ВВЭР-С Опции

[AtomInfo.Ru]

Отдельная тема по ВВЭР-С, т.к. это не СКД.

Для затравки интервью Мохова.
http://atominfo.ru/newse/l0453.htm

[Denis_Hliustin]

Отдельная тема по ВВЭР-С, т.к. это не СКД.

Таким образом, ВВЭР-С означает использовать спектральное регулирование вытеснителями вместо борного, всё остальное оставив как есть: параметры пара, плотность воды в АЗ, материалы (цирконий), корпус (менее 225 Атм). Возможный плюс - участие ВВЭР-С в суточных регулированиях, а не только базовый режим нагрузки.
Это считается близко осуществимым, а СКД отнесено к далёкой перспективе ("если удастся его выполнить") причём к замкнутому топливному циклу.
Такая постановка вопроса логична если смотреть с позиций паросилового оборудования.

Теперь посмотрим со стороны результатов расчёта воспроизводящих свойств урановой и плутониевой загрузок ВВЭР СКД.
В журнале "Атомная Энергия" за сентябрь 2012, стр.134 - 137, результаты расчёта бридера СКД на PuO2.
Быстрый реактор ПСКД-600, наработка плутония в год:
активная зона -84 кг, центральная зона воспроизводства +48 кг, торцевые экраны +42 кг, боковой экран +48 кг, итого +54 кг в год.
При этом загрузка, тонн тяж.мет.:
активная зона 32.3 тонны, центральная зона 5.9 тонны, торцевые экраны 7.6 тонн, боковой экран 18.6 тонн.
Концентрация (аналог обогащения) плутония в АЗ, в целях профилирования варьируется от 14.5 до 20%.

В активной зоне около 6 тонн плутония, пропорция 9 тонн плутония на 1 ГВт(эл).
БН-600 при том же содержании плутония в АЗ даёт пропорцию 2.5 тонны плутония на 1 ГВт(эл): по теплоотводящим свойствам водяной пар это не жидкий металл. Если случайно поплавится АЗ ПСКД-600, потери плутония будут соответствовать наработке за 100 лет.

Из этих соображений можно сделать вывод, что ВВЭР СКД в варианте плутониевого бридера с КВ~1.1 не конкурентоспособен по сравнению с быстрыми натриевыми реакторами.
Картина с точки зрения физики: хотя вода может и почти не поглощать нейтроны (минимальные зазоры между ТВЭЛами, быстрый спектр и выбор плотности пара 140 кг на кубометр), однако высокое давление СКД (250 атмосфер) требует оболочек ТВЭЛов с большим отношением толщины к диаметру. Это разбавляет состав АЗ сталью сильнее чем уже достигнуто в БН-600, и воспроизводящие свойства на оксидном топливе едва превышают единицу.
При этом, для бридера обогащение плутонием должно быть как в БН-800, на уровне 20%. При этом теплоотвод водяным паром менее эффективен чем жидким металлом. В результате имеем характеристики, делающие не очевидной экономическую и техническую целесообразность сооружения такого типа реакторов.

Поэтому рассмотрим концепцию где СКД реактор в замкнутом цикле играет роль в качестве конвертора на урановом топливе.

В своё время проводились расчётные работы по реактору-размножителю БГР-300 на быстрых нейтронах с гелиевым теплоносителем. Там давление тоже высокое, оболочки ТВЭЛов тоже толстые и АЗ разбавлена сталью. Поэтому сравнение корректное.
Была сооружена и исследована критсборка КБР-8, близкая к реактору БГР-300 не только по составу активной зоны, но и по геометрическим размерам.
Высота активной зоны
ЗМО 97.1 см
ЗБО 97.1 см
Радиус ЗМО 46.9 см
Толщина ЗБО 19.4 см
Толщина радиального отражателя 44.6 см
Толщина верхнего и нижнего торцевых отражателей 28.5 см
Загрузка U235:
ЗМО 444 кг
ЗБО 539.4 кг
Полная загрузка U235 983.4 кг.
В сборке КБР-8 спектр нейтронов достаточно жёсткий: доля делений при энергии более 100 Кэв составляет 65%.
Коэффициент воспроизводства расчётный: для трёх вариантов компоновки 0.93; 1.01; 1.02;
Экспериментально измеренна величина 1.04(+-)0.04, то есть от 1.00 до 1.08

В случае водяного теплоносителя, из-за замедления и поглощения нейтронов водородом, КВ на U235 окажется заметно ниже единицы, порядка 0.8.

Поскольку КВ всё равно ниже единицы, можно сделать выбор в пользу третьего варианта компоновки: на уране-235 имеет смысл делать конвертер не на обогащении уровня 20%, когда быстрый спектр. После добычи природный уран обогащается до 3% (в 6 раз меньше чем плутония в предыдущем варианте) и поступает в ВВЭР СКД, из его ОЯТ рециклированный плутоний - в БН-1200.

На обогащении порядка 3% с малым количеством воды, основная часть нейтронов вступает в реакцию деления при энергии вблизи нижнего резонанса 0.3 электрон-вольта. При этом eta U235 около 1.7 что ниже чем в холодном ВВЭР-1000, однако можно выиграть за счёт большего размножения нейтронов в уране-238 (плотное размещение ТВЭЛов в АЗ) и меньшего поглощения водородом воды (на СКД со спектральным регулированием вдвое-втрое меньше плотность чем обычная 0.7).

К слову, плутониевый бридер СКД скорее всего не может иметь спектрального регулирования: чтобы превысить КВ=1, он должен работать при постоянной плотности воды не более 140 килограмм на кубометр. Можно конечно её уменьшать, тогда слишком мал секундный расход массы чтобы выносить из АЗ достаточно тепла.

С позиций оптимизации топливного воспроизводства просматривается такая ниша будущему ВВЭР СКД:
* свежее топливо U235 обогащения 3%, наработка плутония с КВ~0.8 для загрузки вновь вводимых БН-1200. Именно в этом будет выражаться (цитата) "прямое участие в замкнутом цикле".
* СКД нужно для снижения средней плотности воды, для спектрального регулирования плотностью воды запаса реактивности на выгорание, оценочно в диапазоне от 0.25 до 0.5 её нормальной плотности (и вовсе не для превышение КВ=1), а также для увеличения рабочего температурного перепада в первом контуре между входом и выходом реактора, по сравнению с 30 градусами классического ВВЭР.

Для запуска ВВЭР СКД потребуется, скорее всего, дополнительный источник тепла и решётка не вытеснителей а поглотителей по образцу АПЛ, с весом p>beta (в рабочем режиме она должна быть поднята из реактора после перехода на малую плотность воды), что одновременно позволит участвовать в суточном регулировании мощности.

Сообщение отредактировал Denis_Hliustin - 10.6.2013, 2:11