от выгорания на параметры установившегося режима

С. АЛЬ ДАВАХРА, В.И. САВАНДЕР
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЗАВИСИМОСТИ K  ОТ ВЫГОРАНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА ПЕРЕГРУЗКИ ТОПЛИВА
Повышение глубины выгорания топлива является в настоящее время приоритетной задачей ядерной энергетики. Это
позволяет увеличить ресурс работы ТВС и снизить объемы хранилищ отработанного топлива. Основной способ достижения глубоких выгораний – повышение обогащения топлива подпитки и применение различных схем перегрузки топлива, в том числе и непрерывные перегрузки [1].
В настоящее время для частичной компенсации избыточной реактивности применяются выгорающие поглотители, например, гомогенное размещение природного гадолиния в твэлах (твэги). Наличие поглотителя
в твэгах влияет на форму распределений K  от выгорания топлива. В принципе, изменяя содержание выгорающего поглотителя в твэгах и количество твэгов в ТВС, можно в широком диапазоне влиять на функциональную зависимость K  (s) , где s -безразмерный флюенс, определяемый из соотношения
ds   a    dt . При этом общий запас избыточной реактивности, компенсируемой как твэгами, так и
жидкостной системой регулирования, остается неизменной [2]. Представляет интерес оценить влияние формы функциональной зависимости K  (s) на параметры стационарного режима перегрузки топлива с выгорающим поглотителем.
Для этого чисто формально были выбраны три основных типа зависимости K  (s) , представленные на
рис.1. Параметры этих зависимостей подбирались из условия одинакового запаса реактивности на выгорание. Для схем непрерывного движения топлива это означает, что для всех рассматриваемых типов зависимости K  (s) предельная глубина выгорания выгружаемого топлива для реактора без утечки была одинаковой.
K
1  0
1 
1
2
3
1 



S
S1
Рис.1. Зависимость
K
от безразмерного выгорания
1 - без выгорающего поглотителя
2 - постоянная реактивность в первом цикле
3 - линейная реактивность в первом цикле
1. Постоянный коэффициент размножения в интервале
0  S  S1 (линия 2):

2
 
S1  S 0 1 
; S0  0 ,

0 


зная величину  , можно определить S1 .
2. Коэффициент размножения имеет вид (линия 3), при этом
S1 имеет такой вид:

 
S1  S 0 1  0.5 
;
2

0


Расчеты проводились в одногрупповом приближении для двух классических схем непрерывного движения топлива: от края к центру и от центра к краю. Результаты расчетов нормировались на значения параметров стационарного режима для топлива без выгорающего поглотителя и представлены в таб. 1. Для зависимостей K  (s) , имеющих область плато, увеличение размеров этой области приводит к росту глубины вы-
горания выгружаемого топлива и коэффициента неравномерности покассетного энерговыделения. Однако
для схемы движения от центра к краю, рост глубины выгорания сопровождается снижением степени неравномерности покассетного энерговыделения. Рост глубины выгорания связан с тем фактом, что с увеличением области плато в зависимости коэффициента размножения, начальное значение K  (0) снижается.
Другой тип зависимости K  (s) описывает ситуацию, связанную с использованием слабых поглотителей, и характеризуется наличием выбега реактивности при выгорании топлива. Для этого варианта имеет
место та же самая закономерность, то есть при снижении начального значения K  (0) выгорание выгружаемого топлива несколько подрастает, причем в тем большей степени, чем ниже величина
K (0) (см. таб. 1).
Таблица 1

0.2
0.15
0.10
Результаты расчета
Удельная энерговыработка топлива
Покассетный коэффициент неравномерности
Тип 1
Тип 2
Тип 1
Тип 2
(линия 3)
(линия 2)
(линия 3)
(линия 2)
In-out
1.003
1.038
1.122
Out-in
1.005
1.038
1.117
In-out
1.001
1.016
1.047
Out-in
1.002
1.017
1.047
In-out
1.002
1.024
1.075
Out-in
0.987
0.989
0.996
In-out
1.001
1.010
1.030
Out-in
0.986
0.988
0.990
В общем случае можно отметить, что форма распределения коэффициента размножения с выгоранием
топлива слабо влияет на выгорание выгружаемого топлива и коэффициент неравномерности энерговыделения в активной зоне. Показано, что для инновационных исследований с широкой областью варьирования
параметров топливной загрузки применение упрощенных моделей может быть использовано для сужения
области оптимальных композиций с малыми затратами вычислительных ресурсов и с большой физической
наглядностью получаемых результатов.
Список литературы
1. Дементьев Б. А. Кинетика и регулирование ядерных реакторов. Учебное пособие. М., Атомиздат, 1973, 292 с.
2. Masayuki KAUCHI. Yoichiro SHIMAZU. Optimal Burnable Poison-Loading in a PWR with Carbon Coated Particle Fuel. Journal of
NUCLEAR SCIENCE and TECNOLOGY,Vol.40,No.1,p.22-29 (January 2003).