Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Наконец, появление в топливе ядер новых нуклидов сильно меняет не только структуру топлива, но и его состав и физико-химические свойства. Происходит, по существу, интенсивное и непрерывное во времени «легирование» топлива, работающего в реакторе, продуктами деления и радиоактивного распада. Наряду с этими процессами длительное радиационное воздействие на материал оболочки твэлов вызывает ее охрупчивание и снижение пластичности. Важнейшее влияние на надежность твэлов оказы-
вает скорость ползучести, которая определяет пластическую деформацию топлива и оболочки во времени.
Вопрос о достижимых глубинах выгорания и о влиянии неравномерности энерговыделения на экономичность и надежность твэлов тесно связан с особенностями поведения различных видов топливных композиций (металл, оксид, карбид и т. п.).
Для оксидного уранового топлива при хорошо сконструированном твэле (разумно выбранной начальной пористости, наличии компенсационных объемов и полостей, достаточной прочности оболочки) в настоящее время убедительно показана возможность достижения глубины выгорания 100 кг/т и выше. Сказанное относится к реакторам на тепловых и быстрых нейтронах, использующим оксид урана: в первых наиболее освоены в настоящее время средние значения глубины выгорания 30—42 кг/т, во вторых— 70—120 кг/т. Достижение более высоких значений средней глубины выгорания ограничивается пока недостаточной стойкостью материалов оболочек твэлов и пэлов, кожухов TBC (радиационное распухание, охрупчивание, ползучесть).
4.4. ЭНЕРГОНАПРЯЖЕННОСТЬ, ГЛУБИНА ВЫГОРАНИЯ
И КАМПАНИЯ ТОПЛИВА В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ. НАЧАЛЬНАЯ ЗАГРУЗКА АКТИВНОЙ ЗОНЫ И ПОТРЕБНОСТЬ В ЯДЕРНОМ ТОПЛИВЕ НА ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ АЭС
Важнейшим параметром, характеризующим любой ядерный реактор и определяющим интенсивность «сжигания» в нем ядерного топлива, компактность и габариты активной зоны, является средняя массовая энергонапряженность топливной загрузки /,
т. е. средняя тепловая мощность, выделяемая в единице массы топлива, размещенного в активной зоне, МВт/т или кВт/т:
где Gqx — полная топливная загрузка активной зоны реактора. Очевидно, что чем выше принятое в проекте реактора значение /, тем меньше требуемая топливная загрузка реактора, обеспечивающая его проектную тепловую мощность.
Время, необходимое для достижения проектной средней глубины выгорания (В или а) топливной загрузки при работе на номинальной проектной мощности NT, называется эффективной кампанией топлива ТЭф. Оно измеряется в «эффективных сутках» или «эффективных часах» работы реактора на номинальной проектной мощности. ТЭф — важнейший показатель, характеризующий энергетический ресурс активной зоны при работе ее с энергонапряженностью /. Так как
то 7\,ф=.В//. (Если [В] == МВт-сут/т, то соответственно [J] = =МВт/т и [7\,ф]=сут.)
J=Nr/G0x,
(4.4)
В=/7'эф,
(4.5)
Очевидно, что для достижения любой заданной глубины выгорания В справедливо соотношение
В=/Т*р, (4.6)
где / — фактическая средняя энергонапряженность топлива, при которой работает реактор; Тк— календарное время, сут; ф — средний коэффициент нагрузки за время Тк:
ТЛ=В I (Jy) =а/(k/у). (4.7)
«Эффективная» кампания топлива в реакторах различных типов колеблется от 0,5 года до 3—4 лет, чему соответствует календарное время работы твэлов в реакторе от нескольких месяцев до 7—8 лет в зависимости от фактической энергонапряженности и коэффициента нагрузки.
В установившемся режиме работы для однозонного реактора годовая потребность в топливе Gx, полная загрузка в реактор G0x и «эффективная» кампания топлива ТЭф связаны следующими соотношениями:
T Эф= G0xB/NT, или G0x=AZtTWB=NtT1^/В. (4.8)
Формулу (4.8) можно выразить также через установленную электрическую мощность Л/Эбр:
G0x=N^TJtI[IfVB) =Д/э6р7эФ/(т,6р5). (4.9)
В многозонных реакторах, в которых применяется топливо различного обогащения, соотношение (4.8) справедливо для каждой t'-й зоны топлива. Оно может быть использовано для каждого отдельного технологического канала или TBC активной зоны, если известны и могут быть учтены для каждой отдельной TBC входящие в выражение (4.8) параметры. Тогда
ТІф = GlWlK = В'/Ґ = Tlk?, (4.10)
где NT' — тепловая мощность зоны одинакового обогащения или отдельного канала, сборки; G0x — загрузка топлива в канал, сборку с соответствующим начальным обогащением; В1 — достижимая по условиям работы в реакторе средняя глубина выгорания топлива по каналу, сборке; /»— энергонапряженность топлива в канале, сборке в месте их установки в реактор.
Средние по отдельным зонам и по реактору в целом характеристики в этом случае могут быть получены суммированием и усреднением по всем ТВС. Поскольку они различаются по обогащению и соответственно имеют различную стоимость, расчеты технико-экономических показателей топливного цикла предпочтительно вести дифференцированно (поканально), несмотря на громоздкость. Такие расчеты целесообразны лишь при наличии ис-
ходных данных приемлемой достоверности по каждому каналу или сборке.
