ВВЭР - Супер и СКД Опции

[kuzeyli]

Благодарю АтомИнфо.ру и В.Берковича за интервью http://atominfo.ru/news9/i0464.htm . Тему считаю весьма злободневной и сам давно точил на неё зубы, но не знал как начать.

Сначала о терминах. ВВЭР с регулируемым спектром нейтронов (посредством вытеснителей) буду называть Супер-ВВЭР (СВВЭР), понимая, что это только один из возможных его вариантов. Но не буду иметь в виду ВВЭР-СКД, как вариант СВВЭР. Тем более, что у ВВЭР-СКД своих вариантов хватает. Всё это почти устоявшиеся термины разработчиков и их и буду придерживаться.

О самом интервью. Упор в ней, как видно, Вадим Яковлевич делает на ВВЭР-СКД, как на более ценном для атомной энергетики реакторе, чем СВВЭР. Что очень даже понятно, - КПД в 40% с лишним, даже КПД-брутто, не шуточное дело. Но создаётся из интервью впечатление, что ОКБ ГП, при определённых условиях (например, при твёрдом заказе на разработку ВВЭР-СКД), готов махнуть рукой на СВВЭР. Как на паллиатив по отношению к ВВЭР-СКД. Что было бы весьма печально.

Потому что ВВЭР-СКД это почти журавль в небе, а СВВЭР, - почти синица в руках, но это синица, которая со временем способна стать близкой в своих размерах к журавлю. В частности и потому, что ториевый СВВЭР мог бы стать средством создания турецкого атомпрома, по сути как дочернего АО по отношению к Росатому. Ещё лучшим таким средством был бы, конечно, ВВЭР-СКД, но когда он будет. А та же Турция ждать не будет, а воспользуется первой же иной возможностью использования своих запасов тория.

В общем, если Росатом на самом деле задался целью мировой экспансии и в области наукоёмких технологий (как второй этап этой экспансии), то можно и нужно быстро создавать Супер-ВВЭР, в том числе и ториевый. И к разработке последнего можно и нужно привлекать и турецкую сторону. А ВВЭР-СКД будет чем-то вроде венца ВВЭРов. И к нему, конечно, тоже надо стремиться.

[AtomInfo.Ru]

Kuzeyli,

про ПЭР я вспомнил неспроста. Я считал такие системы на дипломе. Более того (о, дивные советские времена!), мне для диплома специально собирали три загрузки на одном из критстендов в ФЭИ. Сейчас в это трудно поверить - сторонний студент заикнулся, что хотел бы иметь собственные экспериментальные данные в дополнение к взятым из американской литературы, и ему тут же собрали целых три зоны!

Физика проблемы с ПЭР такова. Чуть выше тепловых энергий нейтронов сидит (при 6,67 эВ, если помню правильно) дичайший по площади захватный резонанс в сечениях U-238. В традиционном ВВЭР нейтроны обходят этот резонанс в воде и замедляются ниже его по энергии. Но уберите из ВВЭР немного воды, т.е. сделайте спектр чуть жёстче - и резонанс начнёт работать в полную силу. Реактивность системы резко упадёт из-за роста захватов на U-238. Но по этой же причине начнёт резко расти КВ. Если найду старые файлы, то проиллюстрирую это цифрами и графиками.

Т.е., ставя твэлы в ВВЭР теснее друг к другу (или вытесняя воду!), мы действительно можем существенно поднять КВ и превратить ВВЭР в почти-бридер. Но у такого реактора с тесными решётками пустотный эффект реактивности может быть положительным, т.к. теперь при потере воды спектр будет уходить с упомянутого гигантского резонанса в сечении захвата U-238. Это примерно напоминает возникновение положительного ПЭР для состояния ВВЭР с большой концентрацией борной кислоты.

Обойти данное явление в лоб нельзя, т.к. мы имеем дело с физическими константами. Запретить ядрам урана-238 иметь резонанс при 6,67 эВ мы не можем. Более того, этот резонанс нам нужен для повышения КВ. Проблема положительного ПЭР зарубила работы по реакторам с тесной решёткой, ведшиеся в 80-ые годы в Союзе, США, Франции и Японии. После Чернобыля такие реакторы строить никто не дал бы.

В своё время Курчатник предлагал другое решение - уйти вообще от теплового спектра для будущих ВВЭР и проектировать их как пароводяные бридеры, реакторы с быстрорезонансным спектром. По факту, курчатовцы хотели превратить ВВЭР в кипящий реактор, что многим тогда не понравилось.

В статье, на которую Вы ссылаетесь, про ПЭР не говорится ровным счётом ничего. Но есть некоторые косвенные данные. Например, там указывается:

Диапазон изменения водо-уранового отношения при опущенных и извлеченных вытеснителях меняется от 1 до 1.96.

Т.е., уран-водное отношение (мне более привычен такой термин) меняется от 1 до 0,5. Последнее - это фактически традиционный ВВЭР. А при уран-водном отношении, равном единице, пустотный эффект ещё остаётся отрицательным! Это я помню из расчётов. В плюс по ПЭР мы вылетим где-то при уран-водном отношении, равном двойке.

Таким образом, в описанном в статье варианте ПЭР существенно уменьшится по модулю, но всё ещё останется отрицательным. За пределы безопасного проектирования реакторов мы не выйдем, хотя динамика переходных процессов станет более неприятной, чем для традиционных ВВЭР.

Но! При уран-водном отношении, равном единице, мы не сможем рассчитывать на требуемые КВ. По памяти, при таком отношении КВ составит где-то от 0,6 до 0,7. До поставленных целей 0,8-0,85 (статья) или 0,8-0,9 (Беркович) мы не дотягиваем! Более того, нужные нам КВ появлялись при таких значениях отношений, когда ПЭР становился положительным.

Каким образом Курчатник предлагает справляться с этим противоречием, я пока разобраться не могу. Конкретных цифр в статье, к сожалению, не приводится.

Добавлю для понимания. Не критикую и не разоблачаю Напротив, мне жутко интересно, каким образом и за счёт чего Курчатник смог добиться требуемого результата.