0,1 МэВ > Е > 1,01 эВ – резонансные и Е ≤ 1,01 эВ – тепловые получены относительные величины групповых потоков нейтронов (рис. 4, а, б) и нейтронов деления

(εдел = νf, Σf, φ) (рис. 5) в долях от общего их значения для входного и выходного участков активной зоны.

Из приведенных результатов расчетов (рис. 4, 5) видно, что:

−спектры нейтронов не сильно изменяются по высоте активной зоны;

−60 %делений происходит на нейтронах промежуточной энергии, 30 % делений – быстрых, 10 % – тепловых нейтронах.

1.3.Эффективность органов СУЗ, коэффициенты реактивности и воспроиз-

водства

Для оценки эффективности органов СУЗ рассмотрены следующие состояния реактора:

•работа на номинальной мощности N = Nном;

•работа на минимально контролируемом уровне, при котором вся активная зона заполнена питательной водой с температурой 280°С, давлением 25 МПа;

•обезвоживание, при котором в активной зоне, а также в отражателях, есть только пар плотностью 0,09 г/см3;

•залив всего реактора холодной водой при температуре 20°С и давлении

10-5 МПа.

Для указанных расчетных состояний получены величины начального запаса реактивности, требуемое количество ТВС СУЗ для его компенсации и вывода реактора в подкритическое состояние с Кэфф. = 0,98 (таблица 2).

Из данных таблицы 2 следует, что при заливе холодной водой требуется разместить ТВС СУЗ в 216 ячейках из общего числа 241 ТВС (кроме 25 ТВС периферийного ряда). Для установившегося режима стационарных перегрузок проведены расчеты обезвоживания реактора на начало и конец кампании, коэффициентов реактивности ∂ρ/∂х, где х соответственно, плотность, температура теплоносителя (с учетом изменения плотности), температура топлива и процентное содержание пара (таблица 3).

Коэффициент воспроизводства (КВ), определяемый как отношение суммарного количества делящихся ядер (U5 + Pu9 + Pu41) в выгружаемом и в свежем топливе, составляет 1,013 в центральной, 0,853 в периферийной зонах и средний по реактору 0,933.

На основании результатов расчетов можно сделать вывод о том, что при предлагаемой схеме охлаждения реактора уменьшается утечка нейтронов из активной зоны, спектр нейтронов в реакторе быстро-резонансный, что совместно с использованием топливной композиции (отработавшее ядерное топливо + оружейный Pu) приводит к существенно меньшему обогощению топлива и отрицательному пустотному коэффициенту реактивности.

32

Таблица 3

Физические характеристики топливного цикла при различных схемах теплоотвода

2. РЕАКТОР С ТЕПЛОВЫМ СПЕКТРОМ НЕЙТРОНОВ

Конструкцию и размеры корпуса реактора, внутрикорпусных элементов, картограмму активной зоны, размеры ТВС, твэл предполагается принять максимально близкими к реактору ВВЭР-1000. Основные характеристики реактора следующие:

2.1. Схема охлаждения реактора и конструкция ТВС

Предлагается разделить ТВС по радиусу на 2 зоны – периферийную (ПЗ) и центральную (ЦЗ) внутренним чехлом, а снаружи ТВС безчехловые. Периферийная зона ТВС охлаждается при движении теплоносителя сверху вниз. Внизу активной зоны имеется общая камера смешения в которой потоки теплоносителя из периферийных зон перемешиваются и поступают на вход в центральную зону ТВС, которая охлаждается при движении теплоносителя снизу вверх. Пар на выходе из ТВС поступает в общий теплоизолированный паросборник, и из него уже на выход из реактора.

34

Активная зона может быть свободна для размещения ПС СУЗ и осуществления частичных перегрузок топлива. Схема охлаждения реактора представлена на рис. 6. Температура теплоносителя в камере смешения предполагается ~ 395°С (близкой к псевдо-критической точке) при этом теплоноситель будет нагреваться примерно одинаково на 115°С как в опускном так и в подъемном участках.

Наличие камеры смешения будет способствовать осаждению в ней продуктов эррозии и коррозии и способствовать уменьшению их выноса во внешний контур.

На рис. 7 представлено поперечное сечение ТВС. Размер ”под ключ”, шаг размещения ТВС и их количество в активной зоне такое же, как и в ВВЭР-1000. В ПЗ ТВС твэлы Ø9,1 мм в оболочке δ = 0,69 мм из циркониевого сплава размещаются с шагом 12,75 мм в количестве 204 шт, в том числе 18 ПС СУЗ и 18 твэгов с γGd = 0,3 г/см3, в ЦЗ ТВС твэлы Ø9,1 мм в стальной оболочке δ = 0,5 мм размещаются в тесной решетке с шагом 10,15 мм в количестве 168 шт.

Топливо в твэлах ПЗ – оксид урана с обогащением Х5 ≈ 5 % (заводская технология), в твэлах ЦЗ – МОХ топливо на основе отработанного ядерного топлива (ОЯТ) с добавкой оружейного плутония. Использование МОХ топлива в ЦЗ обосновывается тем, что спектр нейтронов в этой зоне быстро-резонансный и МОХ топливо в твэлах ЦЗ будет приводить к увеличению КВ и уменьшению неравномерности энерговыделения по твэлам в ТВС.

При принятой плотности смеси оксидов урана и плутония γтопл = 9,3 г/см3, плотность оксида оружейного плутония составляла 0,8 г/см3.

2.2. Расчеты топливного цикла

В расчетной модели ТВС ЦЗ и ПЗ по высоте разбивались на 4 подзоны с изменением средних параметров теплоносителя, температур топлива и оболочки твэла, полученные из предварительных расчетов (см. таблица 1).

Для уменьшения ”всплеска” энерговыделения на границе ЦЗ-ПЗ обогащение топлива в последнем ряду твэлов в ЦЗ принято в 1,5 раза меньше чем в остальных твэлах

(γPuO2 = 0,54 г/см3). При этом максимальная неравномерность энерговыделения по твэлам в ТВС qrmax = 1,3.

Для выделенных трех энергетических областей:10 МэВ ≥ Е ≥ 0,1 МэВ – быстрые нейтроны; 0,1 МэВ > Е ≥ 1,01 эВ – резонансные и Е ≤ 1,01 эВ – тепловые получены относительные величины нейтронов деления (εдел = νf Σf φ) в долях от общего их значения для верхнего и нижнего участков ТВС (рис. 8).

Из рис. 8 видно, что в активной зоне реактора с СКД преимущественную роль играет деление на тепловых нейтронах (около 56 % делений в начале кампании и 58 % в конце). По высоте ТВС доля делений на быстрых нейтронах изменяется мало, а имеет место изменение спектра, приводящее перераспределению доли делений на тепловых и резонансных нейтронах.

Был выбран 3-х кратный топливный цикл с частичными перегрузками ТВС один раз в течение календарного года.

Для уменьшения флюенса быстрых нейтронов на корпус реактора использовалась схема перегрузок с установкой ТВС последнего года выгорания на периферию активной зоны. Основные параметры топливного цикла приведены в таблице 5.

35