Ответы на вопросы ТУР. 1. Реакторные измерения. 2 2 Нейтронные источники. 4
 Скачать 6.93 Mb.
|
71 Перегрузка ядерного топливаВ процессе работы ядерного реактора непрерывно изменяется нуклидный состав ядерного топлива. Это приводит к непрерывному изменению полного запаса реактивности. Для поддержания критической массы необходимо либо непрерывно вести замену выгоревшего топлива свежим, либо вначале загружать в реактор избыток ядерного топлива, а действие этого избытка компенсировать введением в активную зону поглотителей нейтронов (компенсирующих органов). В гетерогенных реакторах непрерывная перегрузка топлива практически невозможна. В них обычно ведется периодическая (частичная) перегрузка с той или иной частотой, зависящей от типа реактора, трудоемкости операций по перегрузке и других факторов. При этом за период работы реактора от одной частичной перегрузки до другой может выгорать только избыток топлива над критической массой. Практически единственным гетерогенным реактором, в котором возможна непрерывная перегрузка топлива, являются газоохлаждаемые реакторы типа ВТГР с шаровыми твэлами. Практически непрерывно организована перегрузка топлива в реакторах типа РБМК – в них топливные каналы перегружаются «на ходу», без остановки реактора. Интересным проектом гомогенного реактора с непрерывной перегрузкой топлива являются ЖСР – жидкосолевые ЯР. В них топливо является и теплоносителем и циркулирует по первому контуру ЯР и представляет собой расплав фтористых солей урана. Кампании и Режимы перегрузок Вспомним: Кампания топлива - это полное время работы топлива в пересчете на полную мощность реактора. Это время, в течение которого топливо находится в реакторе. Определяется как календарный срок работы и составляет несколько лет. Кампания реактора это время работы реактора на номинальной мощности без перегрузки (перемещения) топлива. Эта величина также определяется режимом перегрузки. При одновременной перегрузке всего топлива кампания реактора совпадает с кампанией топлива, при режиме частичных перегрузок она в n раз меньше кампании топлива (n - число перегрузок, через которое в среднем замещается все топливо в реакторе). При периодической перегрузке глубина выгорания ограничивается возможностью компенсации избытка топлива над критической массой после очередной частичной (или полной) перегрузки. Важной характеристикой ядерного топлива является глубина выгорания топлива. С экономической точки зрения желательно иметь максимально возможную глубину выгорания. Однако существует множество ограничивающих факторов. В гетерогенных реакторах к ним относится, прежде всего, работоспособность (стойкость) твэлов, связанная как с накоплением продуктов деления, так и с общей продолжительностью работы твэлов в реакторе. Таким образом, периодичность перегрузок определяется надежностью работы твэла, зависящей, прежде всего, от предельной глубины его выгорания. Важной задачей перегрузки является и формирование профиля поля энерговыделения по объему активной зоны реактора. В процессе работы он может изменяться в связи с перераспределением плотности потока нейтронов в соответствии с изменением нуклидного состава топлива. В энергетических реакторах желательно иметь равномерное энерговыделение. Это при всех прочих равных условиях повышает единичную мощность ядерной установки и топливо выгорает равномерно по всему объему. Выбор того или иного способа перегрузки ядерного топлива оказывает влияние на все указанные характеристики: глубину выгорания, формирование профиля энерговыделения, необходимое количество органов, компенсирующих избыток топлива над критической массой. Если реактор загрузить топливом одного обогащения и ограничиться одной перегрузкой за кампанию, то, очевидно, что профиль энерговыделения в начале кампании будет иметь максимальную неравномерность. Такой способ называется полной (единовременной) перегрузкой. Этот режим применяется лишь в некоторых исследовательских реакторах. В центре активной зоны из-за более высокой плотности потока нейтронов топливо будет выгорать интенсивней, а на периферии медленней. В процессе работы реактора это приведет к перераспределению плотности потока нейтронов и к концу кампании профиль энерговыделения заметно выровняется. Однако на периферии топливо выгорит значительно меньше, чем топливо, расположенное в центре и вблизи него. При таком режиме работы весь избыток топлива, определяющий длительность кампании и глубину выгорания, в начале кампании должен быть скомпенсирован введением поглотителей. Слабо выгоревшее периферийное топливо, не использованное полностью во время кампании реактора, целесообразно вновь использовать в реакторе. Это приводит к режиму периодических перегрузок, при которых между кампаниями реактора выгружается только топливо, достигшее предельной глубины выгорания. В период между кампаниями реактора выгружается только топливо, достигшее предельной глубины выгорания. При этом заменяются на свежие сборки только (1/3 – 1/5 часть) всех топливных сборок. Оставшиеся слабовыгоревшие и новые сборки в целях выравнивания поля энерговыделения и глубины выгорания можно перемещать в активной зоне. Исключение составляет процесс перегрузки топлива в реакторе РБМК, в котором за кампанию реактора производится несколько частичных перегрузок. Чем больше частичных перегрузок за кампанию, тем меньше требуется поглощающих органов, так как они компенсируют избыток топлива только в период между двумя последовательными частичными перегрузками. В пределе при непрерывной перегрузке они становятся совсем ненужными. В настоящее время актуальной задачей является продление ресурса корпуса водо-водяных реакторов. Эта задача частично может быть также решена с помощью перегрузки топлива. Корпус реактора подвержен нейтронному и -излучению, приводящему к ухудшению прочностных характеристик металла корпуса реактора и как следствие — к уменьшению ресурса корпуса. Чтобы уменьшить потоки излучения на корпус в периферийные ряды активной зоны устанавливают, в основном, сборки с выгоревшим топливом, что существенно снижает флюенс нейтронов на корпус ЯР. Но это приводит к увеличению коэффициента неравномерности поля энерговыделения. |