Using an Enriched Uranium Support. Proc. Int. Conf. Global′99, (USA, 1999)). Such fuel can load 100% of the core of the PWR-1300 reactor with the usual annual overload circuit, which allows it to be used unlimitedly in the nuclear fuel cycle (NFC) of thermal neutron reactors. Moreover, such fuel can be processed and used in cyclic mode with the corresponding recharge of 235 U between cycles. This composition is chosen by us for the prototype. It should be noted that the use of primarily regenerated uranium was not covered by the prototype.
Аналогичная композиция была обоснована нами для реактора ВВЭР-1000 (Павловичев A.M., Павлов В.И, Семченков Ю.М., Федоров Ю.С., Бибичев Б.А., Зильберман Б.Я. Нейтронно-физические характеристики активной зоны реактора ВВЭР-1000 со 100%-ной загрузкой топливом из смеси регенерированного урана, плутония и обогащенного урана. -Атомная энергия, 2008, т. 104, №4, с. 196-198) с тем отличием, что стартовой является неразделенная смесь урана и плутония, регенерированных при переработке ОЯТ ВВЭР-1000, при ведении в нее ранее выделенного регенерированного плутония, а также обогащенного природного урана (последнее аналогично прототипу). Циклирование этой композиции не рассматривалось, однако в более ранней работе (Федоров Ю.С., Бибичев Б.А., Зильберман Б.Я., Кудрявцев Е.Г. Использование регенерированного урана и плутония в тепловых реакторах. Атомная энергия. 2005. т. 99, вып. 2, с. 136-141) было описано многократное циклирование неразделенной смеси регенерированных урана и плутония при подпитке обогащенным природным ураном. Таким образом в ядерный топливный цикл (ЯТЦ) оказывался вовлеченным уран, регенерированный из ОЯТ АЭС. Регенерированное ядерное топливо, включающее в себя в том или ином виде смесь регенерированных урана и плутония, было названо РЕМИКС-топливом.We justified a similar composition for the VVER-1000 reactor (Pavlovichev AM, Pavlov V.I., Semchenkov Yu.M., Fedorov Yu.S., Bibichev B.A., Zilberman B.Ya. Neutron-physical characteristics of the core of the VVER reactor -1000 with 100% fuel loading from a mixture of regenerated uranium, plutonium and enriched uranium. -Atomic Energy, 2008, v. 104, No. 4, p. 196-198) with the difference that the starting mixture is an undivided mixture of uranium and plutonium recovered during reprocessing of VVER-1000 spent nuclear fuel, while maintaining previously allocated regenerated plutonium, as well as quenched natural uranium (the latter is similar to the prototype). The cycling of this composition was not considered, however, in an earlier work (Fedorov Yu.S., Bibichev B.A., Zilberman B.Ya., Kudryavtsev E.G. Use of regenerated uranium and plutonium in thermal reactors. Atomic energy. 2005. t 99, issue 2, pp. 136-141), multiple cycling of an undivided mixture of regenerated uranium and plutonium upon replenishment with enriched natural uranium was described. Thus, uranium regenerated from spent nuclear fuel was involved in the nuclear fuel cycle (NFC). Regenerated nuclear fuel, including in one form or another a mixture of regenerated uranium and plutonium, was called REMIX fuel.
Общим недостатком всех этих композиций является отсутствие сокращения в хранилищах количества ранее накопленного ОЯТ АЭС при некотором «распухании» его количества при циклировании вследствие недопустимости подпитки композиции обогащенным природным ураном оружейного качества или близким к нему (обогащение 80% 235U и более) из-за ограничений нераспространения оружейных ядерных материалов. В прототипе это усугубляется тем, что в цикл оказывается вовлеченным лишний обедненный уран из стартового МОКС-топлива. Вторым недостатком, вытекающим из первого, оказывается все расширяющееся изготовление плутонийсодержащего регенерированного топлива, требующее защитного исполнения производства, при соответствующем сокращении производства исходного ядерного топлива из природных материалов в обычном исполнении, вплоть до полного закрытия такого производства или выпуска только стартовых комплектов загрузки для новых АЭС. Очевидно, что такой ЯТЦ никогда не выйдет на стационарное состояние.A common drawback of all these compositions is the lack of reduction in the storage facilities of the previously accumulated SNF of the NPP with some “swelling” of its amount during cycling due to the inadmissibility of feeding the composition with enriched natural weapons-grade uranium or close to it (enrichment of 80% 235 U or more) due to limitations non-proliferation of weapons-grade nuclear materials. In the prototype, this is compounded by the fact that excess depleted uranium from the starting MOX fuel is involved in the cycle. The second drawback arising from the first is the ever-expanding production of plutonium-containing regenerated fuel, which requires a protective execution of the production, with a corresponding reduction in the production of original nuclear fuel from natural materials in the usual version, up to the complete closure of such production or the release of only starter loading kits for new nuclear power plants. Obviously, such a NFC will never reach a stationary state.
Задачей заявленного изобретения является разработка топливной композиции типа РЕМИКС, позволяющей полностью и одновременно утилизировать регенерированные уран и плутоний, выделенные из ОЯТ при 100%-ной загрузке зоны реактора.The objective of the claimed invention is to develop a fuel composition of the type REMIX, which allows to completely and simultaneously utilize the regenerated uranium and plutonium extracted from spent nuclear fuel at 100% loading of the reactor zone.
Это достигается тем, что в топливную оксидную композицию на основе регенерированного плутония вводят обогащенный регенерированный уран или его смесь с обогащенным природным ураном, при соотношении компонентов, определяемом энергетическим потенциалом, равным потенциалу свежеприготовленного топлива АЭС из обогащенного природного урана, обеспечивающим 100% загрузку активной зоны реактора. При этом обедненный регенерированный уран низкого ядерного качества выводится на захоронение как среднеактивные отходы (САО).This is achieved by the fact that enriched regenerated uranium or its mixture with enriched natural uranium is introduced into the fuel oxide composition based on regenerated plutonium, with a ratio of components determined by the energy potential equal to the potential of freshly prepared nuclear fuel from enriched natural uranium, providing 100% loading of the reactor core . At the same time, depleted regenerated uranium of low nuclear quality is disposed of as intermediate level waste (SAW) for disposal.
Такой результат может быть достигнут несколькими отличными путями. Например, может быть получена композиция в виде смеси оксидов плутония и части регенерированного урана в пределах норм нераспространения ядерных материалов (менее 19% суммы делящихся нуклидов в смеси), которая затем смешивается с обогащенным регенерированным ураном, удовлетворяющим тем же требованиям. При этом регенерированные материалы могут быть выделены в разное время, из ОЯТ различных партий и выгорания, в том числе от различных реакторов, причем они комплектуются исходя из расчетов эквипотенциальности (примерной эквивалентности энергопроизводства и характеристик сформированной активной зоны).Such a result can be achieved in several excellent ways. For example, a composition can be obtained in the form of a mixture of plutonium oxides and a portion of regenerated uranium within the limits of non-proliferation of nuclear materials (less than 19% of the amount of fissile nuclides in the mixture), which is then mixed with enriched regenerated uranium that satisfies the same requirements. At the same time, the recovered materials can be separated at different times from SNF of various batches and burnups, including from different reactors, and they are completed on the basis of calculations of equipotentiality (approximate equivalence of energy production and characteristics of the formed core).
Под понятием «равный энергетический потенциал» подразумевается количество энергии (выгорание, ГВт∗сут/т U), которое может произвести ядерное топливо в реакторе определенного типа до потери реактивности (способности к поддержанию цепной реакции) при загрузке всей зоны реактора или ее определенной части, что определяется балансом нейтронов и их характеристикой. Это обеспечивается определенным содержанием делящихся нуклидов (нечетных изотопов урана и плутония) с компенсацией ими содержащихся четных изотопов этих элементов. Поэтому топливо из регенерированных материалов является формально более обогащенным по делящимся изотопам, чем исходное топливо АЭС из природного обогащенного урана. Ядерное топливо из обогащенного природного урана зачастую содержит присадки того или иного количества модератора, то есть поглотителя избыточных нейтронов на старте кампании; таковым в реакторе ВВЭР-1000 является гадолиний. В топливе из регенерированных материалов роль модераторов играют четные изотопы урана и плутония. При необходимости тонкая регулировка состава композиции достигается введением в нее меньшего количества обогащенного природного урана.The term “equal energy potential” means the amount of energy (burnup, GW * day / t U) that can produce nuclear fuel in a reactor of a certain type until reactivity (ability to maintain a chain reaction) is lost while loading the entire zone of the reactor or a certain part of it, which is determined by the balance of neutrons and their characteristics. This is ensured by a certain content of fissile nuclides (odd isotopes of uranium and plutonium) with compensation for the even isotopes of these elements contained in them. Therefore, fuel from regenerated materials is formally more enriched in fissile isotopes than the original fuel of nuclear power plants from natural enriched uranium. Nuclear fuel from enriched natural uranium often contains additives of one or another amount of a moderator, that is, an absorber of excess neutrons at the start of a campaign; such in the VVER-1000 reactor is gadolinium. In fuel from regenerated materials, even isotopes of uranium and plutonium play the role of moderators. If necessary, fine adjustment of the composition is achieved by introducing a smaller amount of enriched natural uranium into it.
Следует отметить, что классическое МОКС-топливо не является эквипотенциальным топливу из природного обогащенного урана, так как эксплуатируется по специальной схеме при меньшем конечном выгорании и при меньшем числе ежегодных перегрузок. Кроме того, таким топливом можно загрузить только 30-40% зоны реакторов второго поколения с избытком реактивности (упомянутые выше PWR-900 во Франции).It should be noted that the classic MOX fuel is not equipotential fuel from natural enriched uranium, as it is operated according to a special scheme with less final burnup and fewer annual overloads. In addition, only 30-40% of the area of second generation reactors with excess reactivity (mentioned above PWR-900 in France) can be loaded with such fuel.
В реакторе ВВЭР-1000 стартовым обогащением при полной кампании стационарно работающего реактора с 4 ежегодными перегрузками при суммарном выгорании 50 ГВт∗сут/т является 4,34%; при выгорании 40 ГВт∗сут/т стартовое обогащение составляло 3,6%, а для ВВЭР-ТОИ оно будет равно 5,8% при выгорании 70 ГВТ∗сут/т. Для реактора РБМК-1000 стартовое обогащение равно 2,8% 235U при выгорании 28 ГВт∗сут/т,In the VVER-1000 reactor, starting enrichment during a full campaign of a stationary reactor with 4 annual overloads with a total burnup of 50 GW * day / t is 4.34%; with a burn-out of 40 GW * day / t, the initial enrichment was 3.6%, and for VVER-TOI it will be 5.8% with a burn-out of 70 GW * day / t. For the RBMK-1000 reactor, the starting concentration is 2.8% 235 U with a burnup of 28 GW * day / t,
Расчеты эквипотенциальных составов топлива в привязке к определенным зонам реакторов осуществляют с применением стандартных кодов МАГАТЭ (например, LA - UR=03-1987. MCNP - A General Monte Carlo Code, Version 5. Лицензия РИ C00710MNYCP01#7E83-67A4).The calculations of equipotential fuel compositions in relation to specific reactor zones are carried out using standard IAEA codes (for example, LA - UR = 03-1987. MCNP - A General Monte Carlo Code, Version 5. License RI C00710MNYCP01 # 7E83-67A4).
Заявляемую композицию получают, например, после переработки ОЯТ АЭС с помощью Пурекс-процесса в варианте получения реэкстракта плутония в смеси с частью регенерированного урана, полученного на последующей операции реэкстракт урана подвергают упариванию и денитрации, оксид урана фторируют и полученный UF6 обогащают по 235U до его содержания 5-6%, продукт дефторируют, а оксид от этой или одной из предшествующих партий растворяют в указанном выше реэкстракте с достижением расчетного изотопного состава, после чего смешанный продукт подвергают денитрации после упаривания или без него; из полученного твердого раствора смеси оксидов U и Pu плутония изготавливают топливные таблетки, а затем и тепловыделяющие сборки (ТВС). К обогащенному регенерированному урану может быть добавлена для регулировки энергетического потенциала небольшая часть (до 10%) обогащенного природного урана или регенерированного урана из ОЯТ с повышенным стартовым обогащением.The inventive composition is obtained, for example, after reprocessing the spent nuclear fuel of a nuclear power plant using the Purex process in the variant of producing a plutonium reextract in a mixture with part of the regenerated uranium obtained in a subsequent operation, the uranium reextract is subjected to evaporation and denitration, the uranium oxide is fluorinated and the obtained UF 6 is enriched in 235 U to its content is 5-6%, the product is defluorinated, and the oxide from this or one of the preceding batches is dissolved in the above reextract to achieve the calculated isotopic composition, after which I mixed the product denitration after or without evaporation of him; fuel pellets are made from the resulting solid solution of a mixture of U and Pu plutonium oxides, and then fuel assemblies (FA). A small part (up to 10%) of enriched natural uranium or regenerated uranium from spent nuclear fuel with increased starting enrichment can be added to enriched regenerated uranium to regulate the energy potential.
Облучение предлагаемой топливной композиции целесообразно вести в режиме максимального выгорания в специально выделенных для этого серийных реакторах при повышенном числе перегрузок с тем, чтобы уран из такого ОЯТ (или все ОЯТ целиком) по количеству изотопа 235U уже не представлял интереса в плане циклирования в ЗЯТЦ в ближнесрочной перспективе. Количество такого ОЯТ реакторов PWR (ВВЭР) сокращается в 3-5 раз по сравнению с первичным ОЯТ, в зависимости от его выгорания. При этом при переработке старого ОЯТ типа PWR топливная композиция может содержать дополнительное количество Pu, взятого со склада.It is advisable to irradiate the proposed fuel composition in the maximum burnup mode in specially designed serial reactors with an increased number of overloads so that the uranium from such SNF (or all SNF as a whole) by the amount of 235 U isotope is no longer of interest in terms of cycling in the nuclear fuel cycle the near term. The amount of such spent fuel from a PWR (VVER) reactor is reduced by 3-5 times compared with the primary spent fuel, depending on its burnout. At the same time, when reprocessing old SNF of the PWR type, the fuel composition may contain additional Pu taken from the warehouse.
Кроме того, топливная композиция может состоять из смеси регенерированных плутония и урана, содержащей 5,25% Pu и 20% (по балансу) регенерированного урана указанного выше состава, к которым добавлен регенерированный уран с обогащением 17% 235U, выделенный при переработке высокообогащенного ОЯТ транспортных или исследовательских реакторов. Композиция также имеет равный энергетический потенциал со стандартным свежим топливом, содержащим 4,34% 235U, и используется аналогичным образом.In addition, the fuel composition may consist of a mixture of regenerated plutonium and uranium containing 5.25% Pu and 20% (in balance) of regenerated uranium of the above composition, to which regenerated uranium with enrichment of 17% 235 U added during the processing of highly enriched SNF is added transport or research reactors. The composition also has an equal energy potential with a standard fresh fuel containing 4.34% 235 U and is used in a similar manner.
Преимуществом данного вида композиций является использование единого регенерированного топлива, содержащего одновременно плутоний и уран, причем его количество, а следовательно, и число задействованных под него серийных реакторов, в стационарном режиме в 4-5 раз ниже их числа со стандартной композицией из природного урана. Это создает предпосылки для задействования под данную композицию большего числа реакторов, с вовлечением в переработку уже накопленного ОЯТ и/или поступающего с зарубежных АЭС, на которые по нормам нераспространения оружейных ядерных материалов запрещено поставлять плутонийсодержащее ядерное топливо.The advantage of this type of composition is the use of a single regenerated fuel containing both plutonium and uranium, and its quantity, and consequently, the number of serial reactors used for it, in stationary mode is 4-5 times lower than their number with a standard composition of natural uranium. This creates the preconditions for using a larger number of reactors for this composition, involving in the reprocessing of already accumulated spent nuclear fuel and / or coming from foreign nuclear power plants, which are prohibited from supplying plutonium-containing nuclear fuel to the standards of non-proliferation of weapons-grade nuclear materials.
Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что в качестве топливной композиции для водоохлаждаемых реакторов АЭС на тепловых нейтронах используется композиция, включающая смесь регенерированного плутония и обогащенного урана в виде оксидов и отличающаяся тем, что в качестве обогащенного урана используется обогащенный регенерированный уран, при соотношении компонентов, определяемом энергетическим потенциалом, равным потенциалу свежеприготовленного топлива АЭС из обогащенного природного урана, обеспечивающим 100% загрузку активной зоны реактора.Thus, the essence of the invention lies in the fact that as a fuel composition for water-cooled thermal neutron reactors, a composition is used that includes a mixture of regenerated plutonium and enriched uranium in the form of oxides and characterized in that enriched regenerated uranium is used as enriched uranium, at a ratio components determined by the energy potential equal to the potential of freshly prepared nuclear fuel from enriched natural uranium, providing 100% loading of ac ivnoy reactor.
При этом композиция для реактора ВВЭР-1000 при стандартном выгорании ОЯТ 50 ГВт∗сут/т содержит регенерированный обогащенный уран и регенерированный плутоний в концентрациях от 0,9% до 5,3% плутония и от 4,2 до 3,5% 235U в смеси с другими его изотопами, соответственно, при обеспечении равного энергетического потенциала со свежим топливом из природного урана с обогащением 4,33% 235U. При этом топливная композиция может содержать регенерированный плутоний и часть регенерированного совместно с ним урана без обогащения, после чего к нему добавляют оставшуюся часть обогащенного регенерированного урана.Moreover, the composition for the VVER-1000 reactor with a standard SNF burnup of 50 GW * day / t contains regenerated enriched uranium and regenerated plutonium in concentrations from 0.9% to 5.3% plutonium and from 4.2 to 3.5% 235 U mixed with its other isotopes, respectively, while ensuring equal energy potential with fresh fuel from natural uranium with an enrichment of 4.33% 235 U. In this case, the fuel composition may contain regenerated plutonium and part of the uranium regenerated together with it without enrichment, after which the rest is added to it Xia part of enriched reprocessed uranium.
Для обеспечения непрерывного производства композиция может содержать уран и плутоний, регенерированные в разное время, в том числе из ОЯТ реакторов разных типов и/или партий, и смешанные по расчету в любом сочетании для достижения требуемого энергетического потенциала. При этом для тонкой регулировки энергетического потенциала композиция к смеси регенерированного плутония и обогащенного регенерированного урана может добавляться обогащенный природный уран с обогащением не ниже 4,33 235U и не более 0,5% общего обогащения.To ensure continuous production, the composition may contain uranium and plutonium, regenerated at different times, including from spent nuclear fuel of reactors of various types and / or lots, and mixed by calculation in any combination to achieve the required energy potential. In order to fine-tune the energy potential of the composition, enriched natural uranium with an enrichment of not less than 4.33 235 U and not more than 0.5% of the total enrichment can be added to the mixture of regenerated plutonium and enriched regenerated uranium.
Для изготовления топливной композиции используется смесь регенерированного плутония и регенерированного урана при добавлении регенерированного обогащенного урана, выделенного при переработке ОЯТ с повышенным стартовым обогащением (например, топливо транспортных реакторов).For the manufacture of the fuel composition, a mixture of regenerated plutonium and regenerated uranium is used with the addition of regenerated enriched uranium released during the reprocessing of spent nuclear fuel with increased starting enrichment (for example, fuel from transport reactors).
Предметом данного изобретения является ранее не применявшееся сочетание ингредиентов топливной композиции, поскольку ее точный состав зависит от типа и режима работы реактора, в который она загружается, причем он несколько корректируется в результате обязательных реакторных испытаний и приобретенного опыта эксплуатации, что позволяет внести некоторые уточнения в рабочие расчетные коды, имеющиеся на каждой фирме, производящей ядерное топливо.The subject of this 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 loaded, and it is somewhat adjusted as a result of mandatory reactor tests and acquired operating experience, which allows some refinement to the working settlement codes available at each nuclear fuel company.
Пример 1Example 1
Топливная композиция состоит из диоксидов регенерированных плутония и обогащенного урана, выделенных из ОЯТ ВВЭР-1000 с выгоранием 50 ГВт∗сут/т (исходного количества актинидов в загрузке) и выдержкой 5 лет, содержит 5,25% масс. Pu (3,41% 239+241Pu) и уран состава 3,45% 235U, 2,23% 236U и 1,3∗10-6% 232U (остальное 238U), причем уран получен обогащением исходного регенерированного урана с изотопным составом 0,91% 235U, 0,59% 236U и 3∗10-7% 232U (остальное 238U). Композиция имеет равный энергетический потенциал со стандартным свежим топливом, содержащим 4,33% 235U, и пригодна для загрузки 100% зоны реактора ВВЭР-1000.The fuel composition consists of regenerated plutonium and enriched uranium dioxides extracted from VVER-1000 spent fuel with a burnup of 50 GW * day / t (initial amount of actinides in the charge) and a 5-year holding, it contains 5.25% of the mass. Pu (3.41% 239 + 241 Pu) and uranium with a composition of 3.45% 235 U, 2.23% 236 U and 1.3 ∗ 10 -6 % 232 U (the rest is 238 U), and uranium is obtained by enrichment of the initial regenerated uranium with an isotopic composition of 0.91% 235 U, 0.59% 236 U and 3 * 10 -7 % 232 U (the rest is 238 U). The composition has equal energy potential with a standard fresh fuel containing 4.33% 235 U, and is suitable for loading 100% of the VVER-1000 reactor zone.
Пример 2Example 2
Топливная композиция состоит из диоксидов регенерированных плутония и обогащенного урана, выделенных из ОЯТ ВВЭР-1000 с выгоранием 50 ГВт∗сут/т и выдержкой 5 лет, содержит 5,25% масс. Pu (3,41% 239+241Pu) и уран конечного состава 3,45% 235U, 2,23% 236U и 1,3∗10-6% 232U (остальное 238U), причем уран получен обогащением 84% исходного регенерированного урана с изотопным составом 0,91% 235U, 0,59% 236U и 3∗10-7% 232U (остальное 238U) до в 1,2 раза большего обогащения, а остальное берется в виде смеси регенерированных плутония и урана, полученной непосредственно при переработке указанного ОЯТ АЭС. Композиция обладает ядерными энергетическими свойствами как в примере 1.The fuel composition consists of regenerated plutonium dioxide and enriched uranium, separated from VVER-1000 spent fuel with a burnup of 50 GW * day / t and aging for 5 years, it contains 5.25% of the mass. Pu (3.41% 239 + 241 Pu) and final uranium 3.45% 235 U, 2.23% 236 U and 1.3 * 10 -6 % 232 U (the rest 238 U), and uranium is obtained by enrichment 84 % of the initial regenerated uranium with an isotopic composition of 0.91% 235 U, 0.59% 236 U and 3 ∗ 10 -7 % 232 U (the rest 238 U) up to 1.2 times more enrichment, and the rest is taken as a mixture of regenerated plutonium and uranium obtained directly from the reprocessing of said nuclear fuel. The composition has nuclear energy properties as in example 1.
Пример 3Example 3
Топливная композиция состоит из диоксидов регенерированных плутония и обогащенного урана, выделенных из ОЯТ ВВЭР-1000 с выгоранием 50 ГВт∗сут/т и выдержкой 5 лет, содержит 4,75% масс. Pu (3,10% 239+241Pu) и уран состава 3,12% 235U, 2,0% 236U и 1,15∗10-6% 232U (остальное 238U), причем уран получен обогащением исходного регенерированного урана алогично примеру 1. К ним добавлено 0,50% 235U из обогащенного природного урана обогащением 4,33% 235U (всего 3,62% 235U) для улучшения баланса запаздывающих нейтронов. Композиция также имеет равный энергетический потенциал со стандартным свежим топливом, содержащим 4,33% 235U, и используется аналогичным образом.The fuel composition consists of regenerated plutonium dioxide and enriched uranium, separated from VVER-1000 spent fuel with a burnup of 50 GW * day / t and aging for 5 years, contains 4.75% of the mass. Pu (3.10% 239 + 241 Pu) and uranium with a composition of 3.12% 235 U, 2.0% 236 U and 1.15 ∗ 10 -6 % 232 U (the rest 238 U), with uranium obtained by enrichment of the initial regenerated Uranium is illogical to Example 1. To them is added 0.50% 235 U from enriched natural uranium with an enrichment of 4.33% 235 U (a total of 3.62% 235 U) to improve the balance of delayed neutrons. The composition also has an equal energy potential with a standard fresh fuel containing 4.33% 235 U and is used in a similar manner.
Пример 4Example 4
Топливная композиция состоит из смеси регенерированных плутония и урана, содержащей 5,25% Pu и 20% (по балансу) регенерированного урана указанного выше состава, к которым добавлен регенерированный уран с обогащением 17% 235U, выделенный при переработке высокообогащенного ОЯТ транспортных или исследовательских реакторов аналогично примеру 2. Композиция также имеет равный энергетический потенциал со стандартным свежим топливом, содержащим 4,33% 235U, и используется аналогичным образом.The fuel composition consists of a mixture of regenerated plutonium and uranium containing 5.25% Pu and 20% (balance) of regenerated uranium of the above composition, to which regenerated uranium with enrichment of 17% 235 U added during the processing of highly enriched SNF from transport or research reactors is added analogously to example 2. The composition also has an equal energy potential with a standard fresh fuel containing 4.33% 235 U, and is used in a similar manner.
Claims (6)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153208/05A RU2537013C2 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors |
PCT/RU2013/001046 WO2014088461A1 (en) | 2012-12-07 | 2013-11-22 | Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153208/05A RU2537013C2 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012153208A RU2012153208A (en) | 2014-06-20 |
RU2537013C2 true RU2537013C2 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=50883769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012153208/05A RU2537013C2 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2537013C2 (en) |
WO (1) | WO2014088461A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019103642A1 (en) | 2017-11-27 | 2019-05-31 | Акционерное Общество "Радиевый Институт Имени В.Г.Хлопина" | Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors |
RU2702234C1 (en) * | 2019-03-26 | 2019-10-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Remix - fuel of nuclear-fuel cycle |
RU2819594C2 (en) * | 2020-12-21 | 2024-05-21 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Method of correcting isotopic composition of plutonium using fast nuclear reactor with sodium coolant |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2249267C2 (en) * | 2003-04-09 | 2005-03-27 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Method for recovering irradiated nuclear fuel (alternatives) |
RU2262756C2 (en) * | 2003-09-29 | 2005-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" | Method for fabrication of the pellets of ceramic nuclear fuel, device for its realization and container |
RU2371792C2 (en) * | 2007-08-20 | 2009-10-27 | Леонид Георгиевич Бабиков | Method and plant for recycling of spent nuclear fuel |
RU2431896C2 (en) * | 2006-05-24 | 2011-10-20 | Коммиссариат А Л`Энержи Атомик | Regeneration method of spent nuclear fuel and obtaining of mixed uranium-plutonium oxide |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB9515966D0 (en) * | 1995-08-03 | 1995-10-04 | British Nuclear Fuels Plc | Nuclear fuel pellets |
-
2012
- 2012-12-07 RU RU2012153208/05A patent/RU2537013C2/en active
-
2013
- 2013-11-22 WO PCT/RU2013/001046 patent/WO2014088461A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2249267C2 (en) * | 2003-04-09 | 2005-03-27 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Method for recovering irradiated nuclear fuel (alternatives) |
RU2262756C2 (en) * | 2003-09-29 | 2005-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" | Method for fabrication of the pellets of ceramic nuclear fuel, device for its realization and container |
RU2431896C2 (en) * | 2006-05-24 | 2011-10-20 | Коммиссариат А Л`Энержи Атомик | Regeneration method of spent nuclear fuel and obtaining of mixed uranium-plutonium oxide |
RU2371792C2 (en) * | 2007-08-20 | 2009-10-27 | Леонид Георгиевич Бабиков | Method and plant for recycling of spent nuclear fuel |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Павловичев А.М, Павлов В.И., Семченков Ю.М., Федоров Ю.С., Бибичев Б.А., Зильберман Б.Я., Нейтронно-физические характеристики активной зоны ВВЭР-1000 со 100% загрузкой топливом из смеси регенерированного урана, плутония и обогащенного урана, Москва, Атомная энергия, 2008, т. 104, вып. 4, с. 196 - 198. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019103642A1 (en) | 2017-11-27 | 2019-05-31 | Акционерное Общество "Радиевый Институт Имени В.Г.Хлопина" | Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors |
RU2691621C1 (en) * | 2017-11-27 | 2019-06-17 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors |
RU2702234C1 (en) * | 2019-03-26 | 2019-10-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Remix - fuel of nuclear-fuel cycle |
WO2020197435A1 (en) | 2019-03-26 | 2020-10-01 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Remix - fuel for a nuclear fuel cycle |
EP3961653A4 (en) * | 2019-03-26 | 2023-06-07 | Federal State Unitary Enterprise "Mining And Chemical Combine" FSUE"MCC" | Remix - fuel for a nuclear fuel cycle |
RU2819594C2 (en) * | 2020-12-21 | 2024-05-21 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Method of correcting isotopic composition of plutonium using fast nuclear reactor with sodium coolant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014088461A1 (en) | 2014-06-12 |
RU2012153208A (en) | 2014-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zainuddin et al. | The factors affecting MTC of thorium–plutonium-fuelled PWRs | |
Morrison et al. | Isotopic and spectral effects of Pu quality in Th-Pu fueled PWRs | |
RU2537013C2 (en) | Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors | |
Morreale et al. | Behavior of Transuranic Mixed-Oxide Fuel in a CANDU-900 Reactor | |
Zhao | Micro-heterogeneous thorium based fuel concepts for pressurized water reactions | |
RU2702234C1 (en) | Remix - fuel of nuclear-fuel cycle | |
Rineiski et al. | Proliferation-resistant fuel options for thermal and fast reactors avoiding neptunium production | |
Trellue | Reduction of the radiotoxicity of spent nuclear fuel using a two-tiered system comprising light water reactors and accelerator-driven systems | |
Gholamzadeh et al. | Neutronics investigation of CANada Deuterium Uranium 6 reactor fueled (transuranic–Th) O2 using a computational method | |
RU2691621C1 (en) | Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors | |
Chen et al. | Transmutation of Minor Actinides and Power Flattening in PWR MOX Fuel | |
JP7447046B2 (en) | Operation method of light water reactor uranium fuel assembly and nuclear fuel cycle | |
Bonin et al. | Prospective studies of HTR fuel cycles involving plutonium | |
Prehradný et al. | Burnable absorber comparison between VVER, PWR and SFR with UWB1 and SERPENT codes | |
Grol et al. | Evaluation of technical and economic indicators of REMIX fuel application in the LWR fuel cycle | |
Collins et al. | Preliminary Multicycle Transuranic Actinide Partitioning-Transmutation Studies | |
Bays et al. | Deep burn fuel cycle integration: Evaluation of two-tier scenarios | |
Grouiller et al. | Minor Actinides Transmutation Scenario Studies in PWR with Innovative Fuels | |
Sabatini | Performance assessment of nuclear fuel cycles dedicated to uranium and plutonium multi-recycling | |
BR112018074974B1 (en) | FUEL COMPOSITION FOR WATER-COOLED REACTORS OF NUCLEAR THERMOELECTRIC PLANTS | |
Boucher et al. | A Scenario for the Deployment of HTRs Type GTMHR Using Reactor-Grade Plutonium | |
Poinssot et al. | Main results of the French program on Partitioning and Transmutation of Minor Actinides | |
JPH0611585A (en) | Fuel rod | |
JP2019215166A (en) | Separation method of plutonium isotope | |
Akie et al. | ICONE23-1909 POWER DISTRIBUTION, REACTIVITY COEFFICIENT AND SPENT FUEL COMPOSITION CALCULATION OF PLUTONIUM-AND URANIUM-ROCK LIKE OXIDE FUELS PARTIAL LOADING PWR CORE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant |