Наукова конференція Інституту ядерних досліджень НАНУ
8-12 квітня 2019 р.

Тези доповідей

Секція: Ядерна енергетика

10 квітня 2019 р., середа, 15:45

Регламент: 12+3 хв.

попередня

до розкладу

наступна


Шляхи управління параметрами хвилі реакторА на хвилі ядерних поділів

 

О. М. Хотяїнцева1, В. М. Хотяїнцев2, В. М. Павлович1

 

1 Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна

2 Київський національний університет ім. Т. Шевченка, Київ, Україна

 

У реакторі на хвилі ядерних поділів (РХЯП) ядерні перетворення відбуваються у вигляді хвилі, яка ініціюється у зоні запалу і через деякий час виходить на режим стаціонарної хвилі. Перевагами РХЯП є використання як палива природного або збідненого урану, а також підвищена безпека, оскільки неконтрольований розвиток ланцюгової реакції неможливий внаслідок фізичних принципів роботи такого реактора. Приваблива ідея РХЯП (відомий також як TWR, CANDLE) висунута більше тридцяти років тому, досі не втілена в життя хоча б у вигляді демонстраційного варіанту реактора. Існуючі розрахунки показують, що проходження хвилі ядерних поділів (ХЯП) приводить до глибокого вигоряння палива (до 60%), великих флюенсів і радіаційного навантаження, якого сучасні конструкційні матеріали не можуть витримати. Тому постає проблема вибору такого складу і дизайну РХЯП, щоб зменшити в рази кінцевий флюенс і радіаційне навантаження. Одночасно, для створення демонстраційного РХЯП важливо зменшити час проходження хвилі з типових 10-20 до 1-2 років, не перевищуючи при цьому гранично допустимого рівня густини енерговиділення.

У роботах [1, 2] показано, що швидкість хвилі і потужність реактора можна ефективно регулювати за рахунок малих змін концентрації поглинача чи радіуса активної зони, причому рівень теплової потужності і густина енерговиділення зростають пропорційно швидкості. Водночас кінцевий флюенс і глибина вигоряння палива при цьому майже не змінюються. Зменшити кінцевий флюенс майже удвічі можна, збагачуючи склад палива ядрами, що діляться (239Pu, 241Pu, 233U, 235U), але при цьому зростає ширина хвилі, а з нею і час її проходження на свою ширину.

У цій роботі пропонується принциповий підхід, що дозволяє суттєво зменшити кінцевий флюенс, глибину вигоряння палива, і одночасно - ширину хвилі, збільшити швидкість хвилі при тому ж рівні енерговиділення, і відповідно значно скоротити час її проходження. Цього можна досягти за рахунок зміщення балансу нейтронів в бік поглинання в області хвоста хвилі в будь-який спосіб і зменшення тим самим нейтронного потоку, наприклад, за рахунок: введення додаткових поглинаючих елементів в область хвоста в процесі руху хвилі, використання рухомого відбивача, що переміщується разом з хвилею, повного видалення паливних елементів в області хвоста при досягненні певного флюенсу, а також уповільнення нейтронів в області хвоста. Ефективність такого підходу підтверджують результати проведених модельних розрахунків і чисельного моделювання на основі квазіодновимірної дифузійної моделі у одношвидкісному наближенні. Розраховані параметри хвилі для різних початкових складів реактора.

 

 

1.  В.М. Павлович, В.М. Хотяїнцев, О.М. Хотяїнцева. Реактор на хвилі ядерного горіння: управління параметрами хвилі. Ядерна фізика та енергетика 2010, т. 11, № 1, с. 49 - 56

2.  V.M. Khotyayintsev, A.V. Aksonov, O.M. Khotyayintseva, V.M. Pavlovych, V.Gulik, A.H. Tkaczyk. Velocity characteristic and stability of wave solutions for a CANDLE reactor with thermal feedback, Annals of Nuclear Energy 85 (2015) 337–345.

 


попередня

до розкладу

наступна