Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Перспективные приложения ядерных технологий»

Все доклады секции


Внутритвэльная гетерогенность как способ повышения эффективности использования плутония

Клинов Д.А., Терехова А.М.

Обнинский государственный технический университет атомной энергетики

Цибульский В.Ф.

РНЦ Курчатовский институт

В настоящее время значительное внимание уделяется исследованию различных вариантов использования рециклированного плутония в качестве топлива (МОХ–топлива) легководных реакторов. Практика использования МОХ-топлива, полученного из облученного топлива легководных реакторов, показала, что целесообразно лишь однократное рециклирование. После выжигания МОХ-топлива изотопный состав плутония изменяется, и в нем содержится большое количество Pu–240, который существенно ухудшает размножающие свойства топливных композиций. Отчасти, это обстоятельство затрудняет и использование плутония, накопленного в топливе реакторов РБМК, для изготовления МОХ-топлива.

В большинстве работ, посвященных решению проблемы повышения эффективности топливоиспользования для МОХ-топлива, предлагались различные способы использования гетерогенных кассет с МОХ-топливом, но обычно рассматривался вариант гомогенного размещения плутония в урановой топливной таблетке.

В данной работе исследуется вариант внутритвэльной гетерогенности при использования плутония в реакторах ВВЭР-1000 (рис.1). Внутренняя плутониевая топливная зона составляет 8% от объёма всего топлива.

 

 

Рис.1 ТВЭЛ ВВЭР-1000 с гетерогенно размещенным плутонием.

 

Состав плутония соответствует составу, извлекаемому из ОЯТ тепловых реакторов.

Гетерогенное топливо по многим параметрам имеет заметное преимущество по сравнению с гомогенным размещением МОХ-топлива.

Активная зона, сформированная из кассет с внутритвэльноой гетерогенностью, позволяет эффективно использовать низкообогащенное урановое топливо. В твэле с гетерогенным внутритвэльным размещением МОХ-топлива можно использовать «отвальный уран».

Основной проблемой гомогенного МОХ топлива является не способность к дальнейшему рециклированию. Большое количество Pu-240 в выходном составе топлива существенно ухудшает размножающие свойства топливной композиции. В гетерогенном уран-плутониевом топливе происходит пространственная блокировка Pu-240 во внутренней плутониевой зоне топлива. Выходной состав внешней топливной зоны (после переработки) можно применять в рециклах.

Рис.2 Зависимость К от глубины выгорания (обогащение урана 3,6%).

 

При трёхлетней кампании средний коэффициент размножения за кампанию для гомогенного МОХ-топлива будет =1.12 , а для гетерогенного =1.18 (рис.2) при глубине выгорания 35 МВт·сут/кг.

ТВЭЛ с гетерогенной компоновкой уран-плутониевого топлива даёт возможность продлить кампании реактора и увеличить глубину выгорания. Например, при обогащении урана 0,2 % и при объемной доле плутония 8% можно добиться выгорания в 60 МВт·сут/кг .

Проведенные расчеты показывают, что использование уран–плутониевых топливных таблеток с гетерогенным размещением плутония в твэлах легководных реакторов способствует заметному повышению эффективности МОХ-топлива и позволяет организовать его многократный рецикл.