ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
ВАНТ. Серия: Ядерно-реакторные константы


Расширенное продолжение серии: Ядерные константы c 1971 года
ISSN 2414-1038 (online)

Авторы

Клинов Д.А., Гулевич А.В., Елисеев В.А., Малышева И.В., Бурьевский И.В.

Организация

АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия

Клинов Д.А. – первый заместитель генерального директора по науке, кандидат технических наук.
Гулевич А.В. – заместитель директора отделения ядерной энергетики, доктор физико-математических наук.
Елисеев В.А. – начальник лаборатории, кандидат технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: +7 (484) 399-47-34, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Малышева И.В. – старший научный сотрудник.
Бурьевский И.В. – старший научный сотрудник.

Аннотация

В дочернобыльский период задачей быстрых реакторов было обеспечение топливом интенсивного развития ядерной энергетики при дефиците природного урана: короткое время удвоения, высокий КВ, высокая теплонапряженность, короткая кампания. После Чернобыльской аварии главным стало обеспечение безопасности, в том числе в запроектных и постулируемых авариях. Современные быстрые натриевые реакторы должны, с одной стороны, удовлетворять требованиям безопасности в проектных и запроектных авариях (в соответствии с требованиями GEN-IV), с другой – быть конкурентоспособными по сравнению с водяными реакторами и другими источниками энергии. В работе рассмотрены способы трансформации активных зон действующих и проектируемых российских быстрых реакторов для удовлетворения этим требованиям. Безопасность этих реакторов в проектных и запроектных авариях обеспечивается за счет отказа от верхнего торцевого экрана и его замены натриевой полостью, что позволяет снизить натриевый пустотный эффект реактивности (НПЭР) и обеспечить ввод отрицательной реактивности при вскипании натрия. Такая активная зона реализована в БН-800 и проектируемом БН-1200. Повышение конкурентоспособности (увеличение длительности кампании топлива и коэффициента использования мощности (КИУМ)) проектируемых и действующих реакторов обеспечивается за счет перехода на радиационно стойкую оболочечную сталь ЭК164 (в настоящее время реализуется в БН-600, планируется в БН-800) и перехода на активную зону с аксиальной прослойкой из диоксида обедненного урана (планируется для БН-800 и БН-1200). В БН-1200 за счет отказа от ряда элементов РУ и оптимизации конструкции достигается полуторакратное снижение металлоемкости. Для топливной экономичности принят «толстый» твэл диаметром 9,3 мм и кампанией топлива 4 года. Это снижает годовой расход твэлов и ТВС в 2–2,5 раза. Оба мероприятия требуют модернизации активной зоны. Каждое из этих мероприятий позволяет увеличить длительность кампании на 25 %, а реализация обоих мероприятий (перехода на новую сталь и введение прослойки) – позволит увеличить кампанию и снизить потребление топлива более чем на 50 %. Введение аксиальной прослойки не требует расширения активной зоны, что дает дополнительную экономию топлива. Но аксиальная прослойка должна располагаться не в центральной плоскости активной зоны, а со смещением вниз на 3–5 см. Это позволит улучшить многие характеристики активной зоны: повысить обогащение топлива на четверть и, как следствие, пропорционально снизить нейтронный поток и радиационную повреждаемость оболочек твэл; увеличить кампанию топлива до 5 лет; снизить запас реактивности на выгорание, не ухудшая эффективность систем СУЗ, увеличить микрокампанию до 1 года; выровнять поле тепловыделения в вертикальном направлении, снизить максимальную теплонапряженность; улучшить протекание запроектных аварий типа ULOF. Такой способ снижения скорости накопления повреждающей дозы одинаково эффективен как для МОКС, так и для нитридного топлива, что позволяет унифицировать проект активной зоны

Ключевые слова
реактор на быстрых нейтронах, безопасность, конкурентоспособность, активная зона, твэл, реактивность, аварии, оболочечная сталь, топливо, обедненный уран, обогащение, нейтронный поток, аксиальная прослойка, натриевая полость, кампания, теплонапряженность

Полная версия статьи (PDF)

Список литературы

УДК 621.039.51

Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2020, выпуск 2, 2:1