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:

Самое важное открытие ХХ века

News image

За всю историю человечества было сделано много невероятных открытий. Но одно из самых пагубных и  разрушительных является ядерное оружие. Изобретение ...

Плодотворная работа ЗАЭС с зарубежными коллегами

News image

Сотрудничество с зарубежными коллегами – реальный вклад в повышение безопасности и надежности эксплуатации Запорожской АЭС. В 2008 году Запорожска...

Новости с ЧАЭС:

Текущее состояние ГСП ЧАЭС

News image

Состояние блоков №1, 2 и 3 регламентное. Персонал ГСП ЧАЭС выполняет все необходимые работы по поддержанию блоков в безопасном состоянии. Показатели...

Самый большой ледокол с мире

News image

Самый мощный ледокол в мире был построен в России – «50 лет Победы». Этот корабль настолько большой и прочный, что способен преодолевать самый толстый...

Казахстан официально уведомил МАГАТЭ о готовности принять ба

News image

Казахстан официально уведомил МАГАТЭ о готовности принять на своей территории международный банк ядерного топлива, создающийся п...

Инцидент с выбросом слаборадиоактивных газов на АЭС

News image

Инцидент с выбросом слаборадиоактивных газов отмечен во вторник на французской АЭС, расположенной в местечке Шооз /северо-западн...

Британский профессор ядерной медицины призвал страну создава

News image

Профессор университета Ноттингхэма и избранный президент британского общества ядерной медицины (BNMS) Алан Перкинс призвал задум...

Теперь на Саратовской ГЭС проходят работы в штатном режиме

News image

С Нового Года по 11 января этого года, станция осуществляла свою работу на полной мощности. И на протяжении этого времени не было ...

Строительство Нововоронежской АЭС-2 ускоряется

News image

В ходе строительства Нововоронежской АЭС-2 гермооболочка здания реактора № 2 будет сооружена ускоренными темпами. Здесь «Росатом...

«Росэнергоатом» смог достичь рекордных показателей по вырабо

News image

В России в 2011 году атомные станции смогли выработать 172,7 миллиардов кВтч электроэнергии, и за всю историю известного концерн...

МЧС: зону вокруг ЧАЭС – под строгий контроль

News image

По сообщению издания «Коммерсант – Украина», Министерством чрезвычайных ситуаций введены новые, более жесткие, правила, в соотве...

Китай до 2030 года обгонит США по потреблению урана

News image

Китай превратится в крупнейшего в мире потребителя урана, потеснив с этой позиции Соединённые Штаты, передаёт UPI со ссылкой на ...