Статья опубликована в рамках: XXIV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 03 июля 2017 г.)

Наука: Физика

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Булгаков Н.В. РАСЧЁТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВА ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ НА ОСНОВЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. XXIV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 13(24). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/13(24).pdf (дата обращения: 17.10.2019)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

РАСЧЁТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВА ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ НА ОСНОВЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Булгаков Никита Владимирович

студент, кафедра «Физика», МГТУ им. Н.Э. Баумана,

РФ, г. Москва

Научный руководитель Окунев Вячеслав Сергеевич

доц. кафедры «Ядерные реакторы и установки» МГТУ им. Н.Э. Баумана,

РФ, г. Москва

  1. Введение

Население планеты неукоснительно растет, в связи с этим будет повышаться и потребление энергии в мире. Компенсировать нехватку энергии можно с помощью атомной энергетики, наращивая мощности уже имеющихся станций и разрабатывая новые поколения реакторов.

В ядерных реакторах традиционно используется . Данное топливо обладает целым рядом полезных свойств, но также имеет и некоторые существенные недостатки:

  • малое значение коэффициента теплопроводности
  • высокое содержание лёгких элементов
  • невысокие прочностные свойства

Для этого было предложено использовать  с добавлением нанодобавок. Получение данного вида топлива заключается в добавлении к исходному мелкодисперсному  нанодисперсного H3U, тщательном перемешивании и высушивании в вакууме при температуре  с последующем прессованием в таблетки. Далее происходит спекание таблеток в динамическом вакууме при температуре  [4, с. 2].

Технические результат – повышение количества делящегося материала, повышение прочностных характеристик, увеличение теплопроводных свойств.

  1. Расчётные исследования

Для расчётов была использована программа WIMS-D4 (Winfrith Improved Multigroup Scheme, версии D4), предназначенная для нейтронно-физического расчёта ячеек ядерных реакторов различного типа с использованием метода дискретных ординат [2 с. 74, 5, с. 37].

В расчётах рассматривался реактор ВВЭР-1200 [3].

  1. Коэффициент размножения нейтронов в бесконечной решетки твэл

На рисунке 1 представлена зависимость  от времени работы реактора для топлива на основе  и обычного .

Рисунок 1. Изменение коэффициента размножения нейтроновв бесконечной решётке твэл от времени

 

Точность модели не позволяет выявить явные преимущества топлива с добавлением нанодобавок с точки зрения увеличения компании (для двух видом топлива время одной компании 34 месяца).

Это вызвано не учётом эффектов затенения твэл, а также рассматривается решётка твэл, а не ТВС.

Также было получен коэффициент реактивности равный  (саморегулируемый реактор).

  1. Изменение нуклидного состава топлива во время работы реактора

 

Рисунок 2. Изменение концентрации урана-238

 

В процессе работы реактора концентрация урана-238 уменьшается (рисунок 2). Это связано с переходом урана-238 в плутоний-239:

Качественных отличий в поведении концентраций нет, но в топливо с добавлением нанодобавок концентрация тяжёлого метаериала выше.

 

Рисунок 3. Изменение концентрации урана-235

 

В процессе работы реактора концентрация урана-235 уменьшается (рисунок 3).

Качественных отличий в поведении концентраций нет, но топливо с добавлением нанодобавок концентрация тяжёлого материала выше.

 

Рисунок 4. Изменение концентрации плутония-239

 

При использовании топлива с нанодобавками доля тяжёлого материал выше, а доля лёгкого материала ниже. В результате замедление нейтронов менее эффективно (за счёт упругого рассеяния на лёгких ядрах). Число нейтронов на деление выше, что ведёт к более высокому коэффициенту воспроизводства вторичного горючего (рисунок 4) в активной зоне.

  1. Зависимость коэффициента размножения нейтронов в бесконечной решётке твэл от шага решётки

 

Рисунок 5. Зависимость коэффициента размножения нейтронов в бесконечной решётке твэл от шага решётки

 

При переходе на топливо с большим материалом деления и меньшим материалом ядер замедления максимум коэффициента размножения смещается вправо (рисунок 5). Это связано с необходимостью увеличения доли замедлителя в активной зоне по сравнению с реактором с традиционным .

Коэффициент размножения нейтронов выше за счёт увеличения количества быстрых нейтроно.

  1. Заключение

Исходя из полученных результатов расчёта ВВЭР-1200 с новым топливом можно сделать вывод, что мощность реактора увеличивается [1, с. 141]. Это происходит за счёт увеличения макросечения делящегося элемента (уран-235). Также увеличилась выработка вторичного горючего.

Таким образом, новое топливо обладает рядом преимуществ перед традиционным  и может быть использовано в существующих реакторах. Полученные данные могут быть использованы при проектировки реакторов нового поколения.

 

Список литературы:

  1. Ганев И. Х., Доллежаль Н. А. Физика и расчет реактора //Учебное пособие для вузов. М. – 1992.
  2. Окунев В.С. Нейтронно-физический расчёт решётки ядерного реактора на основе газокинетической теории переноса: учеб. пособие / В.С. Окунев, И.С. Лисицын; под ред. В.И. Солонина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 145 c.: ил.
  3. ОКБ «Гидропресс» — разработчик атомных реакторов [электронный ресурс] Официальный сайт: http://www.gidropress.podolsk.ru/, свободный.
  4. Способ получения таблеток ядерного топлива на основе диоксида урана. Патент на изобретение №2459289 // Фёдоров Ю.С., Бураков Б.Е., Гарбузов В.М. и др. Заявка 2011125574/07 от 21.06.2011.
  5. Наймушин А. Г., Чертков Ю. Б. Сборник практических работ по курсу: Инженерные расчеты и проектирование ЯЭУ //Томск.: НИ ТПУ. – 2012.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий