Применение эрбиевого топлива в реакторах - Кафедра

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Физико-технический факультет
Кафедра теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов
Использование эрбия в качестве выгорающего
поглотителя в реакторах типа ВВЭР при удлиненных
кампаниях
Авторы сообщения:
Савандер В.И.
Самойлов А.А.
Москва 2011
Повышение экономической эффективности
АЭС с реакторами типа ВВЭР
Предполагаемые походы к решению задачи
Физический подход
Повышение выгорания
выгружаемого топлива
Экономический подход
Повышение КИУМ:
Положительный эффект достигается
за счет уменьшения относительного
времени простоя под перегрузкой
Особенности ВВЭР при удлиненной кампании
- Кампания реактора составляет 1,5 - 2 года
- Примерно в 2 раза снижается относительное время
остановки для перегрузок
- Повышение запаса реактивности на одну кампанию
- Снижение выгорания на 10-15%
- Необходимость повышения надежности
оборудования, в том числе твэлов и ТВС
Способы компенсации избыточной реактивности
Жидкостная система компенсации
Добавление в замедлитель/теплоноситель раствора борной кислоты.
«+» Регулируемая система; не оказывает влияния на распределение
энерговыделения
«-» Создается большое количество жидких радиоактивных отходов;
большое содержание B10 в теплоносителе оказывает негативное
воздействие на коэффициент обратной связи по плотности и
температуре теплоносителя
Выгорающие поглотители
Использование твэгов – 12, 18 или 24 твэла в ТВС с 3%, 5% или 8%
массовым содержанием оксида гадолиния в топливных элементах
Органы регулирования
Выгорающие поглотители
Общие свойства
Нерегулируемая система; не оказывает воздействие на обратные
связи по температуре и плотности теплоносителя
Сильный поглотитель – гадолиний (оксид)
Имеет сечение захвата порядка десятков-сотен тысяч барн; размещается в
ограниченном числе твэлов; сильно блокированный поглотитель; при большом
весовом содержании заметно снижает теплопроводность твэла; довольно
быстро выгорает; при удлиненных кампаниях необходимо увеличивать число
твэгов в ТВС
Слабый поглотитель – эрбий (оксид)
Имеет сечение захвата порядка тысяч барн; может размещаться во всех
твэлах или в большей их части; оказывает слабое влияние на теплопроводность
твэла; не влияет на распределение энерговыделения по ТВС; не полностью
выгорает – снижает выгорание топлива
Количественные характеристики
Гадолиний
Таблица 1. Выгорающий поглотитель на основе гадолиния (3% / 8%)
Число Среднее выгорание Компенсируемый Компенсируемый запас Доля твэгов в
твэгов топлива, МВт∙сут/кг
твэгами запас
реактивности
компенсации,
в ТВС
реактивности
жидкостной системой
%
12
52.5
50.7
0.032
0.042
0.106
0.096
23.4
30.4
18
51.9
49.2
0.0402
0.062
0.098
0.076
29.1
44.6
24
51.6
47.7
0.042
0.079
0.096
0.059
30.4
57.3
Количественные характеристики
K(B)
Эрбий
График зависимости коэффициента размножение от выгорания топлива для
различных массовых долей выгорающего поглотителя
e=0.3
e=0.5
e=0.65
e=1.0
Без Er66,67
B
Таблица 2. Выгорающий поглотитель на основе эрбия
Схема
Массовое Среднее выгорание Компенсируемый
Доля эрбия в
размещения содержание топлива, МВт∙сут/кг запас реактивности компенсации
эрбия в ТВС
эрбия
эрбием
реактивности, %
1:0
0,4
50,4
0,034
28,5
1:1
0,5
46,8
0,039
29,2
1:2
1,0
45,9
0,045
32,9
Количественные характеристики
Эрбий
Для кампании в 1,5 года при гомогенном размещении эрбия
ε
График относительного изменения (ε) выгорания и концентрации борной
кислоты в зависимости от массовой доли эрбия (е, %) в топливе
Борная
кислота
e
Таблица 3. Выгорающий поглотитель на основе эрбия
Коэффициент неравномерности
- начало кампании
- середина кампании (230 сут)
- конец кампании
Содержание эрбия в топливе, % по массе
Без эрбия
0,3
0,5
0,65
1,067
1,120
1,132
1,046
1,106
1,122
1,039
1,096
1,114
1,041
1,088
1,109
Заключение
- Переход на удлиненные кампании длительностью 18 и 24
месяцев сопровождается снижением кратности перегрузок при
заданном обогащении. Это приводит к снижению среднего
выгорания выгружаемого топлива примерно на 12% и 18%
соответственно.
- При удлиненных кампаниях необходимо увеличивать число
твэгов, что приводит к увеличению потвэльного коэффициента
неравномерности. Использование эрбия в качестве ВП позволяет
снизить неравномерность энерговыделения
- С точки зрения безопасности изменяя содержание эрбия в
твэлах можно изменить в положительную сторону коэффициент
обратной связи по температуре/плотности теплоносителя
Заключение
- При гомогенном размещении эрбия в каждом твэле достаточно
небольшого
его
количества,
что
не
сказывается
на
теплопроводности твэла, однако снижается среднее выгорание
топлива
- Из-за снижения коэффициента неравномерности по ТВС можно
компенсировать потери в выгорании за счет подбора режимов
перегрузки топлива
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Физико-технический факультет
Кафедра теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов
Использование эрбия в качестве выгорающего
поглотителя в реакторах типа ВВЭР при удлиненных
кампаниях
Авторы сообщения:
Савандер В.И.
Самойлов А.А.
Москва 2011