Основные характеристики выгорания

Ядерное топливо - продукт дорогостоящий. Добыча урановой руды, получение природного металлического урана, обогащение его изотопом ²³⁵U, изготовление топливной композиции, спечение её в таблетки и их чистовая обработка, изготовление твэлов и тепловыделяющих сборок - всё это очень сложные технологические процессы, требующие больших материальных и энергетических затрат. Выбрасывать довольно большое количество невыгоревшего ядерного топлива на кладбище радиоактивных отходов было бы делом весьма неумным. Отработанное топливо направляется на регенерацию, где топливные компоненты по цепочке сложных технологических операций отделяются от накопившихся за время работы продуктов деления, заново обогащаются изотопом ²³⁵U и вновь включаются в топливный цикл. Регенерация топлива не менее сложна и дорога, чем изготовление «свежего» топлива.

Вот почему очень важно, чтобы в процессе кампании выгорала как можно большая часть загруженного топлива, а для регенерации оставалась бы как можно меньшая его часть. Мерой оценки эффективности использования топлива в энергетических реакторах служат две основные характеристики.

а) Степень выгорания - это доля (или процент) выгоревшего основного топлива (²³⁵U) от начального его количества.

Степень выгорания обозначается z и в соответствии с определением:

.

Путём подстановок можно показать, что z(t) в любой момент t - величина, пропорциональная величине энерговыработки W(t), если не учитывать часть энергии, полученной в делениях плутония. Из следует, что

то есть

Об эффективности использования ²³⁵U в реакторе в кампании активной зоны можно судить по максимальной степени выгорания в конце кампании).

Для реакторов типа РБМК-1000 z_max = 0.35 ¸ 0.37, а для реакторов водо-водяного типа (ВВЭР-440, ВВЭР-1000) z_max = 0.30 ¸ 0.33.

б) Глубина выгорания - это энерговыработка на данный момент кампании, приходящаяся на единицу массы первоначально загруженного урана.

Здесь речь идёт обо всём уране (²³⁵U + ²³⁸U), загруженном в а.з. в начале кампании. Обозначив глубину выгорания w, по определению имеем:

.

Глубину выгорания принято считать в МВт сут / кг или ГВт сут/ т.

Представление о величинах глубины выгорания топлива дают цифры:

• для реакторов типа РБМК-1000 w_max = 18.5 ¸ 20 МВт ^. сут / кг;

• для реакторов типа ВВЭР-1000 w_max = 38 ¸ 46 МВт ^. сут /кг, и выше.

3.2.4 Закономерности шлакования ядерного топлива

Шлакование топлива - процесс накопления в работающем реакторе стабильных и долгоживущих продуктов деления, непроизводительно поглощающих нейтроны, понижая тем самым реактивность реактора.

Эффект шлакования на данный момент кампании – это потери реактивности от накопления шлаков в топливе на этот момент.

Некоторые осколки деления являются стабильными или долгоживущими и в различной степени интенсивно поглощают нейтроны реакторного спектра. Их и назвали шлаками, т.к. они затрудняют протекание реакции деления. Диапазон микросечений радиационного захвата шлаков достаточно широк - от нескольких барн до десятков тысяч барн.