Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность ядерных технологий»

Все доклады секции


Параметрический анализ нейтронно-физических характеристик ВТГР, важных для обоснования безопасности

Корзунин А.В., Артисюк В.В.

Обнинский государственный технический университет
атомной энергетики

Данная работа посвящена изучению нейтронно-физических характеристик высокотемпературных газовых реакторов. Большое внимание уделяется исследованию характеристик безопасности. Расчёты проводились для различных видов топлива. Предметом исследований является возможность достижения глубоких выгораний при приемлемых характеристиках безопасности. Исследования предусматривают параметрический анализ ячейки ВТГР по массе загружаемой топливной композиции.

Расчёты проводились с помощью программного комплекса UNK [1], в котором используется метод вероятностей первых столкновений, на уровне ячейки моделирующей шаровой твэл и примыкающий слой гелия. Диаметр шарового твэла – 6 см, топливной матрицы – 5 см. Температура топлива 1073 К. Расчёты проводились для микротвэлов с покрытием типа TRISO.

В настоящей работе рассматривается выгорание уранового топлива (UO2) с обогащением 20% в широком диапазоне изменения спектра нейтронов. Результаты приводятся в сравнении с топливом на основе плутония с изотопным вектором, характерным для композиций выгружаемых из легководных реакторов при выгорании 33 ГВт·сут/т.

Были проведены расчёты некоторых экономических характеристик ВТГР. В частности на рисунке 1 представлены зависимости удельного расхода природного урана от загрузки топлива в шаровой твэл для различных обогащений.

Рисунок 1. Зависимость удельного расхода природного урана от загрузки топлива в шаровой твэл для различных обогащений.

 

Как видно из графика наиболее оптимальной с точки зрения удельного расхода природного урана является область 15-20% обогащения и 4-9 г загрузки UO2 в шаровой твэл.

На рисунках 2, 3 приведены температурные коэффициенты реактивности в диапазоне температур от 450 до 1650 К на начало и конец кампании соответственно.

Рисунок 2. Температурный коэффициент реактивности в начале кампании для различных загрузок топлива.

Рисунок 3. Температурный коэффициент реактивности в конце кампании для различных загрузок топлива.

 

Из анализа результатов следует, что характер зависимости температурного коэффициента существенно меняется от температуры с ростом глубины выгорания и в области малых загрузок в широком диапазоне температур принимает положительные значения.

В работе уделяется внимание нейтронно-физическому потенциалу ВТГР по созданию барьеров против несанкционированного распространения ядерных материалов. На рисунке 4 представлено процентное содержание изотопов плутония в топливе на конец кампании для различных начальных загрузок топлива в шаровой твэл. Также на нём приводится изотопный вектор являющийся начальным для расчётов с плутониевым топливом (PWR 33 ГВт·сут/т).

Рисунок 4. Процентное содержание изотопов плутония в топливе на конец кампании для различных начальных загрузок топлива в шаровой твэл.

 

Видно, что увеличение загрузки приводит к возрастанию доли Pu-239 в топливе на конец кампании.

Литература

1.        Н.И. Белоусов, В.Д. Давиденко, В.Ф. Цибульский – Программа UNK для детального расчёта спектра нейтронов в ячейке ядерного реактора. – Препринт / РНЦ «Курчатовский Институт». ИАЭ-6083/4. – М., 1998. – 24 с.