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:

Завершил работу второй украинско-российский семинар-сов

News image

22 октября 2009 года в городе атомщиков Энергодаре (Запорожская область) завершил работу второй украинско-российский научно-технический семинар-сове...

В начале 2012 года Запорожская АЭС смогла выработать пр

News image

В 2012 году, 28 февраля Запорожская атомная электростанция смогла выполнить скорректированное плановое задания относительно производства электроэнер...

Новости с ЧАЭС:

Секретарь СНБО Украины Раиса Богатырева выразила восхищ

News image

Сегодня Чернобыльскую АЭС с рабочим визитом посетила секретарь СНБОУ Раиса Богатырева в сопровождении заместителя министра Украины по вопросам чрезв...

К чрезвычайным ситуациям готовы!

News image

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

Концепция центра ARC с реакторами PRISM и сухой переработкой

News image

Концепция усовершенствованного центра ARC по переработке ОЯТ включена в состав программы Ecomagination , которая реализуется в ...

Westinghouse представил американским регуляторам проект легк

News image

Компания Westinghouse представила американским регуляторам информацию о проекте реактора малой мощности, разработанного специа...

Информация об инцидентах на АЭС Дайя-Бей будет публиковаться

News image

Компания Hong Kong Nuclear Investment Co. , совладелец китайской АЭС Дайя-Бей , взяла обязательство по своевременному информир...

Калининская АЭС уже закончила испытания четвертого блока на

News image

Во время испытаний подтвердились необходимые фактические характеристики параметров систем и оборудований четвертого энергоблока ...

Индия не станет модифицировать закон о ядерном ущербе

News image

Правительство Индии не станет вносить изменений в текст закона об ответственности за ядерный ущерб, так как его редакция окончат...

Машиностроители из Сумской области сделают для пакистанской

News image

Машиностроители из Сумской области будут производить насосы для атомной электростанции "Чашма, которая находится в Пакистане. П...

Плодотворная работа ЗАЭС с зарубежными коллегами

News image

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

Бетонирование фундамента на Балтийской АЭС

News image

Строители уложили фундаментную плиту реактора одного из главных строящихся сооружений  атомной станции, следующим шагом станет ухо...