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 Хмельницкой АЭС теперь работает миссия технической п

News image

Десятого апреля на ХАЭС приступила к работе миссия технической поддержки на Московском центре ВАО АЭС. Представители из Московского и Атланского це...

Запорожская АЭС в июне смогла выработать свой первый ми

News image

Запорожская атомная электростанция в июне выработала первый миллиард электроэнергии. ЗАЭС и дальше продолжает осуществлять работу в своем заданном ...

Новости с ЧАЭС:

Чернобыльская АЭС делится опытом

News image

10 лет прошло с момента закрытия Чернобыльской АЭС. С тех пор станция первой в Украине идет по пути снятия с эксплуатации. При содействии МАГАТЭ и В...

Радиационную безопасность – Украине

News image

21-22 мая 2008 года на Чернобыльской АЭС проходит семинар-презентация Международные и национальные проекты повышения ядерной и радиационной безоп...

Ростовская АЭС

News image

С начала ввода в эксплуатацию и по 23 апреля 2012 на энергоблоках Ростовской АЭС выработано 100 млрд кВтч электроэнергии. За пр...

Белэнерго: Белорусская АЭС даст возможность сэкономить один

News image

Если в Белоруссии введут в эксплуатацию два атомных блока, каждый из которых будет иметь мощность в 1170 МВт, то они позволят ...

Россия будет строить головной универсальный атомный ледокол

News image

Новая серия ледоколов сможет прослужить сорок лет, ну а старая серия максимум протягивает до 25-ти лет. При списании судна проис...

В Великобритании появилась информация о возобновлении работы

News image

По сообщению британской газеты The Independent on Sunday, британская комиссия по безопасности ядерных объектов в прошлом месяце ...

Семинар МАГАТЭ

News image

По предварительным оценкам этап окончательного закрытия и консервации ЧАЭС начнется в 2013 году и составит около 10 лет (до 2022...

Германские АЭС - время не ждёт

News image

В Германии есть вызывающая жаркие дебаты тема, от которой нельзя просто так отмахнуться. Сможет ли страна выполнить требовани...

В Германии продолжают обсуждать судьбу прибылей от продления

News image

В Германии продолжается обсуждение судьбы дополнительных прибылей энергетических компаний, которые появятся в результате продлен...

От сильных морозов пострадала также «Фукусима -1»

News image

В выходной день, 28 января нынешнего года, работниками АЭС «Фукусима-1» вынужденно была произведена временная остановка сист...