Способ перегрузки топлива в ядерных реакторах Советский патент 1982 года по МПК G21C19/00 

Изобрете Н1ие относится к области ядерной энергетики и может быть использовано для улучшения xaipaKteipoHc-mK энергетических ядерных реавсгаров. канального типа. Для снижения капитальных затрат на АЭС ,в энергетических реакторах -предусматривают выра1вняван1ие iMoiUHOCTefi топливньгх каналов (ТК). Это позволяет (реализовать необходи1мую мощность ipeaicTQpa п,р.и мшщмальном числе топливных каналов и их среднюю мощность, что сокращает также топливную составляющую приведенных затрат. Для (выравнивания мощностей тон.шивяыХ каналов применяют орофилироввание (размножающих и диффузшгон ных свойств по площади актквиой зоны. Как И1звестно 1, оптимальным является двухзонное 1профил1И1рО1в.а1ше. В этом случае средние .коэффициенты размножевия ней-лронов |цент1р1аль1ной Л и пе|ри1ферийной областей .реактора должны быть не меньше некоторых необход имых значений Д К н Я Я««, при которых обеспечивается т ребуе,мое вырав:нмваняе мощностей ТК и заданный эффекшвный коэффициент ра;ЗМ1Ножен ря нейтронов КзФ I (без учета OipraHOB СУЗ). В больщ,их канальных ipeaocTOipax тила АМБ и РБМ-К существен но больше (в 2-4 раза). Это .водит к заметному недовыгораяию у.рана в вь№ружаемых периферийных ТК. Так, в РБМК1000 :вы11х раиие урана в вылружаемых перифер|ийных ТК 17,5 МВт €ут/кг npHiMeipHO на 2 МВт сут/кг ияже, чем в ТК, BHinpycKaeмых из центральной, области плато. В РБМ-КП выгорание выпружаеморо уграна в пери|ферий(ных и центральных ТК врактически одинаково, однаио в этом ipea-кторе обогащение урана в периферийных ТК несколько вы1ще, чем в центральных ТК и, следовательно, здесь имеет MiecTO некоторое недовыгораине урана в пери|ферийных ТК. Недовы1гара1нве урана ухудшает топливную составляющую себестоимость электроэнергии, иричем тем сильнее, чем больше доля периферийных ТК и чем выше разница . Известен способ перегрузки топлива в ядерных реакторах IB соответствии с которы,м все свежие ТК загружают вначале в периферийную область реактора, а затем переставляют их в, |центр 2. Одним из недостатков известного способа перестановок ТК является то, что пйокольку перестановки проводятся при остаиовленном ipeaKTOp-e, они ухудшают коэффициент нспольэованвя его МОЩности ПО сравнению с режимом roepeirpysMH без яерестановок ТК. Еще два недостатка связаны с тем, что в БВЭР в переставляют все Л1е1риферйй:ные ТК (1/3 загрузки). Первый из обусловлен относятельно -больщи:м .выгоранием yipaiHa переставляемых ТК, составляющим шримерио треть-от выгарания выгружаемого урана. Легко показать, что рпри таких перестаиовках .для достижения максимальнюло выгорания выпружаемого ураиа .вЫГОраиие урана в переставляемых ТК PI ДОЛЖ1Н10 быть :М1И1Нимальным. (НапрИ1М€р, ирн линейной зависи.МО1СТ.И «оэффищиеята размножения нейтронов от выгорания К (Р) вы:пара1ние выгружаем1ого урана в режиме € (пересталовками периферийных ТК в центр уменьшается на PI по сра Енению с выгора1нием, когда выгружаемые ТК «епосредственно заменяются на свежие). Другой недостаток связан с там, что фактические /С и К1 будут несколько отличаться от иредсказааных тео1ретически из-за погрешности расчета и допусков на обогащение, залрузку урана и т. п. и не могут быть оперативно изм енены перестановками ТК .меж:ду лерепрузками. Устранение этого расхождения на практике .может быть осуш,&ствлено только органами СУЗ, что вызывает дополнителыные потери яейTipOiHOB и снижение выгорания урана. В противном случае ухудшится выравнивание энергораспределения. Известен способ n QperpyisiKH то1пл1ива в ядер;ных реакторах канального тина, ,заключаю-Ш|ИЙ1СЯ в том, что свежие топливные каналы загружают только в периферийные области реактора, экшлуатируют их там, .гатвмпереставляют и ак1сплуаги1руют в центральной области реактора 3. Для этого известного способа перегрузки также характ&рнь гвсе переч-йСлениые недостатки.. Целью данного изобретения является .;пбвышение глубины выгорания выгружаемого топл1ива три одновр еменном улучшении выравнивания Э нерГ1Ораапределения в реакторе. С этой целью в И31вестн1ом способе перепруЗКи топлива в ядерных реакторах канального типа, заключающемся в том, что свежие топливные каналы загружают тольад в периферийныеобласти реажтора, эксплуатируют их там, затем переставляют и эксплуатируют .в центральной области реактора, в центр переставляют только часть, например, 1/5-1/7 числа периферийных каналов, в которых Достигнутое значшие выгорания не превьгщает 1/10-1/3 номинального, а оставшуюся часть периферий782565ных каналов продолжают эксплуатировать до глу&ины выгорания топлива, определяемой критичностью ipieaiKTOpa. Кроме.того, в П1роцессе эк)оплуатащи1И реактора при необходимости осуществляют кюрректировку распределвния реактивности по активной зоне путем варьиров-ания глубины выгорания топлива непереставляемой часпи периферийных каналов. Таким образом, в соответствии с на стоящим Способом все пер(ифер1ийные ТК разбивают на две группы и в центр переставляют только периферийные ТК первой этруппы, пр;ичем с отноаителыно небольшим выгоранием урана PI. В этом случае неравноMeipHOCTb мощности 1центр1альных ТК понизится в результате уменьшения коэффициента Лпер, характеризуЮ|Щепо разброс мощности ТК из-за разного выгорания урана. Это позволяет поднять обогащение урана в свежих ТК до величины, при которой Лпер переставленных в центр ТК будет иметь такое же значение, как и три запрузке :в центр свежих ТК с прежним обогащением. Так известно, повышение обогащ ения урана с целью увеличения его выгорания экономически выгодно, однако обычно оно ограничивается недопустимым увеличением максимальной мощности ТК вследствие роста коэффициента К пер. Уменьшение К „ер центральных ТК при за1груз ке их в центр после частичного выжигания на 1пер.иферии тем больше, чем выше выгорание урана в П1ереставляемых из периферии ТК. Однада, как отмечалось, периферийные ТК целесообразно переставлять в центр при небольшой величине Р. KoMinipOMiHcc между этими пр;отиво|речивы1ми требованиями оп1ределяет то иовышёние обогащения урана, которое можно осуществить при данном способе перегрузки, и то От1И1мальное выпораиие урана переставляемых периферийных ТК PI, при котором гаредлагаёмый cniOico6 даст наибольший эффект. Как показывают точные расчеты, оптимальным оказывается TaiKioe выгорание РЬ при котором выгорание выгружаемого урана в центральных ТК и периферий|ных ТК второй груп1пы будет один-аковым. Тамим образом, предлагаемьга способ позволяет также выравнять выгорание выгружаемого урана. Важно отметить, что снижение мощности ТК с выгоранием наиболее сильно происходит в первое время эксплуатации в результате ,и я 1В топливе ксенона и сам1ария., Поэтому для :снижсни1я PI перестановки ТК целесообраз(но осуществлять на работающем peaKTOpie. Выгорание PI и доля периферийных ТК первой группы ai оотределяются из условия, чтобы расход представляемых перигферийнь1х ТК в тоЧ(Ности равнялся расходу центральных ТК. Выгора1Н1ие выгружаемого урана периферийных ТК втсирой пруппы PZ, Которые все время Э1нсплуати1руют иа периферии, определяется из усл1Э1Вля обеспечения необходимых размножающих свойств ;на периферин

р.р,

/Г„(P)dp+ f K.(,

l J- - -- . .J

где Oa - доля яерифериййых ТК второй группы, причем ai + .

На гарактике может оказаться, что необходимое выравнивание радиалиного энергораспределения реал1изуется при ipasMiHOжающих свойствах, неоколькю отл ичных от расчетных. В этом случае ир едлагаамый спОооб позволяет достаточно гаросто и оперативно упрэвлять разм;ножающимИ свойствами путем изменения гвыторания урана в пвриферийных ТК второй группы, т. е. путем снижения ил1и увелич еиия времени облучения этих «аяалов.

Формула изобретения

1. Способ .перегруз1К:и топлива в ял&рных реакторах каналыного тЕпа, заключающийся ,в том, что свежие топливнь е каналы за1гружают тольио в периферийные области .реактора, эксплуатируют .их там, затем переставляют и ЭК1аплуаШ1руют в щентральной области реактора, отличающийся тем, что, с целью повышения тлубины выГО|рания выгружаемого топлива при однонремевном улуч1шении выравнивания энергораспределения .в реакторе, в центр переставляют только часть, нащример, 1/5-1/7 числа пер1И|фериЙ ных каналов,

в которых достипнутое значение выгорания топлива не п|ревы1пает 1/10-1/3 от номинального, а остав1шуюся qaiCTb периферийных каналов продолжают эысплуатирввать до глубины выгорания топлива, овределяе1МОЙ критичностью (реактора.

2. СпосОб по п. 1, о т л и| ч а ю щ и и с я тем, что в процессе эксплуатации осуществляют варьирование глубины выгорания топлива еепереста-влябмой части периферийных каяцлав.

Источники Информации, примятые во внимание при экспертизе: 1. Рудик А. П. Ядерные реакто|ры и принци:п максимума Понтряшиа, М., Атомиздат. 1971, с. 144.

2.Сидоренко В. А. Водо-водяные реакторы в ядерной энергетике страны. «Атомная энергия, т. 43, вып. 5, с. 325, 1977.

3.Патент США № 3336061, кл. 176-17,

опублик. 1966 (прототип).