Расчетный анализ физических характеристик гибридных ядерных систем с различным типом бланкета (стр. 3 )

Ядерные концентрации нуклидов в неразмножающих областях

(в ед. 1024 яд/см3)

Нуклид	Физическая зона на расчетной (R-Z)-модели рис.2
7	8	9
FE	0.6119E-02	0.5959E-01	-
CR	0.1373E-02	0.1337E-01	-
NI	0.7297E-03	0.7107E-02	-
PB	0.1188E-01	0.3445E-03	0.1320E-01
BI	0.1458E-01	0.4228E-03	0.1620E-01

Таблица 8

Характеристики бланкетов, охлаждаемых свинцово-висмутовым теплоносителем (спектр источника 1)

Характеристика	Вариант 1-1	Вариант 1-2
начало микро-кампании	конец микро-кампании	начало микро-кампании	конец микро-кампании
Кэфф	0,966	-	0,965	-
М	22,835	20,316	22,89	17,371
Кs	0,9580	0,9531	0,9581	0,9456
Krmax	1,2	1,35	1,2	1,42
nэфф	2,446	2,446	2,422	2,422
Sист,н/сек	1,67*1018	1,88*1018	1,65*1018	2,175*1018

Канал мишени

Канал мишени

пунктиром показаны цилиндризованные границы зон физического профилирования

Для бланкета с нитридным топливом выполнены расчеты умножения M в начале микрокампании с источниками различного спектра, описанными в разделе 1. Результаты этих расчетов приведены в таблице 9.

Таблица 9.

Умножение в подкритическом бланкете с источником различных спектров

(вариант 1-1, Кэфф = 0,966)

Тип источника	1	2	3
М	22,835	22,876	25,112

3. Бланкет для подкритической системы с натриевым теплоносителем.

В качестве основного элемента конструкции подкритического бланкета, охлаждаемого натриевым теплоносителем, принята шестигранная тепловыделяющая сборка (ТВС), применяющаяся в быстрых натриевых реакторах типа БН-800 [7,8].

ТВС представляет собой шестигранный стальной кожух размером "под ключ" 94,5 мм и толщиной 2,5 мм, внутри которого размещены 127 твэлов, образующих треугольную решетку. Стержневой твэл представляет собой заполненную топливной композицией стальную трубку внешним диаметром 6,6 мм и толщиной 0,4 мм. Дистанционирование твэлов внутри ТВС осуществляется навивкой на оболочку стальной проволоки. Длина активной части твэла ТВС образуют в активной зоне бланкета треугольную решетку с шагом 100 мм.

При определении размеров бланкета было принято, что средняя мощность ТВС бланкета равна средней мощности ТВС реактора БН-800. Как представляется, в этом случае при близких значениях максимальной неравномерности поля мощности (Krmax » 1,4 ¸ 1,5) будет обеспечен нормальный температурный режим работы твэлов. Если сохранить высоты активной зоны реактора БН-800 Наз = 840 мм, то для бланкета тепловой мощностью 500 Мвт понадобится 135 ТВС описанной выше конструкции. Однако для получения правильной (близкой к цилиндрической) формы активной зоны было использовано 144 ТВС.

Таким образом, в настоящей работе рассматривается бланкет с размерами Dэкв х Наз = 1290 х 840 мм, содержащий 144 ТВС. В центре бланкета располагается канал мишени, вытесняющий 7 ТВС. Активная зона окружена боковым отражателем из нескольких рядов шестигранных стальных пакетов, имеющих такой же размер "под ключ", как ТВС активной зоны. Эффективная толщина бокового отражателя ~ 400 мм.

Рассмотрены два варианта топливной композиции:

-  мононитрид урана UN с эффективной плотностью 11,6 г/см3;

-  диоксид урана UO2 c эффективной плотностью 9,5 г/см3.

Так же, как и в бланкетах со свинцово-висмутовым теплоносителем, для выравнивания распределения мощности по радиусу бланкета применяется трехзонное профилирование обогащением топлива по урану-235.

Схема поперечного сечения бланкета показана на рис.5.

Предполагалось, что бланкет работает в режиме частичных перегрузок топлива без перестановок ТВС. При максимальном накоплении осколков » 10 ¸ 11% т. а. длительность кампании ТВС при коэффициенте использования мощности КИМ = 0,8 составляет:

-  для топлива UN ТТВС = 2 календарных года;

-  для топлива UO2 TТВС = 1,5 календарных года.

Длительность микрокампании принята равной t = 0,5 календарного года для обоих видов топлива. Для бланкета с топливом UN (вариант 2-1, 4 перегрузки) в установившемся режиме ядерно-физический состав в начале микрокампании будет примерно соответствовать составу после выгорания начальной загрузки в течение времени ~1,5t. Для бланкета с топливом UO2 (вариант 2-2, 3 ежегодные перегрузки) в установившемся режиме ядерно-физический состав в начале микрокампании будет примерно соответствовать составу после выгорания начальной загрузки в течение времени ~1t.

3.1. Расчет ядерно-физического состава бланкета в установившемся режиме.

Выполнены расчеты подкритического бланкета с источником нейтронов, расположенном в центральном канале. Расчеты выполнялись в двумерной (R-Z)-геометрии в 26-групповом диффузионном приближении с использованием программного пакета РЕАКТОР [10]. Расчетная модель показана на рис.6.

Рис.5. Схема поперечного сечения бланкета с натриевым теплоносителем

ТВС тип 1 (малое обогащение)

ТВС тип 3 (большое обогащение)

ТВС тип 2 (среднее обогащение)

Пакет бокового отражателя

Канал мишени

Рис.6. Расчетная (R-Z) модель бланкета с натриевым теплоносителем

Требовалось определить ядерно-физический состав в начале микрокампании, при котором без внешнего источника Кэфф » 0,965. При этом в бланкете с источником, работающем на заданном уровне мощности, неравномерность радиального поля мощности не должна превышать заданную выше величину Krmax ~ 1,5 как в начале, так и в конце микрокампании.

Внешний источник считался равномерно распределенным в области, указанной на рис.6. В вариантах 2-1 и 2-2 размеры области источника Rист= 5см, Zист = 25 см, канал мишени заполнен смесью стали и теплоносителя. Спектр источника принят в соответствии с данными, приведенными в таблице 4 раздела 1 (спектр 1, Ep=800 Мэв).

В результате вариантных расчетов определены ядерно-физические составы в начале микрокампании для вариантов 2-1 и 2-2.

В таблицах 10, 11, 12 приводятся ядерные концентрации нуклидов в физических зонах (нумерация зон соответствует рис.6) в начале микрокампании бланкетов вариантов 2-1 и 2-2. В таблице 13 приведены некоторые нейтронно-физические характеристики этих вариантов.

Распределение мощности по радиусу бланкетов в начале и в конце микрокампании показано на рис.7, 8.

Таблица 10

Ядерные концентрации нуклидов в активной зоне бланкета в начале микрокампании (в ед. 1024 яд/см3)

Вариант 2-1 - теплоноситель Na, топливо UN

Нуклид	Номер физической зоны бланкета на расчетной (R-Z)-модели рис.6
1	2	3	4	5	6
U-234	0.4450E-10	0.3070E-10	0.2433E-10	0.1577E-10	0.2560E-10	0.164E-10
U-235	0.1338E-02	0.1392E-02	0.1950E-02	0.2016E-02	0.2715E-02	0.278E-02
U-236	0.5493E-04	0.4689E-04	0.5826E-04	0.4862E-04	0.6911E-04	0.574E-04
U-238	0.8933E-02	0.8983E-02	0.8340E-02	0.8380E-02	0.7575E-02	0.760E-02
Pu-238	0.3105E-07	0.2138E-07	0.1689E-07	0.1086E-07	0.1781E-07	0.113E-07
Pu-239	0.1664E-03	0.1342E-03	0.1216E-03	0.9707E-04	0.9254E-04	0.741E-04
Pu-240	0.3044E-05	0.2249E-05	0.1507E-05	0.1090E-05	0.1100E-05	0.786E-06
Pu-241	0.4452E-07	0.5646E-07	0.1412E-07	0.1637E-07	0.1998E-07	0.169E-07
Pu-242	0.4293E-09	0.4607E-09	0.1728E-09	0.1717E-09	0.1932E-09	0.166E-09
Np-237	0.8787E-06	0.6853E-06	0.6683E-06	0.4958E-06	0.7699E-06	0.568E-06
Am-241	0.4822E-09	0.5914E-09	0.2159E-09	0.2384E-09	0.2697E-09	0.244E-09
Oсколки U	0.2597E-03	0.2024E-03	0.2895E-03	0.2222E-03	0.3111E-03	0.240E-03
Oсколки Pu	0.1335E-04	0.8260E-05	0.8052E-05	0.4820E-05	0.5014E-05	0.304E-05
N	0.1077E-01
Fe	0.1131E-01
Cr	0.2542E-02
Mo	0.1826E-03
Ni	0.1564E-02
Na	0.8957E-02

Таблица 11