|
|
Ответы на вопросы ТУР. 1. Реакторные измерения. 2 2 Нейтронные источники. 4
Непрерывная перегрузка топлива
При непрерывной перегрузке критическая масса поддерживается непрерывной заменой выгоревшего топлива свежим, компенсирующие органы при этом полностью отсутствуют.
Глубина выгорания топлива определяется скоростью непрерывной перегрузки.
С уменьшением скорости перегрузки глубина выгорания увеличивается, и, наоборот, чем больше скорость непрерывной перегрузки, тем меньше глубина выгорания.
В пределе при бесконечно большой скорости перегрузки топливо проходит “тран зи том” через реактор и практически не выгорает.
Очевидно, что это крайне невыгодный режим перегрузки, так как требует бесконечно большого запаса ядерного топлива.
Рассмотрим некоторые характерные режимы, которые могут быть приблизительно воспроизведены в реальных реакторах, и сопоставим их между собой по глубине выгорания и профилю поля энерговыделений.
Теоретически можно представить следующие режимы непрерывной перегрузки ядерного топлива:
Режим с непрерывной перегрузкой и непрерывным перемешиванием топлива по всему объему реактора.
Режим с перемешиванием топлива по радиусу без перемешивания по высоте.
Режим с непрерывным дви жением топлива от оси активной зоны к периферии в цилиндрическом реакторе бесконечной длины.
Режим с непрерывным движением топлива от периферии к оси реактора.
Режим с непрерывной перегрузкой и непрерывным перемешиванием топлива по всему объему реактора.
Предположим, что активная зона реактора состоит из тепловыделяющих элементов, разделенных на отдельные звенья достаточно малых размеров, и имеется возможность непрерывной перегрузки и непрерывного перемешивания ядерного топлива по всему объему активной зоны.
При идеальном перемешивании во всех частях объема активной зоны топливо имеет одинаковый и постоянный во времени состав, соответствующий определенной глубине выгорания.
Поддержание критичности реактора осуществляется непрерывной заменой выгоревших звеньев свежими.
Если размеры звеньев, в пределах которых производится непрерывное перемешивание, достаточно малы, то параметры размножения во всем объеме активной зоны реактора одинаковы и при постоянной скорости непрерывной перегрузки неизменны.
В этом случае поле энерговыделений определяется геометрией активной зоны.
При цилиндрической форме и слабом действии отражателя профиль энерговыделения описывается произведением функций Бесселя и косинуса.
Коэффициенты неравномерности распределения энерговыделения по радиусу и высоте активной зоны реактора без отражателя можно оценить:
Глубина выгорания определяется скоростью непре рыв ной перегрузки.
Чем меньше скорость перегрузки (меньшими пор циями идет замена выгоревшего топлива свежим), тем выше конечная концентрация шлаков.
Критические размеры R и H зависят также от конечной концентрации шлаков: чем глубже выгорание, тем больше размеры.
Если для этого режима перегрузки критический объем в зависимости от глубины выгорания поддерживать только изменением высоты активной зоны, а радиус оставлять неизменным, то глубина выгорания
Подобный режим (его называют идеальным) перегрузки топлива приблизительно воспроизводится в высокотемпературных реакторах с шаровыми твэлами и многократной их циркуляцией.
В этих реакторах реализуется непрерывная перегрузка ядерного топлива с непрерывным выводом ша ровых твэлов, достигших конечной глубины выгорания, и непрерывным добавлением свежих.
Перемешивание топлива воспроизводится в данном случае многократной циркуляцией шаровых твэлов через активную зону.
Режим с перемешиванием топлива по радиусу без перемешивания по высоте.
В цилиндрическом реакторе конечной высоты при непрерывной перегрузке топлива перемешивание производится только по радиусу.
В этом случае параметры размножающей среды одинаковы и постоянны только по радиусу и изменяются по высоте.
Подобный режим приблизительно можно воспроизвести в гетерогенных реакторах с перемешиванием ТВС за время кампании в радиальном направлении.
Режим перегрузки определяет достижимую глубину выгорания ядерного топлива и неравномерность энерговыделения по активной зоне реактора.
Относительную глубину выгорания характеризуют коэффициентом проигрыша в глубине выгорания , равным отношению глубины выгорания топлива в режиме с непрерывной перегрузкой и непрерывным перемешиванием его по всему объему (идеальный режим) к глубине выгорания при данном режиме
73 Периодическая перегрузка
ядерного топлива
В реальных конструкциях гетерогенных реакторов не пре рыв ную перегрузку осуществлять весьма трудно.
В большинстве случа ев перегрузка ведется периодически, т. е. за время кампании про изводится конечное число частичных перегрузок.
Если число частичных перегрузок достаточно велико, то можно получить приб ли женные выражения, определяющие относительную глубину выгорания для различных режимов при периодической перегрузке.
При периодической перегрузке избыток топлива после каждой частичной перегрузки должен быть скомпенсирован введением поглотителей, которые к началу очередной частичной перегрузки полностью выводятся.
Наличие поглотителей в активной зоне приводит
к менее эффективному использованию нейтронов, и глубина выгорания топлива по сравнению с непрерывной перегрузкой уменьшается.
При периодической перегрузке можно осуществлять периодическое перемешивание топлива или движение его путем перестановки в том или ином направлении.
Ограниченное число перестановок топлива за время кампании приводит к тому, что глубина выгорания в выгруженном топливе оказывается неодинаковой.
Поэтому можно говорить о какой-то средней концентрации шлаков, при которой выгружается топливо при каждой частичной перегрузке.
Это накладывает дополнительные ограничения на достижимую глубину выгорания.
При аналитическом рассмотрении периодической перегрузки топлива будем предполагать, что компенсация избыточной реактивности за время между частичными перегрузками осуществляется специальными поглотителями, наличие которых не искажает нейтронного поля (например, борное регулирование для водо-водяных реакторов).
Пусть за время кампании Т производится n частичных перегрузок, причем в каждом элементе активной зоны, содержащем n звеньев ядерного топлива, производится замена одного звена на свежее через интервал времени Т/n.
Это означает также, что к началу каждой частичной перегрузки в любом элементе объема имеется топливо с различной концентрацией шлаков, с минимальной в звеньях, простоявших время Т/n, и с конечным содержанием в звеньях, простоявших время Т и подлежащих очередной перегрузке.
При аналитическом рассмотрении периодической перегрузки топлива будем предполагать, что компенсация избыточной реактивности за время между частичными перегрузками осуществляется специальными поглотителями, наличие которых не искажает нейтронного поля (например, борное регулирование для водо-водяных реакторов).
Пусть за время кампании Т производится n частичных перегрузок, причем в каждом элементе активной зоны, содержащем n звеньев ядерного топлива, производится замена одного звена на свежее через интервал времени Т/n.
Это означает также, что к началу каждой частичной перегрузки в любом элементе объема имеется топливо с различной концентрацией шлаков, с минимальной в звеньях, простоявших время Т/n, и с конечным содержанием в звеньях, простоявших время Т и подлежащих очередной перегрузке.
Коэффициент проигрыша в выгорании (Кс)
для рассматриваемого режима по отношению
к идеальному, будет
где
при n → ∞
Величина связана с перераспределением плотности потока нейтронов в процессе работы реактора между перегрузками и в общем случае может быть определена только путем числовых расчетов.
При аналитическом рассмотрении периодической перегрузки топлива будем предполагать, что компенсация избыточной реактивности за время между частичными перегрузками осуществляется специальными поглотителями, наличие которых не искажает нейтронного поля (например, борное регулирование для водо-водяных реакторов).
Пусть за время кампании Т производится n частичных перегрузок, причем в каждом элементе активной зоны, содержащем n звеньев ядерного топлива, производится замена одного звена на свежее через интервал времени Т/n.
Это означает также, что к началу каждой частичной перегрузки в любом элементе объема имеется топливо с различной концентрацией шлаков, с минимальной в звеньях, простоявших время Т/n, и с конечным содержанием в звеньях, простоявших время Т и подлежащих очередной перегрузке.
• Например, для цилиндрического реактора :
• Периодическая перегрузка без перемешивания может оказаться выгодной при большом числе прегрузок за кампанию и только для реакторов, в которых имеется большой запас реактивности.
• Если совместить периодическую перегрузку топлива с перемешиванием топлива по радиусу, что вполне реально для гетерогенных реакторов, то
74 Реальные способы
перегрузки ядерного топлива
Непрерывная перегрузка ядерного топлива не учитывает ограничений реальной конструкции реактора и не может быть осуществлена.
Невозможно и непрерывное перемешивание топлива.
Чаще всего имеется возможность перегрузку вести периодически, с периодическим перемешиванием или перестановкой топлива.
Режим частичных перегрузок топливных каналов позволяет существенно увеличить выгорание выгружаемого урана без повышения обогащения.
Режим частичных перегрузок топлива и применение на периферии активной зоны топливных сборок с более высоким обогащением урана позволили существенно выровнять радиальное распределение энерговыделения и снизить коэффициент его неравномерности .
В зависимости от типа реактора перегрузку ядерного топлива можно осуществлять как на ходу, так и после останова.
Это в значительной мере определяет количество частичных перегрузок за кампанию.
Перегрузка водо-водяных реакторов
Перегрузка ядерного топлива в ВВЭР производится после полного останова. Для этого реактор заглушается, контур расхолаживается и сбрасывается давление.
После расхолаживания и сброса давления снимают крышку реактора.
Перегрузочная машина, снабженная телескопической штангой с захватом ТВС, обеспечивает выгрузку отработавшего топлива и загрузку свежего.
Общая продолжительность всех операций, связанных с пере грузкой топлива, с момента выключения реактора до последующе го пуска занимает около месяца. Поэтому число частичных перегрузок за кампанию не может быть большим - для этого нужно было бы достаточно часто останавливать реактор на продолжительное время.
В отечественных ВВЭР принята ежегодная периодическая перегрузка ядерного топлива при остановленном реакторе со съемом верхней крышки.
Если продолжительность топливной кампании составляет три года, то за кампанию производится три частичные перегрузки.
75 Идеальный и периодический
режимы перегрузки топлива
Эталонное выгорание топлива (Вэ) обогащение (х), среднее выгорание выгружаемого топлива В(n) и длительность стационарной кампании реактора к при его эксплуатации
в режиме частичных перегрузок
|
|
|
Скачать 6.93 Mb.