Перегрузка топлива реактора

На всех действующих, строящихся и проектируемых АЭС с ВВЭР перегрузка осуществляется при остановленных реакторах и снижении давления в корпусе реактора до атмосферного. Топливо из реактора удаляется только сверху. Существуют два способа перегрузки: "сухая", когда ТВС, удаленные из реактора, перемещаются в зону в герметичном транспортном контейнере, и "мокрая", когда ТВС, удаленные из реактора, перемещаются в зону выдержки по каналам, заполненным водой.

Отличие их заключается в различных способах транспортировки отработавших ТВС от зоны реактора до зоны выдержки, а также в различном перегрузочном оборудовании: в "сухой" перегрузке используют реакторный кран; манипулятор зоны реактора; транспортный контейнер; контейнеропровод и манипулятор зоны выдержки, а в "мокрой" - только реакторный кран и манипулятор. Правда, здесь для мокрой перегрузки указан состав перегрузочного оборудования на вновь строящихся АЭС, на многих действующих АЭС единиц оборудования имеется больше.

На ВВЭР-1000 зона выдержки размещена вблизи зоны реактора. ТВС, извлеченная манипулятором из активной зоны реактора, поступает под слоем воды к шлюзу, соединяющему зону реактора с бассейном выдержки, в котором сборка устанавливается в стеллажи. Затем манипулятор извлекает свежую сборку из стеллажей, расположенных рядом, и перемещает ее по тому же пути к активной зона реактора, но в обратном направлении.

2. Описание топливного цикла (технологических переделов).

Для ВВЭР-1000 используется открытый топливный цикл. Он представлен на рис.4.

Рис.4 Открытый топливный цикл.

1-добыча урановой руды

2-конверсия

3-обогащение

4-производство твэлов и ТВС

5-выгорание в реакторе

6-выдержка в пристанционном бассейне

Добыча урана ведется одним из трех способов: открытый способ, шахтный (закрытый) способ, подземное выщелачивание. Наиболее удобен последний метод ввиду его очевидной простоты и наименее ресурсозатратности.

Конверсия урана – производственный процесс химической переработки U, в ходе которой природный уран в форме порошка – закиси-окиси () переводится в - соединение, легко переходящее в газообразное состояние. Конверсия урана в обусловлено технологической необходимостью – в такой форме уран поступает на обогащение.

Обогащение урана — физический процесс увеличения соотношения содержания изотопа урана к . В настоящий момент является основным ядерным топливом, без него невозможно получение оружейного плутония, использующегося для создания ядерного и термоядерного оружия. Однако, из-за того, что доля изотопа мала, подготовка ядерного топлива обязательно должна включать стадию обогащения урана.

Обогащение урана осуществляется двумя основными методами разделения изотопов: газодиффузионным методом и методом газового центрифугирования. В России, Великобритании, Германии, Нидерландах и Японии применяется метод центрифугирования, при котором газ приводится в очень быстрое вращение и из-за разницы в массе молекул происходит разделение изотопов, которые затем переводятся обратно в металл.

На стадии производства твэлов и ТВС полученное топливо прессуют в таблетки, которые помещают в специальные трубки – твэлы, из которых формируют тепловыделяющие сборки (ТВС). Это производство выполняется, например, на заводе «МСЗ» в г.Электросталь Московской области.

Выгорание в реакторе происходит в течение установленного времени цикла (в нашем случае 3 года).

Выдержка отработавших сборок производится в приреакторном бассейне выдержки. После этого отработавшие ТВС отправляются в пристанционное хранилище или на хранение в специальный могильник.

3. Составление математической модели топливного цикла.

Рис.5 Открытый ЯТЦ.

- количество урана, который циркулирует в топливном цикле на конец кампании.

- удельный расход делящегося материала на единицу выработанной тепловой энергии

- количество осколков делящегося материала на конец кампании

,

,

=4,4% - начальное обогащение, у=0,2%, =0,711% - содержание изотопа

,

, т.к. цикл разомкнутый.

- содержание в топливе делящегося изотопа урана на конец кампании

- доля разделившегося при отсутствии воспроизведения Pu

Тогда количество на конец кампании составит:

,

,

КВ=0,78 – коэффициент воспроизводства, таким образом , и следовательно

4. Расчет массовых потоков.

- содержание по

начальное обогащение

- удельная загрузка свежего делящегося материала в реакторе

- доля потерь материала в топливном цикле

По согласованию с преподавателем:

- время задержки материала на 2-й стадии ЯТЦ

- время задержки материала на 3-й стадии ЯТЦ

- время задержки материала на 4-й стадии ЯТЦ

- функция роста ядерной энергетики.

В соответствии с графиком определили величину =0,02577.

Таким образом получим:

Сведем в таблицу результаты по массовым потокам за 10 лет:

Год	,	,	,	,
				591,9
				609,2
				645,3
				664,1
				683,5
				703,4
				745,1
				766,8

5. Изготовление смешанного оксидного топлива.

В промышленной энергетике использовалось смешанное оксидное топливо (МОХ) главным образом двух типов: топливо в виде и обогащением ниже 6%, которое предназначается для тепловых реакторов (LWR), и топливо в виде с обогащением около 20%, предназначенное для быстрых реакторов (LMFBR). Процесс изготовления топлива в обоих случаях по существу одинаков. Смешанное оксидное топливо формируется в таблетки и заключается в оболочку аналогично топливу из , использующемуся в LWR. На самом деле топливные сборки для LWR и МОХ для LWR визуально не различаются. Для использования в LMFBR диаметр таблеток несколько меньше (около 6 мм) для лучшего теплоотвода, а оболочка – из нержавеющей стали – из экономичности и прочности. Топливные таблетки обычно окружались контактным слоем, обеспечивающим улучшение теплоотвода от топлива к теплоносителю. Соответствующие рабочие параметры, отражающие высокий поток нейтронов (выше ) и плотность энерговыделения (200 кВт/л), воздействующие на топливную сборку, приведены ниже.

Мощность к единице объема, кВт/л……………………………….200

Топливо……………………………………………………..

Состав топлива, %

…………………………………………..17,7

………………………………………………………...23,0

Выгорание, ……………………………………….75000

Максимальный нейтронный поток, …….….

Тепловыделяющие элементы:

Оболочка…………………………………... Нержавеющая сталь

Число сборок…………………………………………………...91

Диаметр (наружный/внутренний), м…………………...…6,3/5,6

Максимальная температура, …………………………………..540

Обычно изготовление сборок смешанного оксидного топлива (МОХ) подобно изготовлению топлива для LWR; основное различие состоит в необходимости перемешивания порошков (см. рис 6). Процесс изготовления топлива обычно является сухим процессом, в котором механически подмешивается и гомогенно распределяется в воздушной среде шаровой мельницы при контролировании равномерности перемешивания по объему. соединяется с требуемым количеством и очищается в повторном цикле , объемно перемешивается, измельчается и просеивается. Органические добавки в виде пор снижают плотность таблетки до 90,5% номинальной теоретической плотности. вместе с добавками доводится до 45-50% ТД, гранулируется и экранируется. Благодаря 0,3%-ной смазке существует объемное V-перемешивание с гранулированием для низкого давления. Таблетки прессуются с использованием гидравлического пресса.

Свежие таблетки загружаются в формочки из молибдена и находятся в нем в течение 2ч в атмосфере Ar + 8% при температуре от 700 до 800 . Далее продукт выдерживается в течение 4ч при температуре 1675 также в атмосфере Ar + 8% .

Следует обратить внимание на соблюдение предосторожности из-за токсичности плутония.

Рис. 6. Блок-схема изготовления МОХ-топлива.

Из-за упомянутых выше проблем методы изготовления топлива, содержащего плутоний намного точнее. Несмотря на эти дополнительные процедуры, изготовление МОХ-топлива вполне обычно. Изготовление смешного керамического компонента полностью зависит от окисления и образования . Это означает, что оксидное топливо должно быть спеченное.

Для достижения соответствующе плотности должны быть проконтролированы три фактора.

1. Исходный порошок. Порошок и , обеспечивающий образование флюоритовой кубической фазы. Конечный контроль площади поверхности порошка и зерен.

2. Температура спекания. Спекание проводится при температуре около 1600 для обеспечения обратной диффузии катионов.

3. Атмосфера. Для того чтобы контролировать окислительно-восстановительные процессы в смеси, используется смешанная атмосфера диоксида урана и водорода.

Уран-плутониевая смесь может быть получена при помощи совместного осаждения урана и плутония из растворов нитратов. Раствор в этой форме кальцинируется.

6. Список литературы

Поиск по сайту: