Конверсия HFIR на НОУ сталкивается с техническими сложностями

В Соединённых Штатах с 2006 года ведётся подготовка к конверсии активной зоны высокопоточного исследовательского реактора HFIR на низкообогащённое урановое топливо. О текущем состоянии этой работы и сложностях, возникших при перепроектировании РУ, коллектив специалистов из национальной лаборатории Окриджа (ORNL) рассказал на международном конгрессе RERTR-2008.

Исследовательский реактор HFIR был впервые выведен на критику 1 августа 1965 года. Его главным предназначением являлось производство 252Cf и других трансурановых элементов. В центральной зоне топливных элементов HFIR предусмотрена нейтронная ловушка, позволяющая создавать потоки тепловых нейтронов порядка 2×1015 н/(см2×с). Дополнительные экспериментальные каналы установлены в бериллиевом отражателе, где величины потоков составляют 1×1015 н/(см2×с).

Мощность реактора HFIR в настоящее время составляет 85 МВт(тепловых). На реакторе был установлен мировой рекорд по концентрации холодных нейтронов в экспериментальных каналах, и этот аппарат активно используется американскими исследователями.

Топливные элементы

Реактор HFIR интересен не только своими уникальными характеристиками, но и необычной конструкцией топливного элемента.

В топливном элементе HFIR толщина топливного слоя внутри пластины варьируется. Одновременно варьируется толщина слоя выгорающего поглотителя так, чтобы суммарная толщина топлива и ВП оставалась неизменной. При смене топлива с ВОУ на НОУ композиция топливного элемента должна претерпеть лишь минимальные модификации, чтобы новая активная зона как можно меньше "удалялась" бы от исходного проекта.

Рис.1. Конструкция топливного элемента в реакторе HFIR

Предварительные расчёты показывают, что загрузка по урану в конвертированную активную зону HFIR существенно увеличится. Так, масса 235U поднимется с 9,4 кг до 25 кг, а общая масса урана - с 10,1 кг до 125 кг.

Столь сильное изменение массы загружаемого урана потребовало тщательного перерасчёта нейтронно-физических характеристик активной зоны. Для этого была использована связка метода Монте-Карло с программой расчёта выгорания - код ALEPH/MCNP-V.

Для валидации кода использовались сохранившиеся с 1965 года описания двух критических экспериментов на HFIR, а также данные по кампаниям реактора в период с апреля по май 2004 года (длина кампании в тот момент составляла 24,33 суток).

Настройка расчётных инструментов не вызвала у американцев больших сложностей. Неприятность, однако, поджидала их при анализе конвертированной активной зоны. Для сохранения параметров нейтронного потока в экспериментальных устройствах потребовалось предусмотреть увеличение тепловой мощности установки с 85 до 100 МВт.

Исходному уровню мощности соответствовала загрузка 18 кг 235U. Как выяснилось, эта точка находилась на конце линейного участка зависимости реактивности от массы топливного изотопа. При дальнейшем наращивании массы, необходимом для обеспечения работы с повышенной мощностью, "включились" эффекты блокировки, что потребовало ещё большего увеличения топливной загрузки - иными словами, к ещё большему расходу 235U при эксплуатации реактора.

Рис.2. Эффект блокировки в конвертированной активной зоне HFIR

Теплогидравлика

Теплогидравлические расчёты реактора HFIR выполнялись американцами при помощи специализированного одномерного кода, написанного для моделирования уникальной конструкции топливных элементов этого аппарата.

Результаты первых же расчётов показали, что в геометрию топливных элементов потребуется внести значимые изменения. Увеличившаяся загрузка по урану привела к выходу за пределы безопасной эксплуатации - в первую очередь, по запасу до кипения.

Нарушения пределов в HFIR определяются локальным всплеском тепловых нейтронов, наблюдающимся у границы зоны и отражателя. Чтобы избежать этого, команда проектантов предложила ввести профилирование по толщине топливных элементов.

На нижних (нижних, потому что поток теплоносителя проходит через активную зону сверху вниз) 2 см высоты зоны толщину уранового слоя предлагается уменьшить. Кроме того, в этом регионе придётся отказаться от варьирования толщин слоёв топлива и ВП, сделав их постоянными.

Дальнейшие расчёты показали, что для низа активной зоны потребуется иметь набор топливных элементов с различными толщинами топливных слоёв, чтобы обеспечить плавный, а не скачкообразный переход от основной части активной зоны к её граничным участкам. Это существенно осложнит технологические процессы изготовления топлива для HFIR, так как потребуется производство топливных элементов с различными спецификациями.

Работы по созданию активной зоны HFIR на низкообогащённом уране продолжаются. Участники преследуют благие цели - внести свой вклад в уменьшение общего количества высокообогащённого урана, потребляемого вне военных секторов народного хозяйства, и вывести из числа пользователей ВОУ ещё один исследовательский реактор.

Однако, как демонстрируют перечисленные выше проблемы, конверсия активных зон исследовательских реакторов может оказаться трудоёмким и непростым занятием, так как переход на НОУ существенно меняет характеристики установки. Для уникальных аппаратов со сложной конструкцией - таких, как HFIR - конверсия приведёт к росту затрат на обслуживание реакторов (урановая составляющая, расходы на изготовление топлива и т.п.).

При этом, нужно помнить, что конверсии подвергаются реакторы, большинство из которых было построено почти полвека тому назад, по другим нормативным документам и при другом отношении к культуре безопасности.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 03.05.2009

Темы: Исследовательские реакторы, США

Индия - малый реактор BSMR-200
Индийский государственный министр Джитендра РЎРёРЅРіС… ответил Р Р…Р В° РІРѕРїСЂРѕСЃС‹ парламентариев, касающиеся планов этой страны Р С—Р С• развитию малой атРРРВВ Р вЂ™Р’ Р В РІР‚ Р В РІР‚љРІвЂћСћР В РІР‚™Р’ Р В Р Р‹Р Р†Р вЂљРЎС›Р В Р’ Р’ РЎВ˜Р В Р вЂ¦Р В РЎвЂўР В РІвЂћвЂ“ энергетики.
По его словам, в Индии разрабатывается проект малого модульного реактора (ММР) BSMR-200 (Bharat Small Modular Reactor).
Этот реактор относится к типу PHWR - тяжеловодных реакторов под давлением, традиционных для индийской атомной энергетики.
Р В РІР‚в„ў проекте использованы часть решений РёР· хорошо освоенного Р Р† Индии проекта PHWR-220. Следует отметить, что Р Р† 2024 РіРѕРґСѓ Р Р† названии проекта Р Р…Р Вµ было Р±СѓРєРІС‹ M, однакРСвЂСРРР’ Р вЂ№Р В Р вЂ Р В РІР‚љРЎвЂќ сейчас госминистр РіРѕРІРѕСЂРёС‚ Р С• нём как Р С• модульном реакторе.
Мощность BSMR-200 составляет 200 МВт(э). В качестве топлива он будет использовать слегка обогащённый уран (slightly enriched uranium, SEU). Данный термин определяется по-разному...


На восьмом блоке Ленинградской АЭС готовятся к первому бетону

На Нововоронежской АЭС завершился плановый ремонт четвёртого блока

Россия более не согласна с ротацией наблюдателей МАГАТЭ на Запорожской АЭС через украинскую территорию - Ульянов

Белоруссия представит в МАГАТЭ нацдоклад по обращению с ОЯТ и РАО

На строящемся первом блоке АЭС Аккую завершилась поэтапная прокрутка на холостом ходу двигателей ГЦН

Второй блок Калининской АЭС остановлен на ППР

На Ленинградской АЭС введена в промышленную эксплуатацию система машинного зрения

В мире статус действующего имеют 416 блоков, статус строящегося 62 блока - PRIS

Монтаж компенсатора давления выполнен на Аккую-2

Четверо сотрудников инжинирингового дивизиона Росатома удостоены государственных наград

Росэнергоатом получил лицензию Ростехнадзора на размещение ядерной установки четвёртого блока Курской АЭС-2

В Японии начали очередной сброс воды с АЭС Фукусима-1

На строящейся АЭС Руппур проходит миссия pre-OSART

Китайская компания CPECC готова сотрудничать с вьетнамскими государственными энергетическими компаниями в сфере атомной энергетики

Машиностроители Росатома начали сборку корпуса реактора для атомного ледокола Ленинград

INVENTORUS и АО Оператор ТМиК подписали соглашение о стратегическом сотрудничестве

Westinghouse заключил соглашения с шестью канадскими поставщиками

Европейский инвестиционный банк предоставит Orano кредит на сумму 490 млн евро для расширения обогатительного завода

Второй блок Смоленской АЭС остановлен на ППР

Местные власти поддержали проект по строительству централизованного хранилища ОЯТ в Нью-Мексико


Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru

Поиск по сайту:


      Р В Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ РІР‚™Р’В© AtomInfo.Ru – независимый атомный информационно-аналитический сайт, 2006-2025.
      Р В Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р Р‹Р В Р вЂ Р В РЎвЂ˜Р В РўвЂ˜Р В Р’µРЎвЂљР ВµР В»РЎРЉРЎРѓРЎвЂљР Р†Р С• Р С• регистрации СМИ Р В Р’В­Р В Р’В» №ФС77-30792.
      ATOMINFO™ - зарегистрированный товарный знак.
      Р В Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’ Р’˜РЎРѓР С—ользование Р С‘ перепечатка материалов допускается РїСЂРё указании ссылки Р Р…Р В° источник.