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:

Запорожская АЭС досрочно выполнила годовой план по выра

News image

20 декабря 2010 года в 18:30 Запорожская АЭС досрочно выполнила скорректированный годовой план производства электроэнергии – 39 852 млн кВтч. Пер...

Есть три миллиарда кВтч электроэнергии в июле

News image

Коллектив Запорожской атомной электростанции продолжает бесперебойно выполнять планы по производству и отпуску электроэнергии, успешно и качественно...

Новости с ЧАЭС:

Визит на Чернобыльскую АЭС

News image

Сегодня, 23 ноября, Чернобыльскую АЭС с ознакомительным визитом посетила делегация иностранных дипломатов, сотрудников посольств иностранных государ...

Украина и ЕБРР сделали очередные шаги на пути строитель

News image

В Министерстве по вопросам чрезвычайных ситуаций и по делам защиты населения от последствий Чернобыльской катастрофы состоялась рабочая встреча ми...

В Димитровград до 2020 года инвестируют 150-т миллиардов руб

News image

В Димитровграде ,четвертого июня было выездное заседание Совета Федерации по образованию, науке, информационной политике, культуры...

Проект: 16 ядерных реакторов в Балтийском регионе

News image

По сообщению профессора, члена-корреспондента РАН, доктора биологических наук А. Яблокова, в Балтийском регионе запланировано с...

Завершён предварительный ТОБ для первой в Китае АЭС с клонам

News image

Компания SNPTC завершила подготовку предварительного тома в обоснование безопасности (ТОБ) для первой из трёх АЭС в континенталь...

Развитие атомной энергетики России и Украины – фактор устойч

News image

20 октября 2009г. в Энергодаре состоялась пресс-конференция участников украинско-российского семинара-совещания «Развитие ато...

Британские тори признали необходимость строительства в стран

News image

Оппозиционная консервативная партия Великобритании высказалась в пользу строительства АЭС замещения после вывода из эксплуатации...

Россия собирается построить атомную электростанцию и исследо

News image

Российское правительство подписало с правительством Венесуэлы о сотрудничестве в области атомной энергетики. Конкретно речь иде...

Третьи силы

News image

Ураном интересуются не только атомщики. Сразу несколько китайских компаний, в том числе, частных, которые не имеют никакого отно...

30 апреля панируется вывод из эксплуатации блок номер 2 АЭС

News image

Как передают «Би-Би-Си», 30 апреля этого года планируется окончательная остановка второго блока атомной электростанции "Уилфа" ...