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:

СХОЯТ ЗАЭС – безопасность и экологическая чистота

News image

Запорожская АЭС получила лицензию государственного комитета ядерного регулирования Украины на ввод в опытно-промышленную эксплуатацию сухого хранили...

В ДОЦ Юность ОП ЗАЭС начался новый оздоровительный се

News image

В детском оздоровительном центре (ДОЦ) «Юность» Запорожской АЭС начался новый сезон. Пятого июня состоялся первый заезд детей в ДОЦ «Юность». ...

Новости с ЧАЭС:

Парламентские слушания по Чернобылю проведут в марте 20

News image

Верховная Рада Украины решила провести в марте 2011 парламентские слушания по преодолению последствий Чернобыльской катастрофы. За принятие соотв...

Крейсер

News image

Похвалила наличием в вооруженных силах, на флоте государства такой машиной как атомный крейсер могли лишь только две сверхдержавы — Советский Союз и С...

AREVA не видит проблем с финансированием строительства АЭС Д

News image

Группа AREVA не видит сложностей с финансированием строительства двух блоков с EPR-1600 на индийской АЭС Джайтапур , пишет газе...

Росатом готов сотрудничать с Индией в разработке урановых ме

News image

Росатом предложил индийским партнерам сотрудничество в добыче урана на территории России и третьих стран, сообщил РИА Новости оф...

На заглушенной АЭС Крюммель перемены

News image

Недавний инцидент на германской АЭС Крюммель (Kruemmel) повлёк за собой кадровые изменения. Владельцы освободили от занимаемо...

Подводный модуль Flexblue составит сотни миллионов евро

News image

Стоимость одного подводного атомного модуля Flexblue с реактором мощностью от 50 до 250 МВт(эл.) составит несколько сот миллио...

Японское правительство решило национализовать компанию-опера

News image

Минимум до 2022 года правительство Японии желает завершить национализацию компании-оператора АЭС «Фукусима-1» ну а точнее Tokyo El...

Япония собирается национализировать АЭС

News image

Как стало известно со слов японского министра промышленности и торговли Юкио Эдано, который согласился дать интервью для газеты «Y...

На Чернобыльской АЭС прошел первый подъем арки для объекта п

News image

На площадке объекта под названием «Укрытие» ЧАЭС был осуществлен 1-й подъем именно восточной части арки, которая весит именно ...

Пятая часть расходов на АЭС Белене пришлась на консультантов

News image

Болгарское издание 168 часов опубликовало данные по реальным расходам Болгарии на строительство АЭС Белене по состоянию на с...