СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА ЯДЕРНОГО КАНАЛЬНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1998 года по МПК G21C7/04 C21D3/08 

Изобретение относится к области управления внутриреактивными процессами, касается, в частности, регулирования глубины выгорания ядерного топлива и может быть использовано при эксплуатации действующих канальных реакторов.

Одной из важных характеристик, определяющих эффективность использования ядерного топлива на АЭС, является глубина выгорания топлива. На реакторе, работающем в режиме непрерывных перегрузок для компенсации выгорания тепловыделяющих сборок (ТВС) в активной зоне, осуществляют загрузку свежих ТВС, либо частично выгоревших ТВС взамен ТВС, достигших проектной величины выгорания. Для снижения влияния парового эффекта реактивности на физические характеристики реактора, а следовательно для повышения степени надежности и безопасности эксплуатации активной зоны канального реактора, в активной зоне размещают некоторое количество дополнительных поглотителей (ДП), содержащих изотоп бора [1]. Также известны варианты использования дополнительных поглотителей в виде стерженьков - поглотителей нейтронов, которые устанавливаются непосредственно в полость ТВС. Указанное позволяет уменьшить первоначальный всплеск мощности на начальном этапе эксплуатации ТВС. После частичного выгорания топлива всплеск энерговыделения в ТВС снижается до допустимого уровня и стерженьки извлекают из полости ТВС. Использование ДП уменьшает количество ТВС в активной зоне, снижает надежность работы реактора вследствие дополнительной тепловой нагрузки на ТВС и уменьшает полноту выгорания вследствие увеличения темпа загрузки свежих ТВС. В процессе эксплуатации ДП, содержащийся в них поглотитель нейтронов - бор, выгорает и ДП подлежат замене на новые. Замена ДП производится после ≈ 500 эффективных суток работы реактора.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ [2], а котором весь объем активной зоны реактора разбивают на зоны, в пределах которых производят перестановки ТВС и замену стержней ДП, обеспечивая полноту выгорания ТВС и требуемый уровень безопасности работы реактора.

Недостатком данного способа является невозможность достижения расчетной величины глубины выгорания ТВС при наличии ДП в активной зоне реактора. Величина среднего выгорания ТВС в реакторе при наличии ДП не превышает 80 - 90%.

Задача, решаемая изобретением, заключается в достижении расчетной глубины выгорания ТВС и сокращении количества перегрузок активной зоны реактора.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в способе осуществления топливного цикла ядерного канального реактора, предусматривающем выполнение операций на реакторе по загрузке, выгрузке и программной перестановке тепловыделяющих сборок и дополнительных поглотителей нейтронов в технологических каналах в выделенных зонах активной зоны реактора, предложено в процессе выполнения операции с тепловыделяющими сборками и дополнительными поглотителями нейтронов на реакторе вместо отработавших тепловыделяющих сборок установить сборки, содержащие топливо с распределенным в нем поглотителем нейтронов, а вместо дополнительных поглотителей установить частично выгоревшие тепловыделяющие сборки, подлежащие программой перестановке. Кроме того, предложено в технологические каналы, предназначенные для дополнительных поглотителей нейтронов, установить частично выгоревшие тепловыделяющие сборки с глубиной выгорания, определяемой по зависимости:

где
n(B) - количество ТВС в реакторе с глубиной выгорания B, шт.:
B - глубина выгорания топлива в ТВС, МВт • сут/ТВС;
<Σ_f> - среднее макроскопическое сечение деления, 1/см.

Оптимальная глубина выгорания находится в диапазоне 1500 - 2000 МВт • сут.

Предлагаемое топливо может содержать в качестве поглотителя нейтронов, например, гадолиний или оксид эрбия, равномерно распределенные в таблетках двуокиси урана [3] . Оксид эрбия за счет резонанса поглощения при энергии 0,47 эВ дополнительно поглощает нейтроны при смещении спектра нейтронов в резонансную область энергий, которое происходит в случаях увеличения температуры графита вследствие снижения паросодержания в технологических каналах (ТК). В данном случае использование более обогащенного топлива с введенным в него поглотителем нейтронов уменьшает влияние парового эффекта реактивности на физические характеристики активной зоны реактора и позволяет выгрузить со временем все ДП из реактора. Использование предлагаемого способа с применением топлива, содержащего распределенный в нем поглотитель нейтронов, и осуществление программных перестановок на реакторе позволяет повысить эффективность топливного цикла на 1 - 15%.

Способ осуществляют следующим образом.

При выполнении операций на работающем реакторе по загрузке и выгрузке тепловыделяющих сборок из технологических каналов посредством перегрузочного устройства и при проведении программной перестановки ТВС в пределах выделенных трех зон регулирования энерговыработок активной зоны реактора загружают ТВС, содержащие распределенный в таблетках двуокиси урана поглотитель: эрбий-67 или гадолиний-157, взамен выгоревших ТВС. Причем в пределах каждой зоны извлекают дополнительные поглотители и производят загрузку в технологические каналы частично выгоревшие тепловыделяющие сборки, глубина выгорания которых определяется из условия обеспечения в активной зоне спектра распределения загруженных ТВС в зависимости от глубины выгорания, приближающегося к известной оптимальной зависимости:

путем сопоставления реального построенного спектра распределения ТВС в реакторе в зависимости от выгорания и оптимального, при условии, что для поддержания среднего выгорания в районе замены ДП на ТВС необходимо использовать ТВС не ниже среднего значения выгорания топлива в реакторе, равного 1400 - 1450 МВт • сут/кассету. Данное условие обеспечивается загрузкой ТВС вместо ДП с выгоранием 1500 - 2000 МВт • сут.

При этом достигается максимально возможное значение глубины выгорания данного вида топлива при обеспечении ограничений по величине парового эффекта реактивности.

Использование изобретения позволяет повысить глубину выгорания топлива и упростить процесс управления реактором, повысить уровень эксплуатационной надежности АЭС.

Список используемой литературы
1. Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. Канальный ядерный энергетический реактор. - М.: Атомиздат, 1980, с. 21 - 36.

2. Пономарев-Степной Н.Н., Глушков Е.С. Профилирование ядерного реактора. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 131 - 133.

3. Горский В. В. Применение гадолиния в легководных реакторах. - М.: Атомная техника за рубежом, 1987, N 3, с. 3 - 11.

Изобретение относится к области управления внутриреакторными процессами, касается, в частности, регулирования глубины выгорания ядерного топлива и может быть использовано при эксплуатации действующих канальных реакторов. В способе осуществления топливного цикла ядерного канального реактора, предусматривающем выполнение операций на реакторе по загрузке, выгрузке и программной перестановке тепловыделяющих сборок и дополнительных поглотителей нейтронов в технологических каналах в выделенных зонах активной зоны реактора, на реакторе вместо отработавших тепловыделяющих сборок устанавливают сборки, содержащие топливо с распределенным в нем поглотителем нейтронов, а вместо дополнительных поглотителей устанавливают частично выгоревшие тепловыделяющие сборки, подлежащие программной перестановке. Использование изобретения позволяет максимально повысить глубину выгорания топлива при сохранении требуемого уровня безопасности и упростить процесс управления реактором. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ осуществления топливного цикла ядерного канального реактора, предусматривающий выполнение операций на реакторе по загрузке, выгрузке и программной перестановке тепловыделяющих сборок и дополнительных поглотителей нейтронов в технологических каналах в выделенных зонах активной зоны реактора, отличающийся тем, что в процессе выполнения операций с тепловыделяющими сборками и дополнительными поглотителями нейтронов на реакторе вместо отработавших тепловыделяющих сборок устанавливают сборки, содержащие топливо с распределенным в нем поглотителем нейтронов, а вместо дополнительных поглотителей устанавливают частично выгоревшие тепловыделяющие сборки, подлежащие программной перестановке с глубиной выгорания, определяемой по зависимости

где n (В) - количество ТВС в реакторе с глубиной выгорания В, шт.;
В - глубина выгорания топлива в ТВС, МВт • сут/ТВС;
<Σf> - среднее макроскопическое сечение деления, 1/см. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что глубина выгорания устанавливаемых вместо дополнительных поглотителей нейтронов тепловыделяющих сборок составляет 1500 - 2000 МВт • сут.