БН-1600 Опции

[AtomInfo.Ru]

БН-1600, каким его видели в 1983 году.

[AtomInfo.Ru]

2. Повышение характеристик воспроизводства и экономических
показателей топливного цикла

2.1. Повышение коэффициента воспроизводства

Повышение характеристик воспроизводства быстрых реакторов связывают с применением новых, более совершенных с точки зрения физики, видов
топлив и конструкций активных зон. В качестве перспективных топлив рассматривают карбидное и металлическое.

Карбидное топливо, по сравнению с хорошо освоенным в настоящее время окисным, обладает рядом преимуществ — более высокой плотностью, хорошей теплопроводностью, меньшим количеством замедлителя. Расчетные оценки показывают, что применение карбидного топлива позволяет увеличить КВ на 0,15–0,2 (а. е.) и уменьшить время удвоения на 25–30% по сравнению с широко используемым окисным топливом.

Проведенные в последние годы исследования экспериментальных сборок с карбидным топливом (в том числе и на реакторе БР-5) позволили получить ряд важных результатов по поведению и изменению свойств этого топлива в условиях облучения. В настоящее время ведутся расчетные исследования реакторов большой мощности на карбидном топливе.

Из всех рассмотренных для быстрых реакторов видов топлив металлическое уран-плутониевое обладает наибольшими потенциальными возможностями в достижении высоких коэффициентов воспроизводства. Это связано, в основном, с двумя факторами:

1) Отсутствием замедляющих разбавителей, что обеспечивает более жесткий спектр нейтронов и, как следствие, меньшее значение паразитного захвата нейтронов на делящихся изотопах (α Pu-239 и α Pu-241) и конструкционных материалах.

2) Наибольшей плотностью топлива (ρтеор = 19 г/см3), обеспечивающей наибольший вклад деления урана-238 в коэффициент воспроизводства.

Расчеты показывают, что металлическое топливо позволяет при обеспечении работоспособности топлива до выгораний 6–7% достигнуть КВ = 1,75–1,85 и Т2 = 7–8 лет (здесь и далее Т2 приводится для Твн = 1 год).

Подготовлены технические предложения по реактору типа БН-1600 на металлическом топливе. Значительный объем исследований по технологии и работоспособности твэл с металлический топливом выполнен в НИИАР и ВННИНМ. Однако экспериментальных данных по применению карбидного и металлического топлива пока недостаточно, чтобы можно было уверенно рассчитывать на их применение в условиях существующих рабочих характеристик и параметров (выгорание, энергонапряженность, температуры топлива и оболочки).

Несколько облегченные условия для металлического топлива может обеспечить использование его в экранах (боковых и торцевых) и внутренних зонах воспроизводства гетерогенных активных зон.

Центральная часть реактора БН-1600 в техническом проекте спроектирована таким образом, что в нем могут быть применены:

1) традиционная активная зона на окисном топливе;

2) в боковом и торцевых экранах может быть использован необогащенный металлический уран.

Кроме того, в процессе эксплуатации реактора может быть осуществлен переход на гетерогенную окисно-металлическую активную зону.
Введение металлического урана в экраны реактора на смешанном окисном топливе увеличивает КВ с 1,31 до 1,38, и при этом время удвоения составит 11,5 лет.

Дальнейшее увеличение показателей воспроизводства реактора БН-1600 можно получить, используя оксидно-металлические гетерогенные активные зоны. Как показали расчетные исследования, КВ реактора с гетерогенной активной зоной слабо зависит от варианта компоновки и для рассматриваемых во всех вариантах введения в активную зону ~30% (по объему) внутренних зон воспроизводства с металлическим ураном составляет 1,55–1,6. Период удвоения при максимальном выгорании 10% т.а. составляет 9 лет, избыточная наработка вторичного горючего — 630–660 кг/год.

Указанные характеристики воспроизводства обеспечивают сбалансированное по топливу и приемлемое по структуре развитие крупномасштабной ядерной энергетики и удовлетворяют требованиям, выдвинутым в решении НТС к перспективным быстрым реакторам.