EDN: JBKUQZ
Авторы
Лебезов А.А., Кузина Ю.А., Морозов А.В.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Лебезов А.А. – генеральный директор.
Кузина Ю.А. – начальник отделения ядерной энергетики, кандидат технических наук.
Морозов А.В. – ведущий научный сотрудник, доктор технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-81-19; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Аннотация
Статья посвящена рассмотрению применения жидких соединений бора в водоохлаждаемых корпусных реакторах у нас в стране и за рубежом. Рассмотрена история развития технологии борного регулирования на примере отечественных водо-водяных реакторов, начиная с ВВЭР-1. Изложены основы применения борной кислоты в системах безопасности различных реакторных установок. Рассмотрена эволюция использования соединений бора в системах залива активной зоны реакторов PWR и ВВЭР, использующих как активный, так и пассивный принцип действия. Выявлены проблемы, связанные с охлаждением активной зоны реакторов соединениями бора, связанные как с разбавлением, так и кристаллизацией борной кислоты. Приведены различные сценарии, связанные с неравномерным гетерогенным разбавлением борной кислоты в активной зоне. Рассмотрены основные результаты выполненных расчетных и экспериментальных работ, направленных на изучение массообмена борной кислоты в активной зоне. Проанализирован опыт решения проблемы накопления и кристаллизации борной кислоты в современных зарубежных реакторах типа PWR. На основе проведенного анализа сформулированы рекомендации и обозначены основные направления исследования теплофизических свойств и массопереноса борной кислоты применительно к перспективным проектам отечественных водо-водяных реакторов для обеспечения длительной эффективной работы пассивных систем безопасности.
Ключевые слова
ВВЭР, PWR, борная кислота, регулирование, активная зона, разбавление, кристаллизация
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Изотопы: свойства, получение, применение. В 2 т. Т. 2. Под ред. В.Ю. Баранова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 728 с.
- Полевой Л.С. Разделение и использование стабильных изотопов бора. Итоги науки и техники. Серия: Радиохимия. Ядерная технология. М.: ВИНИТИ, 1990. 192 с.
- Рисованый В.Д., Захаров А.В., Клочков Е.П., Гусева Т.М. Бор в ядерной технике. 2-е изд., перераб. и доп. Димитровград: ОАО «ГНЦ НИИАР», 2011. 668 с.
- Горохов А.К., Драгунов Ю.Г., Лунин Г.Л., Новиков А.Н., Цофин В.И., Ананьев Ю.А. Обоснование нейтронно-физической и радиационной частей проектов ВВЭР. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. 496 с.
- Мерзликин Г.Я. Основы теории ядерных реакторов. Курс для эксплуатационного персонала АЭС. Севастополь: Севастопольский институт ядерной энергии и промышленности, 2001. 341 c.
- Boiling Water Reactor Technology – International Status and UK Experience. UK National Nuclear Laboratory, 2012.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Труфанов А.А., Лощинин В.М., Левченко Ю.Д., Морозов А.В. Актуальные проблемы теплофизики легководных реакторов нового поколения: результаты комплексных исследований. Теплоэнергетика, 2019, № 4, c. 23–31.
- Кумаев В.Я., Лебезов А.А., Астахов В.К., Лукин А.В. Разработка кода DINCOR-DGR для численного моделирования динамики плавления элементов и корпуса реактора ВВЭР-1000 кориумом в процессе тяжелой аварии. Труды 2-й Всероссийской науч.-техн. конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». Т. 5. Подольск, 2001. 12 с. Доступно на: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2001/report2/rkdddcmd.pdf (дата обращения 22.05.2022).
- Weinberg A.M. High Pressure Water as a Heat Transfer Medium in Nuclear Power Plants. Atomic Energy Commission Report, Mon P-93, 1946.
- Сергеев Ю.А. ТЭС-3 – первенец малой атомной энергетики: в книге История атомной энергетики Советского Союза и России: выпуск 5: История малой атомной энергетики. М. : ИздАТ, 2004. 168 с.
- SM-2 (formerly APPR-IB) design program task 12 – chemical control. APAE Memo No. 190, Alco products, Inc., 1959.
- Weingart E. Large closed-cycle water reactor research and development program. Summary report of descriptions of topical reports prepared under AEC contract. Westinghouse, 1969, WCAP-3269-75.
- Коэн П. Технология воды энергетических реакторов. М.: Атомиздат, 1973. 382 с.
- Bartnoff S., Weisman J., Layman W.H. Chemical shim control operating experience in the Saxton reactor. Transactions of the American Nuclear Society, 1964, vol. 7, pp. 502.
- Cohen P., Graves Jr. H.W. Chemical shim control for power reactors. Nucleonics, 1964, vol. 22, no. 5, pp. 75–82.
- Weisman J., Bartnoff S. The Saxton chemical shim experiment. Westinghouse, WCAP-3269-24, 1965.
- The Westinghouse pressurized water reactor nuclear power plant. Westinghouse Electric Corporation Water Reactor Divisions, 1984.
- Сидоренко В.А. Вопросы безопасной работы реакторов ВВЭР. М.: Атомиздат, 1977. 216 с.
- Семенов В.В. Основные физико-технические характеристики реакторных установок ВВЭР. Препринт ИАЭ-3104. М.: Институт атомной энергии имени И.В. Курчатова, 1979. 45 с.
- Денисов В.П., Драгунов Ю.Г. Реакторные установки ВВЭР для атомных электростанций. М.: ИздАТ, 2002. 480 с.
- Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций НП-082-07. М.: ФБУ НТЦ «ЯРБ», 2007. 48 с.
- Баклушин Р.П. Эксплуатация АЭС. Ч. I. Работа АЭС в энергосистемах. Ч. II. Обращение с радиоактивными отходами: Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. 304 с.
- Mirela Gavrilas, Pavel Hejzlar, Neil E. Todreas, Youssef Shatilla. Safety features of operating Light Water Reactors of Western design. CRC Press Inc., 1995.
- Walker C.S. Secondary Shutdown Systems of Nuclear Power Plants. Oak Ridge National Laboratory, Nuclear Safety Information Center, ORNL-NSIC-7, 1966.
- Ergen W.K. et al. Report of Advisory Task Force on Power Reactor Emergency Core Cooling. TID-24226. Washington, DC: US Atomic Energy Commission, 1967.
- Калякин С.Г., Ремизов О.В., Морозов А.В. Современное состояние систем пассивного залива активной зоны и пути их дальнейшего развития. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов, 2004, вып. 2, с. 66–82.
- Heddleson F.A. Design Data and Safety Features of Commercial Nuclear Power Plants, Vol. I. Oak Ridge National Laboratory, Nuclear Safety Information Center, ORNL-NSIC-55, 1973.
- История атомной энергетики Советского Союза и России : [сборник статей]. Рос. науч. центр «Курчат. ин-т»; [под ред. Сидоренко В.А.]. М.: ИздАТ. Вып. 1–5. Вып. 2. История ВВЭР, 2002. 430 с.
- 29. Nigmatulin B.I., Fedorov V.G., Sidorov A.S. Evolution of reactor plants with VVER-type reactors and basic principles of safety systems and normal systems application in accidents with core damage. of 5th International Conference on Nuclear Engineering ICONE 5. Nice, France, 26–30 May 1997, ICONE-2101.
- Морозов А.В., Ремизов О.В., Маслов Ю.А., Харитонов В.С. Схемные решения и принципы работы пассивных систем аварийного охлаждения различных типов ЯЭУ. Учебное пособие для студентов ВУЗов, Москва, НИЯУ МИФИ, 2015. 176 с.
- Калякин С.Г., Ремизов О.В., Морозов А.В., Юрьев Ю.С., Климанова Ю.В. Обоснование проектных функций системы пассивного залива ГЕ-2 усовершенствованного проекта АЭС с реактором ВВЭР. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2003, № 2, с. 71.
- Морозов А.В., Ремизов О.В., Цыганок А.А. Экспериментальное исследование неравновесных теплогидравлических процессов в системе пассивного залива активной зоны реактора ВВЭР. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2009, № 4, с. 115–123.
- Morozov A.V., Pityk A.V., Ragulin S.V., Sahipgareev A.R., Soshkina A.S., Shlepkin A.S. Effect of mass transfer processes on accumulation and crystallization of boric acid in WWER core in emergency cases. Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 899, no. 9, p. 092010.
- Морозов А.В., Сорокин А.П., Рагулин С.В., Питык А.В., Сахипгареев А.Р. Влияние процессов массопереноса борной кислоты на ее накопление в активной зоне при аварийных режимах АЭС с ВВЭР. Теплоэнергетика, 2017, № 7, c. 33–38.
- Морозов А.В., Питык А.В., Рагулин С.В., Сахипгареев А.Р., Сошкина А.С., Шлепкин А.С. Оценка влияния капельного уноса борной кислоты на ее накопление в реакторе ВВЭР в случае аварии. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2017, № 4, c. 72–82.
- Петросян А.В. Разработка и верификация расчетного кода для анализа аварий, связанных с перемешиванием теплоносителя с разной концентрацией борной кислоты в проточном тракте реактора ВВЭР-1000. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Электрогорск, 2005.
- Ehrenpreis S.N., McAdoo J.D. Reactor safety analysis. WCAP – 3269 – 60, Westinghouse Electric Corporation, 1966.
- Sven Jacobson. Some local dilution transients in a pressurized water reactor. LIUTEK-LIK-1989:11, Linköping Institute of Technology, Sweden, 1989.
- Пономаренко Г.Л., Быков М.А., Мохов В.А., Васильченко И.Н., Беркович В.Я., Щекин И.Г. Анализ наиболее значимых реактивностных аварий при модернизации РУ ВВЭР-1000. Труды 6-й международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, 2009. Доступно на: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2009/autorun/article59-ru.htm (дата обращения 23.05.2022).
- Cronenberg A.W. Summary of Boron Dilution Issues and Regulatory Actions (Prepared for ACRS Presentation to the German-RSK Board). Memorandum №AWC-114.2000, Nov. 3, 2000.
- Rohde U., Elkin I., Kalinenko V. Analysis of a boron dilution accident for WWER-440 combining the use of the codes DYN3D and SiTAP. Nuclear Engineering and Design, 1997, vol. 170, pp. 95–99.
- Егоров А.Л., Павловичев A.M., Сумароков M.A., Зарицкий С.M., Морозов А.С. Оптимизация
18-месячных топливных циклов ВВЭР-1000 повышенной мощности с учетом облучения выгородки и корпуса реактора. Труды 11-й международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». Подольск, 2019. Доступно на: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2019/autorun/article016-ru.htm (дата обращения 24.05.2023).
- Ушева К.И., Михалычева Э.А., Кутень С.А., Хрущинский А.А., Руденков И.В., Бабичев Л.Ф., Рoдионов А.Н. Анализ аварийных сценариев, связанных с неравномерным разбавлением борной кислоты в теплоносителе первого контура. Труды 11-й международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, 2019. Доступно на: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2019/autorun/article032-ru.htm (дата обращения 23.05.2022).
- Алехин Г.В., Мальцев Е.Ю., Подшибякин А.К., Зайцев С.И., Воронков А.В., Филь Н.С. Исследование межпетлевого перемешивания в реакторе типа ВВЭР. Труды международной конференции Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР (Теплофизика-98). Обнинск, 26–29 мая, 1998, т. 1, с. 465–477.
- Беркович В.Я., Пономаренко Г.Л., Никитенко М.П., Быков М.А., Манаков В.Н. Новый метод и результаты экспериментального исследования перемешивания теплоносителя на действующем энергоблоке ВВЭР-1000 АЭС «Бушер» с участием штатного комплекса систем мониторинга. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Обеспечение безопасности АЭС, 2012, № 32, с. 91–102.
- Нигматулин Б.И., Зайчик Л.И., Скибин А.П., Хасанов Р.Х., Югов В.П. Моделирование разбавления бора при реактивностных инцидентах в ВВЭР. Труды международной конференции Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР (Теплофизика-98), Обнинск, 26–29 мая, 1998, т. 1, с. 27–36.
- Ульяновский В.Н., Безруков Ю.А., Логвинов С.А., Салий Л.А. Исследование перемешивания потоков с разной концентрацией бора на входе в активную зону. Труды международной конференции Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР (Теплофизика-98), Обнинск, 26–29 мая, 1998, т. 1, с. 37–46.
- Быков М.А., Лисенков Е.А., Беляев Ю.В., Ульяновский В.Н., Сотсков Е.В., Закутаев М.О. Верификация модели перемешивания теплоносителя в корпусе реактора по результатам экспериментов на 4-петлевом стенде ФГУП ОКБ «Гидропресс». Труды 5-й международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, 2007.
- Дмитриев С.М., Добров А.А., Рязанов А.В., Хробостов А.Е., Баринов А.А., Большухин М.А., Будников А.В., Патрушев Д.Н. Вопросы валидации CFD-моделирования процессов смешения петлевых потоков в характерной геометрии опускной камеры водо-водяного корпусного реактора. Труды 11-й международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, 2019. Доступно на: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2019/autorun/article125-ru.htm (дата обращения 23.05.2022).
- Немодрук А.А., Каралова З.К. Аналитическая химия бора. М.: Наука, 1964. 286 с.
- Шмаль И.И., Иванов М.А. Процессы массопереноса борной кислоты в аварийных режимах АЭС с ВВЭР. Труды 9-й международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, 2015. Доступно на: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2015/documents/mntk2015-066.pdf (дата обращения 23.05.2022).
- Гордон Б.Г. Лабораторные исследования выпаривания ортоборной кислоты. Тезисы докладов международного семинара «Теплофизика-90». Обнинск, 25–28 сентября 1990, с. 45.
- Балашов С.М., Виденеев Е.Н., Нигматулин Б.И. Влияние борной кислоты на теплогидравлические характеристики частично осушенной активной зоны. Теплоэнергетика, 1992, № 9, с. 43–47.
- Логвинов С.А., Безруков Ю.А., Драгунов Ю.Г. Экспериментальное обоснование теплогидравлической надежности реакторов ВВЭР. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. 255 с.
- Tuunanen J., Tuomisto H., Raussi P. Experimental and analytical studies of boric acid concentrations in a VVER-440 reactor during the long-term cooling period of loss-of-coolant accidents. Nuclear Engineering and Design, 1994, vol. 148, issues 2–3, pp. 217–231.
- Морозов А.В., Сорокин А.П., Калякин Д.С., Сахипгареев А.Р., Шлепкин А.С. Проведение экспериментальных теплофизических исследований в обоснование работоспособности пассивных систем безопасности РУ с реакторами типа ВВЭР нового поколения. Атомная энергия, 2019, т. 127, вып. 1, с. 13–17.
- Морозов А.В., Шлепкин А.С., Сахипгареев А.Р. Определение комплекса теплофизических свойств водных растворов борной кислоты при параметрах характерных для аварийного режима ВВЭР. Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, вып. 2, с. 268–280.
- Morozov A.V., Pityk A.V., Sahipgareev A.R., Shlepkin A.S. Experimental study of solubility of boric acid in steam at boiling. Journal of Physics: Series, 2018, p. 012056. DOI 10.1088/1742-6596/1105/1/012056.
- Сахипгареев А.Р., Шлепкин А.С., Морозов А.В. Экспериментальное исследование особенностей растворимости борной кислоты в паре при кипении теплоносителя реактора ВВЭР в случае аварии. Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, вып. 3, с. 167–173.
- Brown W.L., Kellerman B.E., Fink D.J. Phenomena identification and ranking tables (PIRT) un-buffered/buffered boric acid mixing /transport and precipitation modes in a reactor vessel during post-LOCA conditions. WCAP-17047-NP, 2009.
- Westinghouse Technology Systems Manual, Section 5.2, Emergency Core Cooling Systems. US NRC, 2006.
- AP1000 Code Applicability Report. Westinghouse Electric Company LLC, WCAP-15644-NIP Revision 2, 2004.
- Generic design assessment UK EPR nuclear power plant design by AREVA NP SAS and Electricité de France SA. UK EPR-03, Environment Agency, 2011.
- Pre-Construction Environmental Report Chapter 4 Radioactive Waste Management Arrangements. UK HPR1000 GDA, GNI Ltd, CGN, EDF, 2020.
УДК 621.039.58:536.423.4
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2023, № 2, c. 146–165
