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:

На Запорожской АЭС выполнена уникальная операция по рем

News image

На Запорожской АЭС во время среднего ремонта блока №3, персонал участка по ремонту генераторов электрического цеха после согласования с заводом-из...

Совет ГИС – технический генеральный штаб отрясли

News image

22-23 мая на Запорожской АЭС прошло очередное заседание Совета главных инженеров станций (Совет ГИС). Кроме главных инженеров в работе Совета участв...

Новости с ЧАЭС:

Девять миллионов на дороге не валяются!

News image

Заключен договор между ГП «НЭК Укрэнерго» и ГСП ЧАЭС об использовании электрических технологических сетей для транзита электроэнергии магистральными...

К чрезвычайным ситуациям готовы!

News image

10 ноября в рамках комплексной тренировки руководящего состава государственного департамента - Администрации зоны отчуждения и зоны безусловного (об...

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...

Подано уже 200 заявок от граждан Литвы, которые бы хотели ра

News image

Пакет соглашений о строительстве АЭС Беларусь и Россия могут подписать уже 15 марта. Главное, чтобы документы к этому времени ус...

Разработка проекта ВВЭР-ТОИ станет главной задачей для атомн

News image

Разработчики получили задание – сократить сроки построения серийного блока до сорока месяцев. Это позволит снизить стоимость ст...

РФ задействует все средства для безопасной работы АЭС

News image

Россия максимально задействует все средства для безопасной работы возводимых при ее содействии АЭС, в том числе в Белоруссии, за...

На Ижорских заводах начали осуществлять контрольную сборку к

News image

Эта технологическая операция, которая будет проводиться в заводских условиях на специализированном испытательном стенде, для то...

Казахстан получит восемнадцать тонн ядерных отходов от США и

News image

Из Японии США решили передать Казахстану больше восемнадцати тонн ядерных отходов американского производства специально для перера...

Счётная палата ЕС ожидает ответов от Болгарии на вопросы по

News image

Эксперты европейской Счётной палаты ожидают ответов на вопросы, заданные в связи с выводом из эксплуатации малых блоков АЭС Коз...

Планы по постройке блока с EPR-1600 на АЭС Трикастен

News image

Группа SUEZ называет неточными сообщения об её планах по постройке блока с EPR-1600 на АЭС Трикастен и опровергает сообщения о т...