УРАХУВАННЯ ВПЛИВУ СПЕКТРАЛЬНОГО ЕФЕКТУ НА МАКРОСКОПІЧНІ ПЕРЕРІЗИ ЧАРУНКИ ВВЕР-1000

 

О. В. Кухоцька

 

Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки, Київ, Україна

 

Основою обґрунтування безпеки реакторної установки є дослідження нейтронно-фізичних характеристик активної зони реактора, що здійснюється на основі чисельного рішення рівняння транспорту нейтронів. Точність таких розрахунків забезпечує якість прогнозування поведінки реакторної установки та, відповідно, безпеку її експлуатації. Мета досліджень, результати яких представлені в роботі, - аналіз можливих підходів та методів, спрямованих на покращення точності визначення нейтронно-фізичних характеристик активної зони, і, відповідно, підвищення ядерної безпеки реакторної установки в цілому.

Розрахунки нейтронно-фізичних характеристик активної зони виконують за допомогою програмних кодів, точність проведення яких, перш за все, залежить від якості підготовки малогрупових бібліотек нейтронно-фізичних перерізів. Саме тому проблемам підготовки бібліотек макроскопічних перерізів взаємодії приділяють велику увагу.

Підготовка бібліотеки макроскопічних перерізів взаємодії вимагає врахування наступних характеристик: композиції палива, його вигорання, температури та густини теплоносія та палива, концентрації рідкого поглинача [1]. Враховуючи те, що паливо у водо-водяному енергетичному реакторі (ВВЕР-1000) вигорає у переважній більшості при роботі на номінальному рівні потужності, усталена практика передбачає при підготовці бібліотеки перерізів виконувати розрахунки зміни ізотопного складу палива при вигорянні для певного референсного стану, що зазвичай характеризується усередненими значеннями. При цьому не враховується те, що у реальності умови вигорання палива можуть суттєво змінюватися, що впливає на енергетичний спектр розподілу нейтронів, та, як наслідок , на ізотопний склад.

Для урахування реальної історії вигоряння (історичного або спектрального ефекту) необхідно врахувати залежність накопиченого ізотопного складу не тільки від вигорання, а й від самої історії зміни спектра нейтронів під час вигоряння палива [1]. У рамках дослідження впливу спектрального ефекту розроблено розрахункову модель паливної чарунки ВВЕР-1000 для програмного коду WIMS [2] та проведено аналіз впливу зміни спектру щільності потоку нейтронів при варіації параметрів експлуатації палива на зміну ізотопного складу при вигоранні палива та макроскопічних перерізів. Визначено основні параметри, варіація яких призводить до зміни спектру нейтронів, та проведено розрахунковий аналіз зміни спектру щільності потоку нейтронів при зміні кожного із параметрів (температури палива, густини та температури теплоносія, концентрації борної кислоти) окремо та зміні усіх одночасно.

Результати розрахункового аналізу вказують на істотний вплив спектру зміни щільності потоку нейтронів на  ізотопний склад при вигоранні палива. Так, у разі одночасної зміни всіх параметрів до максимальних відносно референсного значення спричинить відхилення ядерної концентрації Pu‑239 на ±22% при вигорянні 63МВт·діб/кгU).Така невизначеність ізотопного складу паливної чарунки призводить до похибки у визначенні макроскопічних перерізів взаємодії (наприклад, для перерізу поглинання в тепловій групі невизначеність становить ±24%; та для перерізу ділення ±15%). Таким чином, отримані результати вказують на необхідність врахування впливу залежності спектру нейтронів від точних параметрів експлуатації палива на макроскопічні перерізи взаємодії, як при підготовці малогрупових бібліотек нейтронно-фізичних перерізів, так і при подальших розрахунках нейтронно-фізичних характеристик активної зони реактора в цілому.

 

1.    Ovdiienko I, and etc. M Effect of Fuel Burnup History on Neutronic Characteristics of WWER-1000 Core. Nuclear and radiation safety journal. 2014.№3(63). P. 14-18

2.    J. R. Askew, F. J. Fayes, P. B. Kemshell, (1966), “A general Description of the lattice Code WIMS”,. Journal of British Nuclear Energy Society, 5(1), pp. 564–584