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:

Семьдесят две семьи энергодарцев получили ключи от новы

News image

Сегодня, пожалуй, трудно найти город, где бы строилось бесплатное жилье. Энергодар – счастливое исключение, потому что благодаря настойчивости и пос...

Запорожская АЭС выполнила плановое задание за февраль

News image

27 февраля 2011 г. в 12 часов 30 минут Запорожская атомная электростанция досрочно выполнила плановое задание по производству электроэнергии за февр...

Новости с ЧАЭС:

Проблемами пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС

News image

Первое заседание Совета управляющих Центра Экология и здоровье состоялось в Европарламенте в Страсбурге. Как сообщил АСИ советник РАН, председател...

Новости ГКЯРУ

News image

C 15 по 18 сентября 2010 года инспекционная комиссия Госатомрегулирования провела плановое инспекционное обследование ГСП ЧАЭС относительно готовнос...

Штабные учения на Ленинградской АЭС

News image

На Ленинградской АЭС провели плановое командное штабное учение. В сценарии были включены возможные повреждения по максимуму. Эти...

Индия приступила к предпроектным работам на площадке в Харья

News image

Индия приступила к подготовительным и предпроектным работам на площадке Горахпур (Gorakhpur), где должна быть построена первая о...

ЗАЭС: плановое задание за октябрь - досрочно

News image

31 октября 2010 г. в 2 часа 30 минут Запорожская атомная электростанция досрочно выполнила плановое задание по производству элек...

Шестой энергоблок Запорожской АЭС отмечает 15-летний юбилей

News image

19 октября 1995 года в 4 часа 23 минуты подключили к энергетической системе Украины энергоблок № 6 Запорожской АЭС. С этого ...

Количество работающих людей на стройплощадке ЛАЭС-2 до конца

News image

На Ленинградской АЭС-2 прошло еще одно собрание оперативного штаба относительно сооружения первого и второго энергоблока. Сейчас...

Белоруссия вывезет в Россию отработанное ядерное топливо

News image

Белоруссия договорилась с Россией о вывозе в РФ нескольких десятков килограмм отработанного ядерного топлива, сообщил в четверг ...

Франции приходиться защищать свои АЭС от «Гринписа».

News image

В ответ на действия деятелей «Гринпис» Франции придется усилить меры по физической защите своих АЭС. Напоминаем, что в декабре акт...

Бушерскую станцию, в июне, предполагают вывести на максималь

News image

Иранскую атомную электростанцию «Бушер» предполагается вывести на сто процентов мощности, скорее всего в июне – так сообщили пр...