Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Физико-технический факультет Кафедра теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов Использование эрбия в качестве выгорающего поглотителя в реакторах типа ВВЭР при удлиненных кампаниях Авторы сообщения: Савандер В.И. Самойлов А.А. Москва 2011

Повышение экономической эффективности АЭС с реакторами типа ВВЭР Предполагаемые походы к решению задачи Физический подходЭкономический подход Повышение выгорания выгружаемого топлива Повышение КИУМ: Положительный эффект достигается за счет уменьшения относительного времени простоя под перегрузкой

Особенности ВВЭР при удлиненной кампании - Необходимость повышения надежности оборудования, в том числе твэлов и ТВС - Кампания реактора составляет 1,5 - 2 года - Примерно в 2 раза снижается относительное время остановки для перегрузок - Повышение запаса реактивности на одну кампанию - Снижение выгорания на 10-15%

Способы компенсации избыточной реактивности Жидкостная система компенсации Добавление в замедлитель/теплоноситель раствора борной кислоты. «+» Регулируемая система; не оказывает влияния на распределение энерговыделения «-» Создается большое количество жидких радиоактивных отходов; большое содержание B 10 в теплоносителе оказывает негативное воздействие на коэффициент обратной связи по плотности и температуре теплоносителя Выгорающие поглотители Использование твэгов – 12, 18 или 24 твэла в ТВС с 3%, 5% или 8% массовым содержанием оксида гадолиния в топливных элементах Органы регулирования

Выгорающие поглотители Сильный поглотитель – гадолиний (оксид) Имеет сечение захвата порядка десятков-сотен тысяч барн; размещается в ограниченном числе твэлов; сильно блокированный поглотитель; при большом весовом содержании заметно снижает теплопроводность твэла; довольно быстро выгорает; при удлиненных кампаниях необходимо увеличивать число твэгов в ТВС Общие свойства Нерегулируемая система; не оказывает воздействие на обратные связи по температуре и плотности теплоносителя Слабый поглотитель – эрбий (оксид) Имеет сечение захвата порядка тысяч барн; может размещаться во всех твэлах или в большей их части; оказывает слабое влияние на теплопроводность твэла; не влияет на распределение энерговыделения по ТВС; не полностью выгорает – снижает выгорание топлива

Количественные характеристики Гадолиний Число твэгов в ТВС Среднее выгорание топлива, МВтсут/кг Компенсируемый твэгами запас реактивности Компенсируемый запас реактивности жидкостной системой Доля твэгов в компенсации, % Таблица 1. Выгорающий поглотитель на основе гадолиния (3% / 8%)

Количественные характеристики Эрбий Схема размещения эрбия в ТВС Массовое содержание эрбия Среднее выгорание топлива, МВтсут/кг Компенсируемый запас реактивности эрбием Доля эрбия в компенсации реактивности, % 1:00,450,40,03428,5 1:10,50,546,80,03929,2 1:21,01,045,90,04532,9 Таблица 2. Выгорающий поглотитель на основе эрбия

Количественные характеристики Эрбий Для кампании в 1,5 года при гомогенном размещении эрбия Коэффициент неравномерности Содержание эрбия в топливе, % по массе Без эрбия0,30,50,65 - начало кампании - середина кампании (230 сут) - конец кампании 1,067 1,120 1,132 1,046 1,106 1,122 1,039 1,096 1,114 1,041 1,088 1,109 Таблица 3. Выгорающий поглотитель на основе эрбия

Заключение - При удлиненных кампаниях необходимо увеличивать число твэгов, что приводит к увеличению потвэльного коэффициента неравномерности. Использование эрбия в качестве ВП позволяет снизить неравномерность энерговыделения - Переход на удлиненные кампании длительностью 18 и 24 месяцев сопровождается снижением кратности перегрузок при заданном обогащении. Это приводит к снижению среднего выгорания выгружаемого топлива примерно на 12% и 18% соответственно. - С точки зрения безопасности изменяя содержание эрбия в твэлах можно изменить в положительную сторону коэффициент обратной связи по температуре/плотности теплоносителя

Заключение - Из-за снижения коэффициента неравномерности по ТВС можно компенсировать потери в выгорании за счет подбора режимов перегрузки топлива - При гомогенном размещении эрбия в каждом твэле достаточно небольшого его количества, что не сказывается на теплопроводности твэла, однако снижается среднее выгорание топлива

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Физико-технический факультет Кафедра теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов Использование эрбия в качестве выгорающего поглотителя в реакторах типа ВВЭР при удлиненных кампаниях Авторы сообщения: Савандер В.И. Самойлов А.А. Москва 2011