Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
2. В активной зоне реакторов на быстрых нейтронах выделяется около 85 % всей энергии деления нуклидов, а ~15% приходится на зоны воспроизводства. При большой глубине выгорания в твэлах активной зоны накапливаются продукты деления высокой удельной плотности. Коэффициент воспроизводства плутония в активной зоне (KBA) близок к единице. Таким образом, в выгружаемых из активной зоны TBC с очень высокой радиоактивностью будет содержаться почти столько же делящихся нуклидов, сколько и до облучения. При этом по условиям сокращения периода удвоения плутониевого топлива такие стадии ЯТЦ, как выдержка TBC в бассейне, химическая переработка и рецикл наработанного и извлеченного плутония, изготовление из него нового топлива, должны быть осуществлены за очень короткое время. Поэтому время нахождения топлива вне реактора принято называть временем внешней части ЯТЦ (Тм).
В зависимости от принятых темпов и масштабов развития реакторов-размножителей на быстрых нейтронах оптимальное нремя внешней части ЯТЦ не превышает 1 года. Это услоние требует новых подходов и технических решений по всем стадиям ЯТЦ реакторов на быстрых нейтронах.
3. Производство плутониевого топлива для быстрых реакторов на начальном этапе развития ядерной энергетики н значительной мере будет базироваться на плутонии, полученном при переработке отработавшего топлива реакторов на тепловых нейтронах. Нуклидный состав этого рециклованного топлива непостоя-
бассейн отработавших TBC активной зоны
Бассейн отработавших
TBC радиальной зоны воспроиздоВстви
Отрезка ' торце б ой зоны воспроизводства
Химическая переработка
TBC радиальной зоны даспроиз-^ Вадства и торцевой, зоны
TBC актидной зоны
Раваохимический завод
Pu IPu
Регенерированный уран от активной зоны*.
T-*—
Фториро-
Прародный U
вание U
Рис. 5.15. Схема топливного цикла реакторов на быстрых нейтронах
ней, и потребуется соответствующая корректировка в ходе производства из него TBC для активных, зон реакторов на быстрых нейтронах, что усложнит технологию ЯТЦ.
4. Топливо активной зоны реакторов на тепловых нейтронах окружено в осевом и радиальном направлениях зонами воспроизводства. Сердечники твэлов зоны воспроизводства изготовляются из воспроизводящего материала (в металлической или иной форме), каким является обедненный отвальный уран*, содержащий 99,7—99,8.% 238U. Назначение зоны воспроизводства — производить плутоний в результате захвата избыточных нейтронов, вылетающих из активной зоны, воспроизводящими нуклидами. Таким образом, отвальный уран в зоне воспроизводства выполняет роль сырьевой базы для наработки плутония.
Обычно топливо торцевых зон воспроизводства (их называют также торцевыми экранами) размещают в единой оболочке с твэлами активной зоны, располагая их по концам твэла на длине 300—400 мм.
Радиальная (боковая) зона воспроизводства формируется специальными
* Может быть эффективно применен и природный торий (232Th) для наработки 233U.
сборками и твэлами. Поскольку сборки радиальной зоны воспроизводства менее энергонапряженны, диаметр стержневых твэлов более чем в 2 раза может превышать диаметр твэла активной зоны. Компоновка TBC радиальной зоны воспроизводства обычно предусматривает их передвижку, перемещение из внешнего ряда во внутренний и, наоборот, для выравнивания накопления плутония.
На радиохимическом заводе экранные концы твэлов активной зоны отрезаются от активной части и передаются для раздельной переработки вместе с TBC радиальной зоны воспроизводства, имеющими одинаковый нуклидный состав.
Таким образом, торцевая зона воспроизводства находится в реакторе такое же время, как и TBC активной зоны, и перегружается вместе с ней. Радиальная зона воспроизводства находится в реакторе более продолжительное время (более 1 года) до оптимального накопления в твэлах плутония. Применяется перестановка этих TBC из внешнего ряда во внутренний для увеличения КВ. В зонах воспроизводства (торцовой и радиальной) происходит не только накопление делящихся нуклидов, но и частичное их деление, сопровождающееся значительным тепловыделением, что требует для отвода тепла соответствующей прокачки теплоносителя. Тепловыделение в зоне воспроизводства составляет примерно 15 % общей тепловой мощности. Накопление плутония в твэлах зоны воспроизводства может быть значительным (до 50 кг/т), такое содержание плутония эквивалентно урану 5 %-ного обогащения. Экранный твэл с таким содержанием делящихся нуклидов будет достаточно энергонапряженным и, по существу, должен удовлетворять тем же требованиям, какие предъявляются к гвэлам активной зоны.
Для ЯТЦ реакторов на быстрых нейтронах важнейшее значение имеет отработка химической технологии наиболее глубокого извлечения плутония при переработке топлива зон воспроизводства, а также снижение его безвозвратных потерь на всех переделах до 1% и менее (т. е. ^10 кг на 1 т введенного в цикл топлива).
В реакторах на быстрых нейтронах существующих типов TBC активной зоны (а вместе с ними и торцевая зона воспроизводства) перегружаются частями с установленной периодичностью. Интервалы между перегрузками определяются фактической энергонапряженностью, допустимой максимальной глубиной выгорания топлива в самых напряженных твэлах или предельной концентрацией (ПД) с учетом объемной неравномерности поля энерговыделения.
