Document 655819

УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
В.Г. БАРАНОВ, Ю.Г. ГОДИН, Б.В. ПРОДУВАЛОВ,
А.В. СВЕТЛОВ, А.В. ТЕНИШЕВ,
Г.В. ТИХОМИРОВ, Д.П. ШОРНИКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ОКСИДНОГО
И U-Mo ТОПЛИВА С НИЗКИМ ОБОГАЩЕНИЕМ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО РЕАКТОРА ИРТ-1
ПРИ ВЫГОРАНИИ 42МВт∙сут/кгU
Проведен расчет изменения изотопного состава оксидного и уран-молибденового ядерного топлива низкого обогащения (20 % U235) с матрицей из сплава алюминия в исследовательском реакторе ИРТ-1 при выгорании 42МВт·сут/кгU. На
основании расчётных данных определены плотности потока тепловых нейтронов в
реакторе ИРТ-1 в случае использования ТВС, которые содержат низкообогащенный UO2 или U-Mo. Разработана методика создания модельного UO2 - и U-Mo топлива, содержащего имитаторы продуктов деления (ИПД), что позволит провести исследования фазового состава, химического состояния продуктов деления,
теплопроводности образцов ядерного топлива.
В настоящий момент для уменьшения распространения высоко обогащенного урана в исследовательских реакторах третьих стран предложено
использовать топливо низкого обогащения до 20 % по U235. Уменьшение
количества делящегося нуклида в топливе приводит к снижению глубины
выгорания и продолжительности топливной кампании и уменьшению
нейтронных потоков.
Для решения этой проблемы разработано два вида дисперсного топлива с алюминиевой матрицей: UO2 и высокоплотного сплава U-10мас.%Mo
с обогащением менее 20 % по U235 и повышенным содержанием делящейся фазы. В этих видах топлива содержание топливных частиц в сердечнике тепловыделяющего элемента составляет 25-30об. %.
Расчетными методами с помощью последовательности SAS2H программного комплекса SCALE определено изменение изотопного состава
UO2 - и U-Mo - топлива с обогащением 19,7 % U235 при В=42МВт·сут/кг.
Плотность потока тепловых нейтронов н/cм2·c составила для UO2 (20 %
U235) - 1,60·1014, U+10 %Mo (20% U235) - 1,87·1014, UO2 (90 % U235) 2,70·1014. Из приведенных данных видно, что плотность потока
нейтронов для UO2 –топлива с обогащением 90 % выше примерно на 70
% по сравнению с U-Mo–топливом и на 80-90 % выше UO2 - топлива 20 %
обогащения.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 9
93
УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
Второй важной проблемой низкообогащенного дисперсного ядерного
топлива является наработка плутония. Низкообогащенное топливо содержит в своем составе менее 20 % изотопа U235, остальное – изотоп U238;
следовательно, наработка плутония при использовании такого топлива
будет возрастать. Количество плутония и других элементов представлено
в табл. 1.
Таблица 1
Концентрация некоторых элементов в ТВС ИРТ-4М при выгорании
42МВт∙сут/кгU
Топливо
Содержание элемента, г/кгU
Pu
Am
Np
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
1,96
3,4∙10-5
0,22
0,58
0,53
2,08
0,93
4,82
2,13
5,7∙10-5
0,25
0,59
0,55
2,11
0,97
4,99
Mo
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Ce
UO2
3,23
0,59
0,37
6,46
2,87
2,21
1,59
4,76
U-Mo
3,32
0,63
0,39
6,72
2,99
2,23
1,68
4,81
Pr
Nd
Tc
Ru
Rh
Pd
Pm
Sm
UO2
1,04
3,42
0,95
2,43
0,18
0,20
0,38
0,47
U-Mo
1,11
3,64
1,00
2,56
0,19
0,27
0,41
0,50
UO2
U-Mo
Полученные результаты были использованы при создании модельного
U-Mo - и UO2 -топлива, содержащего имитаторы продуктов деления. Количество ИПД, вводимых в модельное ядерное топливо, соответствует
содержанию элементов, представленных в табл.1. На основании аналогии
химических свойств некоторых продуктов деления, они объединялись в
группы, например, Pu, Np, Am, Cе – заменялись эквивалентным количеством Cе.
Разработана технология изготовления модельного UO2 - и U-Mo - топлива.
94
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 9