тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора
Классы МПК: | G21C3/326 содержащие топливные элементы различного состава; содержащие в дополнение к топливным элементам другие топливные элементы в виде прутков, стержней или труб, например управляющие стержни, стержни для опорной решетки, воспроизводящие стержни, поглощающие стержни, стержни, не содержащие топлива G21C3/28 с твердым делящимся или воспроизводящим веществом внутри неактивного кожуха G21C3/18 внутренние прокладки или другой неактивный материал внутри кожуха, например компенсирующий расширение топливных стержней или для компенсации избыточной реактивности |
Автор(ы): | Бурлаков Е.В., Краюшкин А.В., Купалов-Ярополк А.И., Николаев В.А., Панюшкин А.К. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-04-20 публикация патента:
20.08.1996 |
Использование: изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам канальных ядерных реакторов РБМК, и направлено на сокращение топливной составляющей приведенных затрат, снижение эксплуатационных расходов, повышение безопасности канального ядерного реактора и увеличение продолжительности кампании. Сущность изобретения: удаление из активной зоны дополнительных поглотителей (ДП) и увеличение количества топлива в ней, повышение степени выгорания топлива, уменьшение расходов на транспортировку топлива, его хранение, перегрузку и захоронение, снижение максимальной линейной нагрузки на тепловыделяющие элементы и уменьшение неравномерности энерговыделения по высоте и радиусу реактора достигается тем, что тепловыделяющие сборки канального ядерного реактора заполняют топливом из окиси урана и эрбия, причем концентрация последнего выбрана из интервала 0,3-0,8%.
Формула изобретения
Тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы, заполненные топливом из окиси урана, отличающаяся тем, что в топливо дополнительно введен эрбий, концентрация которого выбрана в интервале 0,3 0,8%Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно: к тепловыделяющим сборкам (ТВС) канальных ядерных реакторов РБМК. Одной из важных причин, приведших к катастрофическим последствиям Чернобыльской аварии, явилась большая положительная величина парового коэффициента реактивности![тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, патент № 2065627](/images/patents/407/2065013/945.gif)
![тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, патент № 2065627](/images/patents/407/2065020/981.gif)
![тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, патент № 2065627](/images/patents/407/2065134/946.gif)
В результате мер по повышению безопасности реактора РБМК величина была снижена до 1
![тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, патент № 2065627](/images/patents/407/2065134/946.gif)
Ухудшение экономических показателей канальных ядерных реакторов поставило на повестку для вопрос о поисках более экономичных вариантов, в которых к тому же сохранялась бы или даже снижалась уже достигнутая величина парового коэффициента реактивности. Была предложена тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы, заполненные топливом из окиси урана с повышенным обогащением [2]
Как показали расчеты, перевод РБМК, например, с топлива, начальное обогащение которого 2,2% на топливо с начальным обогащением 2,4% позволяет снизить топливные затраты на 15% и уменьшить величину av до 0,5 b. Однако при повышении степени обогащения окиси урана по-прежнему сохраняются высокие топливные затраты из-за необходимости сохранения ДП в активной зоне, а также уменьшается подкритичность остановленного разотравленного реактора и растет максимальная линейная нагрузка на тепловыделяющие элементы qmlax на 5% а для однородной решетки даже на 7%
Целью изобретения является дальнейшее сокращение топливной составляющей приведенных затрат и снижение эксплуатационных расходов, повышение безопасности канального ядерного реактора и увеличение продолжительности кампании. Технический результат, достижение которого обеспечивается с помощью изобретения, заключается в удалении из активной зоны дополнительных поглотителей (ДП) и увеличении количества топлива в ней, повышении степени выгорания топлива, его хранение, перегрузку и захоронение, снижении максимальной линейной нагрузки на тепловыделяющие элементы и уменьшении неравномерности энерговыделения по высоте и по радиусу реактора. Это достигается тем, что в тепловыделяющей сборке канального ядерного реактора, содержащей тепловыделяющие элементы, заполненные топливом из окиси урана, в топливо дополнительно введен эрбий, концентрация которого выбрана из интервала 0,3-0,8%
Загрузка РБМК тепловыделяющими сборками, в топливо которых из окиси урана добавлен эрбий (или его окись) в количестве 0,3-0,8% снижает паровой коэффициент реактивности до уровня, при котором не требуется устанавливать дополнительные поглотители. Одновременно уменьшается доля захвата нейтронов в воде, что приводит в случае обезвоживания активной зоны к снижению роста реактивности. Это связано с тем, что эрбий при о,47 эВ обладает резонансом сечения поглощения. В РБМК средняя температура графита на 200o С выше, чем средняя температура воды, поэтому при обезвоживании повышается температура нейтронного газа, и происходит сдвиг спектра нейтронов в сторону этого резонанса. Близость резонанса эрбия к области термолизации обеспечивает дополнительную отрицательную составляющую парового эффекта реактивности, что и позволяет отказаться от ДП в активной зоне РБМК. Удаление ДП из активной зоны увеличивает не только топливную загрузку реактора (за счет размещения в технологических каналах вместо ДП ТВС), но и приводит к снижению неравномерности энерговыделения, что позволяет, в свою очередь, увеличить обогащение топлива и, тем самым, повысить глубину выгорания топлива в активной зоне и, следовательно, сократить количество отработавшего топлива. Последнее - в связи со стоящей на сегодняшний день проблемой переработки и захоронения радиоактивных отходов атомных станций позволяет несколько снять остроту этой немаловажной проблемы. Кроме того, присутствие выгорающего поглотителя в свежих ТВС приводит к существенному снижению их мощности и вносимой при перегрузке реактивности. Эти обстоятельства наряду с более ровной, чем в прототипе. картиной энерговыделения в активной зоне в значительной мере упрощает процедуру перегрузок зоны и контроль за энерговыделением в ней, повышает безопасность действующих РБМК без модификации ТВС. Одновременно с этим размещение в технологических каналах активной зоны РБМК вместо ДП ТВС увеличивает уранграфитовое отношение, а поскольку в резонансной области энергий в случае уменьшения плотности воды снижается замедляющая способность среды, это приводит к дополнительному уменьшению парового коэффициента реактивности. При этом необходимо учесть, что при концентрации эрбия меньше 0,3% практически исчезает влияние эрбия на паровой коэффициент реактивности
![тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, патент № 2065627](/images/patents/407/2065013/945.gif)
![тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, патент № 2065627](/images/patents/407/2065020/981.gif)
![тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, патент № 2065627](/images/patents/407/2065013/945.gif)
![тепловыделяющая сборка канального ядерного реактора, патент № 2065627](/images/patents/407/2065020/981.gif)
Класс G21C3/326 содержащие топливные элементы различного состава; содержащие в дополнение к топливным элементам другие топливные элементы в виде прутков, стержней или труб, например управляющие стержни, стержни для опорной решетки, воспроизводящие стержни, поглощающие стержни, стержни, не содержащие топлива
Класс G21C3/28 с твердым делящимся или воспроизводящим веществом внутри неактивного кожуха
Класс G21C3/18 внутренние прокладки или другой неактивный материал внутри кожуха, например компенсирующий расширение топливных стержней или для компенсации избыточной реактивности