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]

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

Не совсем понятно в цитированном фрагменте следующее: казалось бы, сдвиг спектра либо засчёт СКД, либо вытеснителями. Если СКД, то зачем вытеснители? Цитата:

ВВЭР-С - эволюционный СУПЕР-ВВЭР с повышенным коэффициентом воспроизводства, что позволяет существенно экономить топливо. А также, если удастся его выполнить, проект со сверхкритическим давлением, где будут решены вопросы уже прямого участия в замкнутом топливном цикле.

ВВЭР-С - это реактор со спектральным регулированием?
Да, это ВВЭР со спектральным регулированием реактивности активной зоны за счёт изменения водно-уранового соотношения активной зоны в процессе выгорания топлива.
В нём впрямую будут экономиться нейтроны, топливо будет выжигаться более эффективно, а повышенный КВ позволит иметь в ОЯТ большую часть той составляющей, которая, после переработки, может быть использована снова в реакторах.
Про спектральное регулирование говорят с прошлого века, но до сих пор большого живого аппарата нигде нет. Насколько концепция проработана?
Действительно, идея родилась достаточно давно. В этом я лишний раз убедился, когда был на Александровских чтениях.
Сейчас мы смотрим конструктивно, каким образом это реализовать. Подошло именно то время, когда подобные конструкции будут востребованы и актуальны.
Конечно, задача сложная. Но мы исходим из следующего обстоятельства. Претерпят изменения активная зона и тепловыделяющая сборка, а также появятся вытеснители, которые с помощью приводов будут менять водно-урановое соотношение. Всё остальное, а именно, конструктив исполнения корпуса реактора, постараемся сохранить. В том числе, мы намерены сохранить ВКУ, они будут аналогичны предыдущим решениям.
Поэтому основная конструкторская задача для ВВЭР-С сосредоточена в активной зоне и органах управления. Повторю, что органы управления будут отвечать и за перемещение вытеснителей в активной зоне тоже.

Обратим также внимание на цитату соседней публикации:
http://atominfo.ru/newse/l0411.htm
(ЦНИИ КМ "Прометей"). В ответ на прямой вопрос он ответил также прямо - сталь на 600°C на столь большой сосуд, который требуется, на сегодняшний день не сделает, пожалуй, никто.

Получается картина такая.

Температура критической точки H2O 374 цельсия, сверху ограничение предположим как в БН 520 цельсия имеющимися сортами стали, Т должно быть ниже температуры полного отпуска закалки сталей. Получается типичный рабочий диапазон температур в тепловом цикле первого контура между 400 и 520 цельсия. Меньше чем хотелось бы, тем не менее перепад температур в четыре раза выше чем у обычного ВВЭР, что позволяет снизить массовый расход теплоносителя и более чем достаточно компенсирует его меньшую плотность.

Спектральное регулирование лучше всего делать на СКД. При изменении Т на несколько десятков градусов, плотность воды около псевдокритической точки меняется в два раза. Изначально считалось, что спектральное регулирование должно использовать именно этот эффект.

Какой смысл спектрального регулирования без СКД, вытеснителями? Разве что сохранение существующего "докритического" корпуса на 160 атмосфер и теплового цикла с циркониевым материаловедением. Однако сохранение одно, а совсем другое - шаг вперёд с переходом к стальным или титано-ванадиевым оболочкам ТВЭЛов, которых допускает быстрорезонансный спектр, получаемый в свою очередь низкой плотностью H2O.

Простая замена борного регулирования на спектральное не такой большой шаг вперёд, как хотелось бы. Надёжные подвижные вытеснители сделать может оказаться непростой задачей.

Сообщение отредактировал Denis_Hliustin - 10.6.2013, 0:05

[AtomInfo.Ru]

Не совсем понятно в цитированном фрагменте следующее: казалось бы, сдвиг спектра либо засчёт СКД, либо вытеснителями. Если СКД, то зачем вытеснители?

Путаница была, потому что под одним именем СУПЕР-ВВЭР скрывалось два принципиально разных варианта - т.н. "эволюционный" и "инновационный".

Теперь эволюционный получает собственное имя ВВЭР-С, и это аппарат с вытеснителями для регулирования спектра. Обычный ВВЭР, без сверхкритики, но с регулированием доли воды в зоне. И конструктор знает, как его делать

А СКД остаётся пока на уровне бумаги.

[Denis_Hliustin]

ВВЭР-С, аппарат с вытеснителями для регулирования спектра. Обычный ВВЭР, без сверхкритики, но с регулированием доли воды в зоне. И конструктор знает, как его делать

Есть очевидный вариант как делать вытеснители: в виде решётки прутков из цельного циркония.
Когда металлическим цирконием из объёма вытеснена вода плотности 0.7, поглощение тепловых нейтронов уменьшится в 2 раза.

СКД остаётся пока на уровне бумаги.

Не удивительно, что промышленность воздерживается пробовать делать корпус масштаба тысячника на 240 атмосфер вместо обычных 160.
Тогда может быть, СКД в качестве модульного средней мощности имеет смысл рассматривать? Для крейсеров, авианосцев и ледоколов нужна мощность блока 50 - 80 МВт(эл).

[pappadeux]

Есть очевидный вариант как делать вытеснители: в виде решётки прутков из цельного циркония.

есть ещё более очевидный вариант - полости, постепенно заполняемые водой

и двигать ничего не надо

[alex_bykov]

есть ещё более очевидный вариант - полости, постепенно заполняемые водой

и двигать ничего не надо

Насколько я понял докладчиков (Супер-ВВЭР-Субботин-1 (28-31).05.13.ppt), как основной вариант рассматривается "семёрка" (если смотреть на текущую ТВС, то НК + 6 окружающих твэлов), заполненная ураном:

Вытеснители выполнены в виде 6 твэлов Ø8,6 мм из обедненного урана, закрепленных на циркониевом прутке

Причина такого решения тоже очевидна (правда, при модификации кассеты в сторону более мелких твэлов):

Диапазон изменения водо-уранового отношения при опущенных и извлеченных вытеснителей меняется от 1.0 до 1.96.

А в новой сборке канал под СВРК вообще "уезжает на периферию", как при этом поле контролировать, если он попадает в прострел сразу от 2 кассет, мне очень боязно представить (это помимо сильно нелинейной переходной функции - там Kc не отделаешься - меняется спектр).

[pappadeux]

Насколько я понял докладчиков (Супер-ВВЭР-Субботин-1 (28-31).05.13.ppt), как основной вариант рассматривается "семёрка" (если смотреть на текущую ТВС, то НК + 6 окружающих твэлов), заполненная ураном:

Причина такого решения тоже очевидна (правда, при модификации кассеты в сторону более мелких твэлов)

да, это, наверно, лучший вариант, но становится непонятно, можно ли всё это экспортировать

вытеснители из обедненного урана с малой экспозицией, выдвигаемые приводом - реактор "мечта Ахмединежада"

кстати, я правильно понимаю, что энергонапряженность зоны слегка упадет? И что в массо-габаритах ВВЭР-1200/1300 получится максимум ВВЭР-1000?

[KTN]

В старом отчёте 1979 года наткнулся на ремарки о совершенствовании ВВЭР:

"Экономика ВВЭР может быть значительно улучшена в случае уменьшения потерь нейтронов. Проведённый анализ баланса нейтронов в активной зоне ВВЭР позволяет выявить причины потерь и наметить возможные пути их уменьшения.

Уменьшение потерь нейтронов в воде и конструкционных материалах связано с необходимостью серьёзных конструктивных изменений активной зоны. Водород воды - не только хороший замедлитель нейтронов, но и достаточно сильный поглотитель. В связи с этим определённые потери в воде неизбежны. Однако эти потери возрастают, если уран-водная решётка неоптимальна и в ней содержится избыточный объём воды.

В топливной решётке ВВЭР-440 отношение объёма воды к объёму UO2 равно 1,67 что в пересчёте на уран составляет 3,47 то есть воды в решётке ВВЭР значительно больше, чем в оптимальной, для которой водно-урановое отношение равно 2. На первый взгляд кажется, что наиболее простой способ уменьшения этих потерь - уплотнение ТВЭЛов и уменьшение водяных зазоров. Однако последнее связано с увеличением гидравлического сопротивления активной зоны. Кроме того, уменьшение водяных зазоров может увеличить опасность нарушения герметичности оболочки ТВЭЛов. Наиболее оптимальным в смысле физики реактора было бы увеличение плотности топлива, в частности замена двуокиси урана металлическим ураном. В этом случае существующая решётка ВВЭР приближается к оптимальной, и при сохранении её существующих геометрических размеров можно в ~1,8 раза увеличить количество загружаемого урана, а также снизить степень обогащения по U235."


Обсуждение выявило следующие тезисы:
1) Все варианты плотного топлива, в т.ч. металлическое, нитрид урана и карбид урана, химически взаимодействуют с водой.
2) В случае топлива UO2 и прежней решётки, существует вариант уменьшить в два раза плотность воды: с 0,7 кг/литр до 0,3 - 0,35 кг/литр, перейдя на однофазный теплоноситель. Водяной пар с температурой выше 374 цельсия. При прежней скорости прокачки через АЗ, для сохранения секундного расхода воды потребуется увеличить температурный перепад при проходе водой активной зоны: с 30 градусов цельсия в ВВЭР-1000 до предположим 60 цельсия в новом реакторе, между 450 и 510 цельсия. Нижняя граница приемлема по плотности воды и имеет запас от критической точки, верхняя - приемлема по сохранению прочностных свойств имеющимися сортами нержавейки (оболочки ТВЭЛ и весь первый контур).
3) Учитывая необходимость рабочего давления в первом контуре 250 - 300 атмосфер, проще всего данную концепцию опробовать на корабельном реакторе.

Какие видны сложности в данной концепции?
Высказывалась мысль, что высокий перепад температуры пара при проходе АЗ противоречит идее спектрального регулирования реактивности.

Сообщение отредактировал KTN - 13.9.2013, 19:59

[Nucon]

В старом отчёте 1979 года наткнулся на ремарки о совершенствовании ВВЭР:

"Экономика ВВЭР может быть значительно улучшена в случае уменьшения потерь нейтронов. Проведённый анализ баланса нейтронов в активной зоне ВВЭР позволяет выявить причины потерь и наметить возможные пути их уменьшения.

Уменьшение потерь нейтронов в воде и конструкционных материалах связано с необходимостью серьёзных конструктивных изменений активной зоны. Водород воды - не только хороший замедлитель нейтронов, но и достаточно сильный поглотитель. В связи с этим определённые потери в воде неизбежны. Однако эти потери возрастают, если уран-водная решётка неоптимальна и в ней содержится избыточный объём воды.

В топливной решётке ВВЭР-440 отношение объёма воды к объёму UO2 равно 1,67 что в пересчёте на уран составляет 3,47 то есть воды в решётке ВВЭР значительно больше, чем в оптимальной, для которой водно-урановое отношение равно 2. На первый взгляд кажется, что наиболее простой способ уменьшения этих потерь - уплотнение ТВЭЛов и уменьшение водяных зазоров. Однако последнее связано с увеличением гидравлического сопротивления активной зоны. Кроме того, уменьшение водяных зазоров может увеличить опасность нарушения герметичности оболочки ТВЭЛов. Наиболее оптимальным в смысле физики реактора было бы увеличение плотности топлива, в частности замена двуокиси урана металлическим ураном. В этом случае существующая решётка ВВЭР приближается к оптимальной, и при сохранении её существующих геометрических размеров можно в ~1,8 раза увеличить количество загружаемого урана, а также снизить степень обогащения по U235."
Обсуждение выявило следующие тезисы:
1) Все варианты плотного топлива, в т.ч. металлическое, нитрид урана и карбид урана, химически взаимодействуют с водой.
2) В случае топлива UO2 и прежней решётки, существует вариант уменьшить в два раза плотность воды: с 0,7 кг/литр до 0,3 - 0,35 кг/литр, перейдя на однофазный теплоноситель. Водяной пар с температурой выше 374 цельсия. При прежней скорости прокачки через АЗ, для сохранения секундного расхода воды потребуется увеличить температурный перепад при проходе водой активной зоны: с 30 градусов цельсия в ВВЭР-1000 до предположим 60 цельсия в новом реакторе, между 450 и 510 цельсия. Нижняя граница приемлема по плотности воды и имеет запас от критической точки, верхняя - приемлема по сохранению прочностных свойств имеющимися сортами нержавейки (оболочки ТВЭЛ и весь первый контур).
3) Учитывая необходимость рабочего давления в первом контуре 250 - 300 атмосфер, проще всего данную концепцию опробовать на корабельном реакторе.

Какие видны сложности в данной концепции?
Высказывалась мысль, что высокий перепад температуры пара при проходе АЗ противоречит идее спектрального регулирования реактивности.

А где это почитать? Поподробнее. Это то, чем я занимаюсь и выводы примерно те же самые.

[Татарин]

Интересно, можно ли осуществлять спектральное регулирование в ВВЭР добавлением в 1-й контур просто тяжёлой воды (с постепенным переходом на лёгкую в процессе выгорания)?

Тогда вся теплотехника остаётся той же самой, что и на классическом ВВЭР. Нет нужды в увеличении размеров корпуса реактора на ту же мощность (соотвественно, не растут капзатраты).

И поскольку при старте системы доля тяжёлой воды не должна быть высока (соотвественно - меньше работы по разделению изотопов), стоимость заправки первого контура тоже не должна быть совсем уж безумной.

НИОКР минимум.
Всё, то есть, то есть вот совсем всё то же самое, как у ВВЭР. Только - теперь банановый со спектральным регулированием.

То есть, получается аналог борному регулированию, только без бора: с химией попроще и бор не расходуется.
Вода как материал никуда не денется, после переработки и очистки её можно использовать снова и снова. То есть, это долгосрочные вложения, которые переживут срок жизни реактора.

Сообщение отредактировал Татарин - 9.8.2014, 21:46

[AtomInfo.Ru]

Интересно, можно ли осуществлять спектральное регулирование в ВВЭР добавлением в 1-й контур просто тяжёлой воды (с постепенным переходом на лёгкую в процессе выгорания)?

Что с ходу подумалось.

1) Тяжёлая вода - достаточно дорогой продукт.

2) Как очищать лёгкую воду от тяжёлой? Придётся ставить рекомбинаторы, причём диких размеров. У меня в голове откуда-то вертится, что в рекомбинаторе... золото. Но не уверен, возможно, аберрация памяти. В любом случае, рекомбинаторы будут стоить денег.

3) Нужно обеспечить качественное гомогенное перемешивание двух вод перед активной зоной, иначе будут огромные нестабильности в нейтронике и локальные пережоги.

[LAV48]

Что с ходу подумалось.

Мне, хоть я и совсем не спец, подумалась такая вещь, что не выйдет так регулировать, потому как регулирование попадёт в узкий диапазон примеси протия в тяжёлой воде.
P.S. Могу оказаться совсем не прав.

[AtomInfo.Ru]

Мне, хоть я и совсем не спец, подумалась такая вещь, что не выйдет так регулировать, потому как регулирование попадёт в узкий диапазон примеси протия в тяжёлой воде.

Если в ВВЭР залить D2O с примесью лёгкой, то он в лучшем случае выйдет на мощность и через недельку помрёт, когда накопятся осколки-отравители.

Разговор может идти только о смеси лёгкой и тяжёлой вод, в которой и той, и другой воды значимое количество.