Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Экология атомной отрасли»

Все доклады секции


Температурный режим ТВС при ее размещении в грунте

Щеклеин С.Е., Титов Г.П., Борисова Е.В.

Уральский государственный технический университет – УПИ

Проблема обращения с ОЯТ является центральной для определения будущего атомной энергетики. Принятая в мире концепция открытого топливного цикла приводит к необходимости длительного хранения ОЯТ. Предполагалось, что хранение будет осуществляться во вновь создаваемых национальных и региональных хранилищах в течение времени, необходимого для принятия решения о дальнейшей судьбе ОЯТ.

Однако, в последние десятилетия ни одна из стран не ввела в действие хранилища необходимой производительности. Действующие АЭС оказались перед необходимостью хранить ОЯТ. Проектные объемы бассейнов выдержки весьма невелики и позволяют принять ограниченное количество ОЯТ, определенное потребностями эксплуатации. Согласно данным МАГАТЭ около 100000 тонн ядерного топлива по всему миру находятся во временных хранилищах, ожидая окончательного размещения. Возникшая проблема решается путем разработки методов сухого хранения ОЯТ в условиях воздушного охлаждения в специальных контейнерах. Однако низкая эффективность теплоотвода к воздуху в условиях естественной конвекции требует длительного хранения ОЯТ в бассейнах выдержки. В докладе рассматривается возможность хранения ОЯТ в пристанционных хранилищах скважинного типа, использующих естественные температуры грунта для охлаждения ОЯТ вследствие теплопроводности.

В работе рассматривается температурный режим ОТВС в различных средах: воздух, вода и грунт. Условия теплоотвода определялись решением дифференциальных уравнений теплопроводности при граничных условиях четвертого рода и приводят к следующим уравнениям:

,

,

где ,

,

,

Т1, Т2 – температура топливной сборки и среды соответственно; W0 – удельная энергонапряженность ТВС (в работе определялась как средняя энергонапряженность в год); 1, а1 и 2, а2 – термические коэффициенты топливной сборки и среды соответственно; r – радиус ТВС; J0, J1, Y0, Y1 – функции Бесселя.

При расчете температурных режимов для разных сред (воздух, вода и грунт) использовались одинаковые начальные параметры, а именно: начальная температура сборки 100оС , а среды - 2оС, ТВС реактора ВВЭР-1000, энергонапряженность в начальный момент времени 1,51 кВт/м3.

Результаты расчетов приведены на рис.1.и 2.

Расчетом получено, что при помещении в воздушную среду за счет остаточного энерговыделения температура ТВС за сутки возрастет на 600оС. При таких температурах требуется принудительное охлаждение воздуха, т.е. система теплоотвода, а в случае газонеплотных твэл требется газоочистка от газообразных продуктов деления, что усложняет систему хранения ОТВС.

В случае размещения ТВС в воде результаты показывают (рис.1), что расположение сборок должно быть с шагом не менее 2 метров, а температура воды будет порядка 40оС, следовательно, требуется организация системы теплоотвода, а при газонеплотных твэл – газоочистка.

При размещении ТВС в грунте шаг расположения сборок 1 м и более, а в случае газонеплотных твэл происходит фильтрация грунтом.

Таким образом размещение ОТВС в грунте можно считать более эффективным способом хранения , как с точки зрения тепловых режимов, так и с экологической точки зрения.

Литература

1.        Г. Карслоу, Д. Егер. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964 г., 488 стр.

2.        А.В.Лыков. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967г. 599 стр.