НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЯЖЕЛОВОДНОГО РЕАКТОРА С РЕГУЛИРУЕМЫМ СПЕКТРОМ

Увакин М.А., научный руководитель Савандер В.И.

Московский государственный инженерно-физический институт

(технический университет)

В работе рассмотрены различные способы регулирования спектра нейтронов в реакторе с тяжеловодным замедлителем с целью компенсации избыточной реактивности. Проведено изучение влияния способа регулирования спектра на нейтронно-физические характеристики реактора и их изменения в течение кампании. Предложен вариант теоретического обоснования повышения эффективности эксплуатации ЯЭУ при осуществлении спектрального регулирования.

Существенного повышения глубины выгорания и длительности кампании реактора без осуществления непрерывных перегрузок топлива можно достичь путем непрерывного изменения спектра нейтронов в реакторе. Непрерывное изменение спектра в реакторе позволяет компенсировать большие начальные запасы реактивности свежего топлива, создаваемые для достижения сверх длинных кампаний топлива.

Спектральное регулирование реактивности можно осуществить путем изменения замедляющих свойств размножающей среды в процессе выгорания топлива. Для реакторов с водой под давлением предложен способ, основанный на постепенной замене тяжеловодного замедлителя на легководный [1]. Однако, подобный способ имеет один существенный недостаток – физическую потерю тяжелой воды при ее разбавлении обычной, что немаловажно с экономической точки зрения, если принять во внимание дороговизну тяжелой воды и значительное количество замедлителя в корпусных реакторах вне активной зоны..

Для тяжеловодных реакторов канального типа замедлитель и теплоноситель пространственно разделены между собой, что позволяет изменять свойства замедлителя путем изменения его количества или плотности [2]. Рассматривается вариант смягчения спектра с вытеснением тяжелой воды, находящейся в зоне замедлителя при помощи трубок-вытеснителей. По мере выгорания топлива трубки заполняются тяжеловодным замедлителем, что приводит к смягчению спектра. В работе [2] был проведен расчетный анализ эффективности рассматриваемого способа при непрерывном изменении спектра нейтронов (с нулевым запасом реактивности). Наряду с этим представляет интерес анализ вариантов со ступенчатым изменением реактивности. Этот способ снижает длительность работы реактора, однако, он ближе к технической реализации идеи.

Для расчетных исследований применялась ячеечная программа GETERA. Моделирование спектрального регулирования с ее помощью является длительной и трудоемкой задачей. Для оптимизации процесса спектрального регулирования была разработана упрошенная модель процесса. При ее построении использовались укороченная система уравнений изменения изотопного состава с эффективным осколком деления. Полученная система уравнений приводится к нелинейному виду с источником и может быть решена как методом последовательных приближений, так и численно.

Литература:

1. J. Yamashita, M. Ohtsuka, K. Fudjimura, ecr. - An innovate conceptual design of the safe and simplefied boiling water reactor (SSBWR) with a super long life core, Global 2001.

2. М.А. Увакин, В.И. Савандер – Сравнительный анализ различных способов компенсации избыточной реактивности в реакторе для достижения длительных кампаний. Научная Сессия МИФИ-2002.