Главная - Теория АЭС - Тяжеловодные реакторы с ториевым топливом
Тяжеловодные реакторы с ториевым топливом
АЭС - Теория АЭС

тяжеловодные реакторы с ториевым топливом

Тяжелая вода является прекрасным замедляющим материалом благодаря небольшому сечению поглощения нейтронов, что, способствуя улучшению баланса нейтронов в реакторах на тепловых нейтронах, позволяет канадским энергетическим тяжеловодным реакторам CANDU работать на топливных загрузках из природного урана.


Практический интерес к применению 233U-232Th топлива в CANDU был обусловлен, в первую очередь, теоретическим обоснованием возможности достигнуть в тяжеловодных реакторах на тепловых нейтронах около бридерных режимов (вплоть до циклов с самообеспечением топливом). Но и без бридинга CANDU, в силу своих особенностей, является практически идеальным ядерным реактором для использования ториевого топлива. Поэтому в направлении исследования возможностей применения ториевого топливного цикла в Канаде в прошлом был выполнен большой объем работы, в настоящее время подобная работа ведется в Индии.

Для использования в CANDU были изучены два топливных цикла, предполагавших переработку выгоревшего топлива: топливный цикл с самообеспечением топливом (SSET) и цикл с высоким выгоранием топлива.

В SSET-цикле содержание урана-233 в выгоревшем топливе первой загрузки таково, что его достаточно для обогащения следующей топливной загрузки. Таким образом, дальнейшая работа реактора не требует дополнительного обогащения топлива (например, по урану-235).

Важно отметить, что в стандартной конструкции CANDU режима самообеспечения достигнуть невозможно из-за большого паразитного поглощения нейтронов в нетопливных материалах. Для улучшения баланса нейтронов могут быть использованы следующие способы:


Оценки показали, что в случае реализации первых четырех способов переход к режиму самообеспечения достигается при выгорании топлива 5 ГВт•сут/т. В случае устранения из циркониевых сплавов изотопа 91Zr глубина выгорания в режимах самообеспечения топливом может достигать 10–15 ГВт•сут/т.

Стратегия циклов с высоким выгоранием топлива в принципе схожа с использованием U-Pu топливного цикла в LWR. Из-за высокого в сравнении с ураном поглощения в тории требуется более высокое обогащение начальной ториевой топливной загрузки. Так как в этом топливе коэффициент конверсии выше, то изменение реактивности во времени меньше. И, следовательно, стартуя с более высоким обогащением начальной топливной загрузки, достигают режима выгорания, когда накопленный уран-233 позволяет реактору работать дольше. Согласно расчетным оценкам, требуемое содержание накопленного урана-233 равно примерно 2%, тогда как обогащение начальной загрузки равно 2,4%. В этом случае достигается глубина выгорания топлива 50 ГВт•сут/т в сравнении с 40 ГВт•сут/т для эквивалентного уранового цикла.

В случае большего начального обогащения (с целью дальнейшего повышения глубины выгорания) увеличение содержания накопленного урана-233 не дает выигрыша, так как резко возрастает паразитное поглощение нейтронов в продуктах деления.

Применительно к использованию в CANDU также исследовался открытый топливный ториевый цикл. В этом цикле слабообогащенное урановое топливо и торий размещаются раздельно в различные каналы, чтобы можно было обеспечить различную энергонапряженность топлив. Урановое топливо в этом цикле выгорает и перегружается быстрее. Расчеты показывают, что потери в выгорании уранового топлива успешно компенсируются большим выгоранием ториевого топлива. Экономические показатели этого цикла схожи и могут даже превосходить аналогичные показатели для чистого уранового топливного цикла. Этот цикл после детальной проработки может быть рассмотрен для использования в тяжеловодных реакторах на ближайшую перспективу.

Достаточный экспериментальный опыт фабрикации топлива на основе тория накоплен в Канаде и Индии. Возможности переработки облученного ториевого топлива были продемонстрированы в лабораторных масштабах в Канаде на установке TFRE. Предварительно на этой установке были отработаны все процессы с необлученным топливом и уже затем перерабатывалось облученное. Производительность установки составила »0,3 кг тяжелых металлов в сутки. Существенных (непреодолимых) трудностей обнаружено не было, и сделан вывод о возможности промышленного развития.

Облучение ториевого топлива, приготовленного по традиционной технологии, показало, что выход активности в теплоноситель и технологические неплотности контура в сравнении с UO2 топливом меньше, что объясняется отсутствием окисления у ториевого топлива в сравнении с урановым. Однако выход газовых осколков в ториевом топливе оказался схож с урановым топливом, облученным в равных условиях. Более высокий выход газов в ториевом топливе (в сравнении с твердыми осколками) объясняется эффектами недостаточной гомогенизации в нем делящегося материала, что приводит к пикам тепловыделения в топливных таблетках. Повышение степени гомогенизации позволяет уменьшить данный эффект.

Облучение топливных таблеток до выгораний »27000 МВт•сут/т продемонстрировало, что выход газообразных продуктов деления на »2 порядка ниже, чем на UO2 топливе в аналогичных условиях. Снижение выхода газовых продуктов деления свидетельствует о меньшем уровне достигаемых температур в ториевом топливе, что подтверждено последующими исследованиями образцов облученного топлива. Облучение виброуплотненных топливных таблеток выявило наличие в них необъясненных дефектов в топливе, заключающихся в образовании в нем зон с повышенной концентрацией делящегося материала. Однако сделан вывод, что данные дефекты не приведут к росту повреждений топлива.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новости с ЗАЭС:

Сотрудник Запорожской АЭС стал лауреатом премии Кабинет

News image

В преддверии Дня молодежи лауреатом Премии Кабинета Министров Украины за особые достижения молодежи в развитии Украины стал работник Запорожской АЭС...

Самое загадочное свойство природы

News image

Одной из интригующих тай вселенной, которое веками интересуют человечество – это невероятный феномен бытия как «время». Оно является одним из неопозна...

Новости с ЧАЭС:

Президент Украины почтил память ликвидаторов Чернобыльс

News image

26 апреля 2010 Президент Украины Виктор Янукович посетил Чернобыльскую АЭС и возложил цветы к Мемориалу Героям-ликвидаторам аварии на ЧАЭС. Вместе...

Генеральный директор ГСП ЧАЭС Игорь Грамоткин: «Игнорир

News image

Совсем не формальный подход в вопросах соблюдения противоэпидемических мер демонстрирует руководство Чернобыльской АЭС. Вчера генеральный директо...

Балаковская АЭС вновь в работе

News image

После текущего ремонта, который помешал работе Балаковской АЭС, вновь работает энергоблок и электростанция в полном порядке. Рем...

Белоруссия и Россия хотят создать передвижную ядерную устано

News image

Белоруссия и Россия рассматривают возможность совместного создания передвижной ядерной энергетической установки, сообщил корресп...

Болгария постарается продлить сроки службы блоков №№5-6 АЭС

News image

Правительство Болгарии, скорее всего, предпримет необходимые меры для продления сроков службы блоков №№5-6 АЭС Козлодуй . Такое...

Ростовская АЭС была признана как лучшее предприятие ТЭК, бла

News image

Ростовская АЭС смогла победить во всероссийском конкурсе под названием "Лучшие российские предприятия. Ответственность. Динамика...

Германии нужно сохранить АЭС до 2042 года - представитель ХД

News image

Германии нужно сохранить в строю свои атомные станции до 2042 года, или на 20 лет позже, чем предписывается текущим законодатель...

Индия определит судьбу своего первого коммерческого тяжёлово

News image

Блок Раджастан-1 (Rajasthan) с тяжёловодным реактором CANDU/PHWR, остановленный в 2004 году, может вернуться в строй действующ...

«Казатомпром» увеличивает добычу урана.

В первом квартала 2012 объемы добытого в Казахстане урана составили 4 666 тонн, это лучше объема за прошедший период 2011 на 5%...

Перевозка ОЯТ БН-350 из Актау в Семипалатинск - забота о без

News image

Казахстанские военные провели этим летом учения по отражению нападения террористов на ядерный объект, построенный в советский пе...