Сборник тезисов докладов IX Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2006

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность ядерных технологий»

Все доклады секции


ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ И ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ТВС БЫСТРОГО ГАЗООХЛАЖДАЕМОГО РЕАКТОРА С МИКРОТОПЛИВОМ

Баланин А.Л., Гришанин Е.И., Фомиченко П.А.

РНЦ «Курчатовский институт»

Цель работы - расчетные исследования по обоснованию и оптимизации конструктивных решений ТВС реактора на быстрых нейтронах с гелиевым теплоносителем и активной зоной на основе микротвэлов, работающего в составе ядерной энергетической установки электрической мощностью 1000 МВт, основанной на синтезе технологических решений, отработанных для проектов высокотемпературных (ВТГР) и легководных (ВВЭР) реакторов [1,2].

В качестве тепловыделяющих элементов активной зоны и зон воспроизводства используются шаровые микротопливные элементы (МТ) с трехслойным покрытием, которые размещаются в тепловыделяющих сборках в виде свободной засыпки с поперечным течением теплоносителя и непосредственным охлаждением МТ теплоносителем. ТВС активной зоны включает: наружный чехол в виде опрокинутой усеченной шестигранной пирамиды с перфорированными стенками; внутренний - также опрокинутый конус с перфорированными стенками. Между ними размещена засыпка МТ активной зоны. Торцевые зоны воспроизводства выполнены в виде свободной засыпки в плоском слое. Высота засыпки активной зоны составляет 2,2 м, высота засыпки торцевых зон 2Х0,25 м. В засыпке размещены направляющие трубы для поглощающих стержней (по 3 трубы в каждой ТВС), которые одновременно являются элементами, придающими дополнительную жесткость конструкции.

Циркуляция теплоносителя в ТВС происходит следующим образом: холодный гелий с температурой 330oС входит в зазор между ТВС и далее поступает в засыпку через перфорацию в наружном чехле. В засыпке теплоноситель, протекая в поперечном направлении, нагревается и выходит через перфорацию в конусе в пространство внутри конуса, которое является сборным коллектором. Далее горячий теплоноситель (750oС) выходит в межтрубное пространство блока защитных труб.

Проведено исследование зависимости теплогидравлических характеристик средненагруженной ТВС и объёмных долей материалов, входящих в состав расчётной ячейки, от геометрических размеров наружного и внутреннего чехлов ТВС.

Результаты проведенных расчетов позволяют сделать следующие выводы:

·         теплогидравлические характеристики ТВС исследуемого типа весьма чувствительны к изменению геометрических размеров чехлов;

·         относительная объёмная доля топливных кернов в расчетной ячейке растет с увеличением габаритов ТВС при неизменной её высоте, что важно для нейтронной физики;

·         увеличение доли топлива за счёт геометрических размеров ТВС приводит к ухудшению теплогидравлических параметров;

·         применение ТВС меньшего размера при неизменной высоте значительно уменьшает потери давления; мощность ТВС и расход теплоносителя при этом изменяются прямо пропорционально площади сечения ТВС;

·         применение неравномерной пористости перфорации чехлов ТВС по высоте существенно снижает максимальную температуру теплоносителя в засыпке (за счет перераспределения расхода пропорционально энерговыделению);

·         максимальные скорости теплоносителя в осевом направлении возникают в коллекторах, а радиальные составляющие малы
по сравнению с осевыми.

Результаты получены в приближениях реализации теплогидравлического расчета ТВС исследуемой конструкции
в программе RKOL [3], и могут впоследствии уточняться по мере разработки альтернативных расчетных подходов.

Разработана конструкция ТВС (первоначально с размером «под ключ» равным 236 мм), а после проведения всех расчетов и выбора оптимального варианта конструкция ТВС была модифицирована (размер «под ключ» 150 мм).

Литература

1.              Баланин А.Л. «Разработка конструктивных решений для быстрого газоохлаждаемого реактора с активной зоной на основе микротвэлов», доклад, сборник трудов II-ой Курчатовской Молодежной Научной Школы, Москва, 2004г.

2.              Пономарев-Степной Н.Н., Кухаркин Н.Е., Гришанин Е.И., Алексеев П.Н., Фомиченко П.А. «Газоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах с активной зоной на основе микротвэлов», доклад, материалы ХIII семинара по проблемам физики реакторов — «Топливные циклы АЭС: экономичность, безопасность, нераспространение. ВОЛГА-2004», Москва, 2-6 сентября 2004 г, с.119-121.

3.              Гришанин Е.И., Денисов Е.Е., Любин А.Я., Фальковский Л.Н. Разработка математической модели расчета параметров теплоносителя в тепловыделяющей сборке легководного реактора с микротвэлами. Тяжелое машиностроение, № 9, 1995, с.11-20.