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:

Возводится новое защитное сооружение над 4-ым энергобло

News image

Двадцать шестого апреля 2012 года, когда была двадцать шестая годовщина аварии на ЧАЭС, начали монтировать конструкции арки. В 2015 году планируют з...

Запорожская АЭС - лучшее предприятие ТЭК Украины

News image

По результатам общего совещания Кабинета Министров Украины и областной исполнительной власти, прошедшего в пятницу, 4 июня, в Запорожье, первый вице...

Новости с ЧАЭС:

Посол США в Украине Джон Теффт: «Я испытывал гордость,

News image

14 июня Чернобыльскую АЭС с ознакомительным визитом посетили Посол США в Украине Джон Теффт с супругой и Атташе по вопросам энергетики в Украине Вей...

ЧАЭС: подписан важнейший контракт

News image

Вчера, 3 апреля, на Чернобыльской АЭС подписан важнейший контракт на проведение подготовительных мероприятий, необходимых для начала работ по строит...

Энергетики создают запасы урана, пользуясь его дешевизной

News image

Ряд крупнейших мировых генерирующих компаний создают запасы урана, пользуясь его низкой ценой на спотовом рынке, пишет во вторни...

Убытки, которые понес оператор аварийной японской АЭС "Фукус

News image

Убытки, которые понесла японская энергокомпания под названием "Токио электрик пауэр", которая является оператором "Фукусимы-1"...

Задержка строительства АЭС в Нидерландах

News image

Компании Delta и RWE объявили о переносе начала строительства АЭС в Нидерландах на 2-3года, в связи с ужесточением условий данн...

Индия к 2032 году намерена довести суммарную мощность своих

News image

Индия к 2032 году планирует довести суммарную мощность атомных электростанций до 63 ГВт, сообщил в среду директор индийской АЭС ...

ООН готова уделить особое внимание Чернобылю

News image

Организация объединенных наций намерена всемерно поддерживать мероприятия, направленные на преобразование объекта Укрытие в эк...

Южно-Украинская АЭС

News image

Данные метеорологических наблюдений в районе Ташлыкской ГАЭС показывают небольшое повышение температуры, средний показатель 3°С...

Доставленный из Германии уран переработают в тепловыделяющие

News image

Транспортировка в Россию 268 кг свежего высокообогащенного уранового топлива (обогащением от 36% до 20% по U-235) и 58 кг свежег...

Россия будет поставлять в Китай оборудование

News image

В Москве пятого июля прошло совещание, которое было посвящено проекту по сооружению четвертого и третьего энергоблока на Тяньван...