А. С. ЛИСТОВ, Е. Я. ПРОШКИНА
Научные руководители – Г. В. ТИХОМИРОВ, д. ф.-м. н., доцент
– М. Ю. ТЕРНОВЫХ, ст. преподаватель
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТ НАЧАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
РЕАКТОРА БН-1200
На примере модели ТВС реактора БН-1200 рассмотрено изменение коэффициента размножения и накопление 239Pu в зависимости от состава плутония начальной загрузки.
Среди многих возможностей быстрой энергетики стоит особо отметить воспроизводство ядерного топлива, которое существенно повышает экономическую привлекательность быстрых реакторов, позволяя перейти к замкнутому топливном циклу, что обеспечит ядерную энергетику топливом на сотни лет.
В данной работе был проведен нейтронно-физический расчет выгорания ТВС реактора. Использовалась гетерогенная по высоте модель ТВС, разделенная на 7 зон [1]. Данное разбиение представлено в рисунке 1. Рассматривалась центральная твэльная ячейка ТВС БН-1200. Чехол ТВС и натрий межкассетного зазора не учитывались. Так же было введено приближение бесконечной решетки.
Тип зоны | КМ (низ) | АЗ 5 | АЗ 3 | АЗ 1 | АЗ 2 | АЗ 4 | КМ (верх) |
Рисунок 1. Конфигурация модели ТВС
В расчете использовалась программа для прецизионных нейтронно-физических расчетов MCU [2]. Данная программа позволяет моделировать перенос нейтронов, гамма-квантов, электронов и позитронов в различных трехмерных системах при помощи метода Монте-Карло.
Данный программный пакет позволяет учитывать эффекты непрерывного изменения энергии частицы при столкновениях, а также как непрерывную, так и ступенчатую зависимость сечений от энергии.
В качестве режима работы модели было выбрано разбиение на 6 микрокампаний по году и трёхлетней выдержки в ВРХ. Имелось три различных топливных состава уран-плутониевого нитридного топлива с одинаковым обогащением, но различающихся содержанием изотопов плутония, что позволило найти оптимальное соотношение между высоким воспроизводством и Keff. За время работы происходит накопление 239Pu, изменение массы по отношению к начальной загрузке представлено на рисунке 2. Как видно, первый состав лучше в качестве наработки.
Рисунок 2. Изменение массы Pu239 по отношению
к его начальной загрузке
В отработавшем ядерном топливе содержится 240Pu, являющийся источником нейтронов спонтанного деления. В оружейном плутонии максимально допустимое содержание 240Pu составляет 6%. В данном ОЯТ его концентрация превышает 6%, что делает его непригодным для создания оружия. В процессе выгорания все три состава позволяют поддерживать условия критичности на протяжении всего времени работы моделируемой установки – 6 лет. Первый состав показал наименьший из трёх Keff на начальный момент, что является плюсом с точки зрения безопасности.
Таким образом можно заключить, что первый состав является наилучшим из соображений безопасности и экономической целесообразности.
Список литературы
1. , , . Физико-технические основы современной ядерной энергетики. Перспективы и экологические аспекты. //учебное пособие : М.: МИФИ, 2014 г. - 259 с.
2. Описание применения и инструкция для пользователей программ, собранных из модулей пакета MCU-5, под ред. – 2012г. – 152 с.
