WO2014088461A1 - Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors - Google Patents
Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014088461A1 WO2014088461A1 PCT/RU2013/001046 RU2013001046W WO2014088461A1 WO 2014088461 A1 WO2014088461 A1 WO 2014088461A1 RU 2013001046 W RU2013001046 W RU 2013001046W WO 2014088461 A1 WO2014088461 A1 WO 2014088461A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- uranium
- enriched
- regenerated
- 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
Definitions
- the invention relates to the field of nuclear technology, and in particular to nuclear fuel using thermal neutrons.
- VVER-1000 SNF with an initial enrichment of 4.33% (43.3 kg / t) 35 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 + 24 'Pu.
- the energy potential of fissile isotopes for VVER SNFs and PWR-1300 is 40% of the original and can potentially be reused after reprocessing the nuclear fuel.
- the corresponding amount of SNF is processed at the UP-2 plant in France, and the rest of the SNF ( ⁇ 40%) is stored.
- the recovered regenerated uranium is enriched experimentally with the loading of active zones (A3) 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.
- VVER-1 LLC A3 reactors give a similar picture, as a result of which this solution has not yet been applied at Russian nuclear power plants.
- 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.
- a MICS fuel composition 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
- 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 U between cycles.
- NFC nuclear fuel cycle
- 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.
- the objective of the claimed invention is to develop a fuel composition that allows you to completely and at the same time utilize the recovered uranium and plutonium separated from SNF.
- 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.
- depleted regenerated uranium of low nuclear quality is disposed of as medium-level waste (C AO) for disposal.
- 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.
- This composition is obtained, for example, after reprocessing the spent nuclear fuel of the nuclear power plant using the Purex process in the option of producing a re-extract of plutonium mixed with part of the regenerated uranium (patent RU N ° 2 249 267, Bull.
- uranium oxide is fluorinated and the resulting UF6 is enriched in 235 U to its content of 5-6%, the product is defluorinated, and the oxide from this or one of the previous batches is dissolved in the above reextract to achieve the calculated isotopic composition, after which the mixture the product is denitrated after or without evaporation; 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 portion of enriched natural uranium or regenerated uranium from spent nuclear fuel with increased starting enrichment can be added to enriched regenerated uranium to adjust the nuclear potential.
- 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) by the amount of isotope U is no longer interesting 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.
- the fuel composition may contain an additional quantity of Pu taken from the warehouse.
- the advantage of this composition is the use of a single regenerated fuel containing both plutonium and uranium, and its quantity, and consequently the number of serial reactors involved under it, in a stationary mode is 4-5 times lower than their number with a standard composition of natural uranium. This creates the prerequisites for using a larger number of reactors for this composition, with the involvement of already accumulated in the processing SNF and / or from foreign nuclear power plants, to which it is forbidden to supply plugonium-containing nuclear fuel to the norms of non-proliferation of weapons-grade nuclear materials.
- the subject of this invention is a previously unused combination of ingredients of the fuel composition, since its exact composition depends on the type and operating mode 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 refinements to working settlement
- the fuel composition consists of regenerated plutonium dioxide and enriched uranium, incrusted from VVER-1000 spent nuclear fuel with a burnup of 50 GW * day / t (initial amount of actinides in the charge) and aging for 5 years, it contains 5.25% of the mass.
- Pu 3.41% 239 + 241 Pu
- uranium with a composition of 3.45% 235 U, 2.23% 236 U and 1.3 * 10 _6 % 232 U (the rest
- 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 an equal energy potential with standard fresh fuel containing 4.33% 35 U, and is suitable for loading 100% of the zone of the VVER-1000 reactor.
- the fuel composition consists of regenerated plutonium dioxides and enriched uranium, separated from VVER-1000 spent fuel with a burnup of 50 GW * day / t and a 5-year aging, contains 5.25% of the mass.
- Pu 3.41% 239 + 241 Pu
- the composition has nuclear energy properties as in Example 1.
- the fuel composition consists of regenerated plutonium dioxides and enriched uranium, incrusted from VVER-1000 spent fuel with a burnup of 50 GW * day / t and a 5-year aging, contains 4.75% of the mass.
- Pu 3.10% Pu
- uranium with a composition of 3.12% U, 2.0% U and 1.15 * 10 " .% U (the rest U), moreover, uranium is obtained by enrichment of the initial regenerated uranium analogously to Example 1.
- To them 0.50% 235 U of enriched natural uranium (only 3.62% 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.
- the fuel composition consists 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 an 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% U, and is used in a similar manner.
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
The invention relates to the field of nuclear technologies, specifically to fuel for thermal neutron nuclear power plants. Provided is a fuel composition comprising a mixture of recovered plutonium and enriched uranium in the form of oxides, characterized in that the enriched uranium is enriched recovered uranium or a mixture of same with enriched natural uranium, having a ratio of components, determined by energy potential, equal to the potential of freshly prepared enriched natural uranium nuclear power plant fuel, providing a 100% load of the reactor core. Possible variants for mixing said components are claimed. Using the proposed composition allows for maximally utilizing the energy potential of uranium and plutonium, including accumulated SNF, and for greatly reducing the number of storage facilities and even decommissioning same.
Description
Топливная композиция для во оохлаждаемых реакторов АЭС на тепловых нейтронах Fuel composition for water-cooled thermal neutron reactors
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 U02, 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. At present, water-cooled reactors of nuclear power plants, most of which are pressure reactors (PWR, WWER), are loaded with a uranium dioxide U0 2 fuel composition containing 3.5–5% of the 235 U isotope (30–50 kg / t) for reactors under pressure U). This is necessary to ensure an average burnup of irradiated nuclear fuel (SNF) of 30-50 GW * days / t of heavy metals (heavy metals + fission products - PD) in the charge with a tendency to increase it to 70 GW * days / t of heavy metals. 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) 35U 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 Ри, в том числе 7,7 кг/т суммы нечетных (делящихся) изотопов 239+24 'Ри. За вычетом компенсации четных изотопов, энергетический потенциал делящихся изотопов составляет для ОЯТ ВВЭР и PWR-1300 -40% от исходного и потенциально 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) 35 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 + 24 'Pu. Excluding compensation for even isotopes, the energy potential of fissile isotopes for VVER SNFs and PWR-1300 is 40% of the original and can potentially be reused after reprocessing the nuclear fuel. 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 (A3) 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 recovered regenerated uranium is enriched experimentally with the loading of active zones (A3) 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.
Расчеты, доказывающие возможность лишь частичной загрузки МОКС-топливом Calculations proving the possibility of only partial loading with MOX fuel
A3 реакторов ВВЭР- 1 ООО, дают аналогичную картину, вследствие чего это решение пока не нашло применения на российских АЭС. The VVER-1 LLC A3 reactors 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 A3 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 М., Guillet J.L., Puil To overcome the drawback noted above, such as incomplete loading of the A3 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 UraniumA., 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 U между циклами. Эта композиция выбрана нами за прототип. Необходимо отметить, что использование первично регенерированного урана прототипом не охватывалось. 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 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 A similar composition was justified by us for the VVER-1000 reactor
(Павловичев A.M., Павлов В.И, Семченков Ю.М., Федоров Ю.С., Бибичев Б.А.,(Pavlovichev A.M., Pavlov V.I., Semchenkov Yu.M., Fedorov Yu.S., Bibichev B.A.,
Зилъберман Б.Я. Нейтронно-физические характеристики активной зоны реактора ВВЭР-Zilberman B.Ya. Neutron-physical characteristics of the VVER-reactor core
1000 со 100%-ной загрузкой топливом из смеси регенерированного урана, плутония и обогащенного урана. Атомная энергия, 2008, т. 104, N° 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).1000 with 100% fuel loading from a mixture of regenerated uranium, plutonium and enriched uranium. Atomic Energy, 2008, v. 104, N ° 4, p. 196-198) with the difference that the starting mixture is an undivided mixture of uranium and plutonium, recovered during the reprocessing of VVER-1000 spent nuclear fuel, while maintaining the previously separated regenerated plutonium, as well as enriched natural uranium (the latter is similar to the prototype).
Циклирование этой композиции не рассматривалось, однако в более ранней работеThe cycling of this composition was not considered, however, in an earlier work
(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 нами РЕМИКС-топливом. (Fedorov Yu.S., Bibichev B.A., Zilberman B.Ya., Kudryavtsev E.G. Use of regenerated uranium and plutonium in thermal reactors. Atomic energy. 2005. v. 99, issue 2, p. 136-141), multiple cycling of an undivided mixture of regenerated uranium and plutonium was described when replenished with enriched natural uranium. Thus, uranium regenerated from spent nuclear fuel was involved in the nuclear fuel cycle (NFC). Regenerated nuclear fuel, which includes in one form or another a mixture of regenerated uranium and plutonium, was called by us 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 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 weapon grade uranium or close to it (enrichment
235 235
80% U 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. 80% U or more) due to restrictions on the 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 the 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, позволяющей полностью и одновременно утилизировать регенерированные уран и плутоний, выделенные из ОЯТ. The objective of the claimed invention is to develop a fuel composition that allows you to completely and at the same time utilize the recovered uranium and plutonium separated from SNF.
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 (С АО). 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 medium-level waste (C AO) 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 из ОЯТ различных типов реакторов, причем они комплектуются исходя из расчетов эквипотенциальности (примерной эквивалентности энергопроизводства и характеристик сформированной активной зоны) с применением стандартных кодов МАГАТЭ (LA-UR=03-1987. MCNP - A General Monte Carlo Code, Version 5. Лицензия РИ C00710MNYCP01#7E83-67A4). При необходимости тонкая регулировка состава композиции достигается введением в нее меньшего количества обогащенного природного урана. 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 regenerated materials can be separated at different times from SNF various batches and burnups, including from different reactors, and they are equipped based on calculations of equipotentiality from SNF of various types of reactors, and they are equipped based on calculations of equipotentiality (approximate equivalence of energy production and characteristics of the formed core) using standard IAEA codes (LA- UR = 03-1987. MCNP - A General Monte Carlo Code, Version 5. License RI C00710MNYCP01 # 7E83-67A4). If necessary, fine adjustment of the composition is achieved by introducing a smaller amount of enriched natural uranium into it.
Данную композицию получают, например, после переработки ОЯТ АЭС с помощью Пурекс-процесса в варианте получения реэкстракта плутония в смеси с частью регенерированного урана (патент RU N° 2 249 267, Бюл. 3 » 9, 2005), полученный 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 Ри плутония изготавливают топливные таблетки, а затем и тепловыделяющие сборки (ТВС). К обогащенному регенерированному урану может быть добавлена для регулировки ядерного потенциала небольшая часть обогащенного природного урана или регенерированного урана из ОЯТ с повышенным стартовым обогащением. This composition is obtained, for example, after reprocessing the spent nuclear fuel of the nuclear power plant using the Purex process in the option of producing a re-extract of plutonium mixed with part of the regenerated uranium (patent RU N ° 2 249 267, Bull. 3 »9, 2005) obtained from the subsequent operation re-extract of uranium subjected to evaporation and denitration, uranium oxide is fluorinated and the resulting UF6 is enriched in 235 U to its content of 5-6%, the product is defluorinated, and the oxide from this or one of the previous batches is dissolved in the above reextract to achieve the calculated isotopic composition, after which the mixture the product is denitrated after or without evaporation; 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 portion of enriched natural uranium or regenerated uranium from spent nuclear fuel with increased starting enrichment can be added to enriched regenerated uranium to adjust the nuclear 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 U 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 Ри, 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) by the amount of isotope U is no longer interesting 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. Moreover, when reprocessing old SNF of the PWR type, the fuel composition may contain an additional quantity of Pu taken from the warehouse.
Преимуществом данной композиции 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 плугонийсодержащее ядерное топливо. The advantage of this composition is the use of a single regenerated fuel containing both plutonium and uranium, and its quantity, and consequently the number of serial reactors involved under it, in a stationary mode is 4-5 times lower than their number with a standard composition of natural uranium. This creates the prerequisites for using a larger number of reactors for this composition, with the involvement of already accumulated in the processing SNF and / or from foreign nuclear power plants, to which it is forbidden to supply plugonium-containing nuclear fuel to the norms of non-proliferation of weapons-grade nuclear materials.
Следует подчеркнуть, что 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 It should be emphasized that the subject of this invention is a previously unused combination of ingredients of the fuel composition, since its exact composition depends on the type and operating mode 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 refinements to working settlement
коды, имеющиеся на каждой фирме, производящей ядерное топливо. codes available at each nuclear fuel company.
Пример 1 Example 1
Топливная композиция состоит из диоксидов регенерированных плутония и обогащенного урана, вьщеленных из ОЯТ ВВЭР-1000 с выгоранием 50 ГВт*сут./т (исходного количества актинидов в загрузке) и выдержкой 5 лет, содержит 5,25% масс. Ри (3,41% 239+241Ри) и уран состава 3,45% 235U, 2,23% 236U и 1,3*10_6% 232U (остальноеThe fuel composition consists of regenerated plutonium dioxide and enriched uranium, incrusted from VVER-1000 spent nuclear fuel with a burnup of 50 GW * day / t (initial amount of actinides in the charge) and aging for 5 years, 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
238 238
U), 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% 35U, и пригодна для загрузки 100% зоны реактора ВВЭР-1000. 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 an equal energy potential with standard fresh fuel containing 4.33% 35 U, and is suitable for loading 100% of the zone of the VVER-1000 reactor.
Пример 2 Example 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. Ри (3,41% 239+241Ри) и уран конечного состава 3,45% 235U, 2,23% 36U 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 dioxides and enriched uranium, separated from VVER-1000 spent fuel with a burnup of 50 GW * day / t and a 5-year aging, contains 5.25% of the mass. Pu (3.41% 239 + 241 Pu) and final uranium 3.45% 235 U, 2.23% 36 U and 1.3 * 10 ~ 6 % 232 U (the rest 238 U), with uranium 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 the specified SNF of the NPP The composition has nuclear energy properties as in Example 1.
Пример 3 Example 3
Топливная композиция состоит из диоксидов регенерированных плутония и обогащенного урана, вьщеленных из ОЯТ ВВЭР-1000 с выгоранием 50 ГВт*сут./т и выдержкой 5 лет, содержит 4,75% масс. Ри (3,10% Ри) и уран состава 3,12% U, 2,0% U и 1,15* 10". % U (остальное U), причем уран получен обогащением исходного регенерированного урана алогично примеру 1. К ним добавлено 0,50% 235U из
обогащенного природного урана (всего 3,62% U) 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 dioxides and enriched uranium, incrusted from VVER-1000 spent fuel with a burnup of 50 GW * day / t and a 5-year aging, contains 4.75% of the mass. Pu (3.10% Pu) and uranium with a composition of 3.12% U, 2.0% U and 1.15 * 10 " .% U (the rest U), moreover, uranium is obtained by enrichment of the initial regenerated uranium analogously to Example 1. To them 0.50% 235 U of enriched natural uranium (only 3.62% 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 4 Example 4
Топливная композиция состоит из смеси регенерированных плутония и урана, содержащей 5,25% Ри 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% U, и используется аналогичным образом.
The fuel composition consists 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 an 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% U, and is used in a similar manner.
Claims
1. Топливная композиция для водоохлаждаемых реакторов АЭС на тепловых нейтронах, включающая смесь регенерированного плутония и обогащенного урана в виде оксидов, отличающаяся тем, что в качестве обогащенного урана используется 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. 1. Fuel composition for water-cooled thermal neutron reactors, comprising a mixture of regenerated plutonium and enriched uranium in the form of oxides, characterized in that enriched regenerated uranium or its mixture with enriched natural uranium is used as enriched uranium, 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.
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит регенерированный плутоний и часть регенерированного совместно с ним урана без обогащения. 2. The composition according to claim 1, characterized in that it contains regenerated plutonium and part of the uranium regenerated together with it without enrichment.
3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит 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. 3. The composition according to claim 1 or 2, characterized in that it contains uranium and plutonium, regenerated at different times, including from spent nuclear fuel of reactors of different types and / or lots, and mixed by calculation in any combination to achieve the required energy potential .
4. Композиция по п. 3, отличающаяся тем, что смесь регенерированных плутония и обогащенного урана содержит меньшую часть последнего в виде обогащенного природного урана. 4. The composition according to p. 3, characterized in that the mixture of regenerated plutonium and enriched uranium contains a smaller part of the latter in the form of enriched natural uranium.
5. Композиция п. 3, отличающаяся тем, что смесь регенерированного плутония и обогащенного урана содержит регенерированный уран с повышенным стартовым обогащением.
5. The composition of p. 3, characterized in that the mixture of regenerated plutonium and enriched uranium contains regenerated uranium with increased starting enrichment.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153208 | 2012-12-07 | ||
RU2012153208/05A RU2537013C2 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2014088461A1 true WO2014088461A1 (en) | 2014-06-12 |
Family
ID=50883769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2013/001046 WO2014088461A1 (en) | 2012-12-07 | 2013-11-22 | Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2537013C2 (en) |
WO (1) | WO2014088461A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110998746A (en) * | 2017-11-27 | 2020-04-10 | 伊梅尼Vg科洛皮纳镭研究所股份公司 | Fuel structure of water-cooled reactor of thermal neutron nuclear power station |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702234C1 (en) * | 2019-03-26 | 2019-10-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Remix - fuel of nuclear-fuel cycle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997006535A1 (en) * | 1995-08-03 | 1997-02-20 | British Nuclear Fuels Plc | Nuclear fuel pellets |
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) |
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 |
---|---|---|---|---|
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 |
-
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 |
---|---|---|---|---|
WO1997006535A1 (en) * | 1995-08-03 | 1997-02-20 | British Nuclear Fuels Plc | Nuclear fuel pellets |
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) |
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 |
---|
PAVLOVICHEV A.M. ET AL.: "Neitronno-fizicheskie kharakteristiki aktivnoi zony VVER-1000 so 100%-noi zagruzkoi toplivom iz smesi regenerirovannogo urana, plutoniya i obogaschennogo urana.", ATOMNAYA ENERGIYA, vol. 104, no. 4, 2008, pages 196 - 198 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110998746A (en) * | 2017-11-27 | 2020-04-10 | 伊梅尼Vg科洛皮纳镭研究所股份公司 | Fuel structure of water-cooled reactor of thermal neutron nuclear power station |
EP3719812A4 (en) * | 2017-11-27 | 2022-03-30 | Akcionernoe Obshhestvo "Radiyevyy Institut Imeni V.G. Khlopina" | Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012153208A (en) | 2014-06-20 |
RU2537013C2 (en) | 2014-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20240105350A1 (en) | Light water reactor fuel assembly, light water reactor core and mox fuel assembly production method | |
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 | |
Zhao | Micro-heterogeneous thorium based fuel concepts for pressurized water reactions | |
RU2702234C1 (en) | Remix - fuel of nuclear-fuel cycle | |
CA3024965C (en) | Fuel composition for nuclear power plant with pressurized water reactors | |
JP7447046B2 (en) | Operation method of light water reactor uranium fuel assembly and nuclear fuel cycle | |
US20180090233A1 (en) | Light water reactor fuel assembly, light water reactor core and mox fuel assembly production method | |
Bonin et al. | Prospective studies of HTR fuel cycles involving plutonium | |
Forsberg et al. | Can thermal reactor recycle eliminate the need for multiple repositories? | |
Collins et al. | Preliminary Multicycle Transuranic Actinide Partitioning-Transmutation Studies | |
Hassan | A Comparative Study on the Safety and Kinetic Parameters of UO2 and MOX Fuel | |
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 | |
Boucher et al. | A Scenario for the Deployment of HTRs Type GTMHR Using Reactor-Grade Plutonium | |
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 | |
JPH0611585A (en) | Fuel rod | |
Claro | Actinides transmutation-a comparison of results for PWR benchmark | |
BR112018074974B1 (en) | FUEL COMPOSITION FOR WATER-COOLED REACTORS OF NUCLEAR THERMOELECTRIC PLANTS | |
Collins et al. | Quantitative comparisons of actinide partitioning-transmutation in light water reactors and fast reactors | |
Bobrov et al. | Variants of the Perspective Closed Fuel Cycle, Based on REMIX-Technology | |
Stach | Advanced mixed oxide fuel assemblies with higher plutonium content for light water reactors | |
Roh et al. | A Comparative Neutronic Analysis of the Dry-Processed Oxide Fuel in Liquid Metal Reactors According to a Coolant Replacement | |
Gerasimov et al. | Nuclear safety of low-flux and high-flux thorium mode of Candu type reactor | |
Gerasimov et al. | Influence of intermediate chemical reprocessing on fuel lifetime and burn-up |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 13860930 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13860930 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |