Расчётные исследования быстрого исследовательского реактора с различными видами топлива
Авторы: Давтян Арсен Рубенович, Кузенкова Дарья Сергеевна, Михалев Александр Витальевич
Рубрика: Энергетика
Опубликовано в Техника. Технологии. Инженерия №1 (11) январь 2019 г.
Дата публикации: 01.01.2019
Статья просмотрена: 138 раз
Библиографическое описание:
Давтян, А. Р. Расчётные исследования быстрого исследовательского реактора с различными видами топлива / А. Р. Давтян, Д. С. Кузенкова, А. В. Михалев. — Текст : непосредственный // Техника. Технологии. Инженерия. — 2019. — № 1 (11). — С. 8-12. — URL: https://moluch.ru/th/8/archive/110/3848/ (дата обращения: 25.12.2024).
В работе представлены результаты расчетов выгорания МОХ-топлива и металлического топлива в реакторе МБИР за 500 эффективных суток. На основе полученных данных представлен сравнительный анализ и произведен оценочный расчет стоимости обращения с отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС).
Ключевые слова: МОХ-топливо, металлическое топливо, отработанное ядерное топливо, МБИР, захоронение радиоактивных отходов, переработка радиоактивных отходов.
МБИР — это многоцелевой быстрый исследовательский реактор с тепловой мощностью 150 МВт и натриевым теплоносителем. Реактор предназначен для экспериментальных исследований по различным направлениям: ресурсные испытания; отработка режимов эксплуатации перспективных видов топлива, твэлов, ПЭЛ, ТВС; радиационные испытания перспективных конструкционных материалов, наработка изотопов различного назначения и т. д. [1, c. 280] В корпусе реакторной установки МБИР расположены боковые экраны, а.з. состоит из 93 ТВС и петлевого канала в центре, в котором достигается плотность потока нейтронов 5·1015 1/(см2·с).
Согласно мировым тенденциям, в странах, для которых необходим высокий темп наработки плутония, наряду с МOX-топливом в быстрых энергетических реакторах планируется использовать металлическое топливо. Металлическое топливо позволяет повысить характеристики внутренней самозащищенности быстрых натриевых реакторов. В связи с этим представляется необходимым отрабатывать технологию металлического топлива в активной зоне МБИР не только ввиду его преимуществ, применительно к исследовательским реакторам, но и с учетом возможности его использования в дальнейшем в энергетических быстрых натриевых реакторах. В результате, преследуя при разработке металлического топлива для МБИР цели, характерные именно для исследовательского реактора, можно создать задел для дальнейшей проработки такого топлива для энергетических реакторов на быстрых нейтронах.
Для расчетов использовался программный комплекс на основе метода Монте-Карло. С его помощью можно провести расчеты по выгоранию любых делящихся материалов за необходимый промежуток времени. При проведении расчетов использовался разный шаг вычислений, начиная от одних суток для учёта наибольшего количества элементов и изотопов. Такой подход позволяет минимизировать погрешности вычисления.
В данной работе проведено расчетное исследование зависимости выгорания топлива в активной зоне реактора МБИР от времени за 500 эфф. суток. Расчет проводился без учета перегрузки тепловыделяющих сборок (ТВС). Сначала рассмотрим виброуплотненное МОХ-топливо с содержанием Pu 32,55 %. Таким образом были получены данные о концентрации основных изотопов, представленные в таблице 1.
Таблица 1
Концентрации тяжелых ядер МОХ-топлива вактивной зоне, 1024/см3
Эфф. сут. Изотопы |
0 |
200 |
300 |
500 |
U-234 |
- |
3,99E-08 |
5,81E-08 |
9,24E-08 |
U-235 |
5,29E-05 |
4,69E-05 |
4,41E-05 |
3,92E-05 |
U-236 |
- |
1,45E-06 |
2,11E-06 |
3,23E-06 |
U-237 |
- |
3,46E-09 |
2,23E-08 |
5,56E-08 |
U-238 |
1,30E-02 |
1,28E-02 |
1,27E-02 |
1,25E-02 |
Np-237 |
- |
5,35E-07 |
7,16E-07 |
1,54E-06 |
Np-238 |
- |
6,17E-10 |
8,42E-10 |
1,93E-09 |
Np-239 |
- |
2,80E-06 |
2,70E-06 |
3,05E-06 |
Pu-238 |
9,35E-06 |
8,62E-06 |
8,34E-06 |
7,94E-06 |
Pu-239 |
6,57E-03 |
6,01E-03 |
5,76E-03 |
5,33E-03 |
Pu-240 |
4,67E-04 |
6,01E-04 |
6,60E-04 |
7,64E-04 |
Pu-241 |
8,31E-05 |
8,40E-05 |
8,54E-05 |
9,16E-05 |
Pu-242 |
3,04E-05 |
3,13E-05 |
3,17E-05 |
3,26E-05 |
Pu-243 |
- |
9,53E-10 |
1,06E-09 |
1,10E-09 |
Am-241 |
- |
2,09E-06 |
3,08E-06 |
4,99E-06 |
Am-242 |
- |
8,61E-09 |
1,82E-08 |
4,70E-08 |
Am-242m |
- |
7,38E-10 |
1,11E-09 |
1,77E-09 |
Am-243 |
- |
7,04E-07 |
1,02E-06 |
1,63E-06 |
Cm-242 |
- |
5,02E-08 |
9,71E-08 |
2,11E-07 |
Cm-244 |
- |
2,81E-08 |
5,81E-08 |
1,47E-07 |
В варианте с металлическим топливом высокой плотности эффективная плотность топлива (плотность заполнения пространства внутри оболочки) — 15,0 г/см3. Массовая доля плутония по тяжелым ядрам в топливе составляет 20,9 %. Массовая доля изотопа U-235 в смеси изотопов урана в модели равна 0,4 %. Наибольшая массовая доля у изотопа U-238. Таким образом полученные данные о выгорании основных изотопов, представлены в таблице 2.
Таблица 2
Концентрации тяжелых ядер металлического топлива вактивной зоне, 1024/см3
Эфф. сут. Изотопы |
0 |
200 |
300 |
500 |
U-234 |
- |
4,65E-08 |
6,98E-08 |
9,73E-08 |
U-235 |
1,08E-04 |
9,71E-05 |
9,43E-05 |
9,20E-05 |
U-236 |
- |
2,98E-06 |
4,01E-06 |
5,97E-06 |
U-237 |
- |
1,53E-07 |
1,62E-07 |
1,75E-07 |
U-238 |
2,69E-02 |
2,65E-02 |
2,62E-02 |
2,58E-02 |
Np-237 |
- |
1,12E-06 |
2,01E-06 |
3,20E-06 |
Np-238 |
- |
3,26E-10 |
5,14E-10 |
9,38E-10 |
Np-239 |
- |
5,96E-06 |
6,07E-06 |
6,34E-06 |
Pu-238 |
9,22E-06 |
8,72E-06 |
8,51E-06 |
8,19E-06 |
Pu-239 |
6,51E-03 |
6,11E-03 |
5,94E-03 |
5,61E-06 |
Pu-240 |
4,65E-04 |
5,78E-04 |
6,38E-04 |
7,13E-04 |
Pu-241 |
8,30E-05 |
8,40E-05 |
8,46E-05 |
8,53E-05 |
Pu-242 |
3,05E-05 |
3,11E-05 |
3,14E-05 |
3,22E-05 |
Pu-243 |
- |
8,70E-10 |
8,94E-10 |
9,35E-10 |
Am-241 |
- |
2,07E-06 |
3,02E-06 |
4,98E-06 |
Am-242 |
- |
9,87E-10 |
4,37E-09 |
6,59E-09 |
Am-242m |
- |
2,67E-10 |
3,16E-10 |
6,32E-10 |
Am-243 |
- |
8,46E-07 |
9,30E-07 |
1,49E-06 |
Cm-242 |
- |
3,79E-08 |
7,62E-08 |
1,84E-07 |
Cm-244 |
- |
3,16E-08 |
6,29E-08 |
1,93E-07 |
Наиболее промышленно освоенный метод переработки ОЯТ — Purex-процесс — жидкостная экстракция урана и плутония. Эта технология позволяет достигать высокой степени очистки элементов. В настоящее время в России Purex используется в ПО «Маяк» на заводе РТ-1 [2, c. 272].
Таблица 3
Массы элементов вразличных видах топлива вконце кампании, кг
Топливо Элемент |
MOX-топливо |
Металлическое топливо |
U |
537,50 |
1162,57 |
Pu |
268,07 |
290,89 |
Малые актиниды |
0,50 |
0,74 |
осколки |
57,02 |
45,79 |
Поскольку металлическое топливо изначально имело большую плотность, то и к концу кампании масса урана, основной вклад в которую осуществляет изотоп U-238, остаётся большей. Большая масса отработавшего топлива неминуемо увеличит стоимость переработки и возможное количество средне и низко активных отходов. Технологии переработки и обращения с отработавшим топливом всё ещё требуют развития, однако являются перспективными и важными для изучения [3, c. 150]. Выделенные уран и плутоний могут быть направлены на повторную фабрикацию, малые актиниды направляются на хранение, а осколки деления и жидкие радиоактивные отходы, полученные после переработки, подлежат окончательному захоронению.
Литература:
1. Жемков, И.Ю. и др. Экспериментальные исследования в БОР-60 и анализ возможности их продолжения в МБИР/ А. Л. Ижутов, А. Е. Новоселов, Н. С. Погляд, М. Н. Святкин// Атомная энергия. — 2014. — Т. 116. — Вып. 5. — С. 280–283.
2. Зильберман Б. Я. Развитие пурекс-процесса для переработки высоко-выгоревшего топлива АЭС в замкнутом ЯТЦ с точки зрения локализации долгоживущих радионуклидов //Современные проблемы химии и технологии экстракции т. — 1999. — С. 271.
3. Лавринович Ю. Г. и др. Виды, характеристика и свойства отходов и продуктов, полученных при опытной переработке топлива реактора БОР-60 пироэлектрохимическим методом //Тезисы докладов III Российской конференции по радиохимии «Радиохимия. — 2000. — С. 150.
Ключевые слова
МОХ-топливо, металлическое топливо, отработанное ядерное топливо, МБИР, захоронение радиоактивных отходов, переработка радиоактивных отходовПохожие статьи
Разработка учебно-практикоориентированного проекта по дисциплине «Электротехнологические установки»
В данной статье предложен учебно-проектировочный проект по расчёту электродуговых печей и определению энергосберегающей составляющей. В процессе выполнения студенты получают углублённые знания по пройденному материалу по результатам расчёта определяю...
Проблемы экологии — биоэнергетические технологии
В работе описывается утилизация и нейтрализация отравляющих окружающую среду бытовых отходов и использование их в качестве исходного материала (ресурса) для получения качественно нового вторичного продукта; получения метана из животноводческого, птиц...
Реакторы для получения топлива на транспортном средстве
Разработаны усовершенствованные реакторы для транспортных средств, которые обеспечивают получение дешевого и качественного топлива из сельскохозяйственных и бытовых отходов. Проведены лабораторные и дорожные испытания предлагаемых реакторов, по резул...
Повышение энергоэффективности в сельском хозяйстве
В статье рассмотрены результаты энергетического обследования сельскохозяйственных предприятий, проанализирована структура энергопотребления, определены основные потребители топливно-энергетических ресурсов. Анализ результатов энергетических обследова...
Перспективы энергетического использования торфяных ресурсов Еврейской автономной области
Актуальность работы заключается в необходимости использовать огромные запасы местного торфа в условиях зависимости от привозного традиционного углеводородного топлива, постоянном росте цен на него. Произведен анализ торфяного сырья и оценена возможно...
Анализ способов утилизации золошлаковых отходов
В статье рассмотрены возможные способы утилизации золошлаковых отходов (ЗШО) как на территории Российской Федерации, так и в европейских странах. Проанализирован химический состав и предложен наиболее перспективный способ переработки данного вида отх...
Передовые технологические процессы извлечения лома из железобетонных сооружений в отдаленных районах
Рассмотрены технологии и оборудование для утилизации и переработки железобетонных конструкций с извлечением лома черных металлов и получением товарной бетонной фракции. Отмечены технологические процессы, ориентированные на работу в отдаленных районах...
Расчетные исследования с целью выбора оптимальных режимов проб в реакторе для нейтронно-активационного анализа
В рамках данной работы проведен теоретический обзор по основам нейтронно-активационного анализа для многоэлементного анализа различных материалов. Показаны возможности методов для решения практических задач, которые в ряде случаев не могут быть решен...
Проблемы, возникающие при прогнозировании остаточного ресурса с учетом уровня физического износа здания
В статье авторы проводят сравнительный анализ методик определения физического износа деревянных балок, изготовленных из бруса LVL марки «Ultralam» типа «R». Исследование подчеркивает необходимость усовершенствования методик оценки физического износа ...
Исследование собственных нужд котельных
В статье представлены результаты расчетов собственных нужд котельных, расположенных на территории Воронежской области. Выполнено сравнение полученных опытно-расчетных данных с ориентировочными, рекомендуемыми нормативно-технической литературой. Устан...
Похожие статьи
Разработка учебно-практикоориентированного проекта по дисциплине «Электротехнологические установки»
В данной статье предложен учебно-проектировочный проект по расчёту электродуговых печей и определению энергосберегающей составляющей. В процессе выполнения студенты получают углублённые знания по пройденному материалу по результатам расчёта определяю...
Проблемы экологии — биоэнергетические технологии
В работе описывается утилизация и нейтрализация отравляющих окружающую среду бытовых отходов и использование их в качестве исходного материала (ресурса) для получения качественно нового вторичного продукта; получения метана из животноводческого, птиц...
Реакторы для получения топлива на транспортном средстве
Разработаны усовершенствованные реакторы для транспортных средств, которые обеспечивают получение дешевого и качественного топлива из сельскохозяйственных и бытовых отходов. Проведены лабораторные и дорожные испытания предлагаемых реакторов, по резул...
Повышение энергоэффективности в сельском хозяйстве
В статье рассмотрены результаты энергетического обследования сельскохозяйственных предприятий, проанализирована структура энергопотребления, определены основные потребители топливно-энергетических ресурсов. Анализ результатов энергетических обследова...
Перспективы энергетического использования торфяных ресурсов Еврейской автономной области
Актуальность работы заключается в необходимости использовать огромные запасы местного торфа в условиях зависимости от привозного традиционного углеводородного топлива, постоянном росте цен на него. Произведен анализ торфяного сырья и оценена возможно...
Анализ способов утилизации золошлаковых отходов
В статье рассмотрены возможные способы утилизации золошлаковых отходов (ЗШО) как на территории Российской Федерации, так и в европейских странах. Проанализирован химический состав и предложен наиболее перспективный способ переработки данного вида отх...
Передовые технологические процессы извлечения лома из железобетонных сооружений в отдаленных районах
Рассмотрены технологии и оборудование для утилизации и переработки железобетонных конструкций с извлечением лома черных металлов и получением товарной бетонной фракции. Отмечены технологические процессы, ориентированные на работу в отдаленных районах...
Расчетные исследования с целью выбора оптимальных режимов проб в реакторе для нейтронно-активационного анализа
В рамках данной работы проведен теоретический обзор по основам нейтронно-активационного анализа для многоэлементного анализа различных материалов. Показаны возможности методов для решения практических задач, которые в ряде случаев не могут быть решен...
Проблемы, возникающие при прогнозировании остаточного ресурса с учетом уровня физического износа здания
В статье авторы проводят сравнительный анализ методик определения физического износа деревянных балок, изготовленных из бруса LVL марки «Ultralam» типа «R». Исследование подчеркивает необходимость усовершенствования методик оценки физического износа ...
Исследование собственных нужд котельных
В статье представлены результаты расчетов собственных нужд котельных, расположенных на территории Воронежской области. Выполнено сравнение полученных опытно-расчетных данных с ориентировочными, рекомендуемыми нормативно-технической литературой. Устан...