БРЕСТ» (при переходе к энергоблокам большой мощности)

В.С. ОКУНЕВ
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
РЕЗЕРВЫ КОНЦЕПЦИИ «БРЕСТ» (ПРИ ПЕРЕХОДЕ К ЭНЕРГОБЛОКАМ БОЛЬШОЙ
МОЩНОСТИ)
Для РУ БРЕСТ-2400 В.В.Орловым предложена ленточная форма активной зоны, что способствует снижению пустотного эффекта реактивности (ПЭР) в реакторе большой мощности до безопасного уровня. Прежде чем радикально
изменить форму активной зоны (при переходе к реактору большой мощности), необходимо тщательно проанализировать потенциальные резервы концепции БРЕСТ, связанные в первую очередь с обеспечением безопасности. В числе
резервов — возможность минимизации ПЭР при переходе на свинец с высоким содержанием 208Pb и использование технологических добавок К или 7Li к свинцовому теплоносителю.
Использование теплоносителя на основе 208Pb позволит снизить ПЭР (что актуально для РУ большой
мощности) за счет малого сечения неупругих процессов на дважды магических ядрах: 208Pb относительно
слабо поглощает и замедляет (за счет неупругого рассеяния) нейтроны. Известно, что 208Pb — конечный
продукт распада 232Th. Содержание изотопа 208Pb в свинце ториевых руд достигает 97 % [1]. Таким образом,
в разделении изотопов свинца нет необходимости. Предпочтительные месторождения 208Pb могут быть выбраны на основе метода смещенного идеала.
Температура замерзания теплоносителя может быть снижена (если в этом появится необходимость) при
использовании технологических добавок калия или 7Li к жидкому свинцу, которые образуют эвтектику со
свинцом при малой доле щелочного металла (1,8 и 3,3% по массе соответственно). Кроме того, эти добавки
служат раскислителями и могут способствовать решению проблемы коррозии в жидком свинце. С другой
стороны, добавки калия и особенно 7Li приводят к увеличению ПЭР, калий активируется в активной зоне,
использование 7Li требует разделения изотопов, а проблема коррозии в жидком свинце решена иным способом.
С точки зрения минимального ПЭР (рис.1) в РУ типа БРЕСТ-2400/ЗГТУ с цилиндрической активной зоной при разгерметизации трубок газонагревателя и вовлечении газовых пузырей в активную зону (гипотетический сценарий: полное замещении теплоносителя азотом — рабочим телом второго контура) теплоносители можно ранжировать по степени предпочтительности следующим образом (в сравнении с натрием —
БН/ЗГТУ):
208
Pb  [1,8%К – 98,2 % 208Pb]  Pb  Na  [3,26% 7Li – 96,74% 208Pb].
20
1
ПЭР, 
15
10
3
5
2
0
-5
4
-10
-15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Рис.1. Эффект реактивности при
изменении плотности теплоносителя (MCNP–4B):
1 — эвтектика 3,26%7Li96,74%208Pb;
2 — эвтектика 1,8%natK 98,2%208Pb;
3 — природный свинец;
4 — 208Pb
Плотность теплоносителя в активной зоне
3
и нижнем отражателе, г/см
С точки зрения минимального эффекта реактивности при уменьшении плотности теплоносителя (например, вследствие вовлечения газовых пузырей в нижний торцевой отражатель и активную зону):
{208Pb (67% γном)} {[1,8%К–98,2 %208Pb] (58% γном)} {Na (12% γном)}
 {Pb (38% γном)}  {[3,26% 7Li – 96,74% 208Pb] (13% γном)}.
В круглых скобках указана плотность теплоносителя (в % от γ ном — номинальной плотности), соответствующая максимальному эффекту реактивности при использовании данного теплоносителя.
При реалистических сценариях осушения, инициированного вовлечением газовых пузырей в нижний
торцевой отражатель и активную зону при разгерметизации трубок газонагревателя, что соответствует
уменьшению плотности тяжелого теплоносителя на 10 % (не более 10 %):
208
Pb  [1,8%К – 98,2 % 208Pb]  Na  Pb ~ [3,26% 7Li – 96,74% 208Pb].
Для корректности сравнения необходимо заметить, что при использовании тяжелого металла в качестве
теплоносителя рассмотренный сценарий реализации ПЭР — практически единственный реалистический. В
реакторах типа БН/ЗГТУ существуют и другие реалистические сценарии реализации ПЭР (в том числе кипение натрия), т.е. предпочтительность натрия весьма условна. Он предпочтителен только по данному критерию, т.е. если детерминистически исключены все остальные сценарии реализации ПЭР, что не соответствует действительности.
Автор благодарит А.Н.Шмелева за предоставленные материалы [1].
Список литературы
1. Каталог изотопных дат пород Украинского щита / Академия наук Украинской ССР. Институт геохимии и физики минералов.
Министерство геологии УССР. Киев: «Наукова думка».1978. С.90, 136.