Стартовая >> Архив >> Генерация >> Реакторы-размножители на быстрых нейтронах

Конструкция твэла - Реакторы-размножители на быстрых нейтронах

Оглавление
Реакторы-размножители на быстрых нейтронах
Воспроизводство и роль быстрых реакторов-размножителей
Физические принципы воспроизводства
Роль воспроизводства в оценках энергетических ресурсов
Программы исследования быстрых реакторов
Принципы конструирования
Механическая конструкция и система теплопередачи
Выбор материалов и параметров активной зоны
Экономический анализ
Обращение с топливом
Выгорание топлива
Уравнения выгорания
Время удвоения
Численные результаты анализа топливного цикла реактора с жидкометаллическим теплоносителем
Конструкции твэла и сборки
Перестройка топлива
Выделение газа из топлива и длина газовой полости
Критерий повреждаемости и анализ прочности твэла
Конструкция тепловыделяющей сборки
Другие сборки
Поведение совокупности сборок
Факторы перегрева
Материалы активной зоны
Топливо на основе урана
Топливо, содержащее торий
Общее сравнение топлива
Оболочка и чехол
Материалы оболочки
Теплоноситель
Совместимость с оболочкой
Сравнение различных теплоносителей
Органы управления
Основное оборудование теплоотводящих контуров реакторов
Регулирование параметров технологической схемы АЭС
Основное оборудование натриевых контуров
Натриевые насосы
Парогенераторы
Нейтронная защита
Защита оборудования теплоотводящих контуров в реакторе петлевого типа
Система транспортировки тепловыделяющих сборок
Измерительные системы
Контроль герметичности оболочек твэлов, течей
Вспомогательные системы
Общие вопросы безопасности реакторов БН
Многоступенчатая защита как концепция безопасности
Развитие методов исследования аварийных режимов
Оценка риска и методы исследования аварийных режимов
Контролируемые переходные процессы
ффективность системы аварийной защиты АЭС
Некоторые параметры, характеризующие состояние реактора в аварийных режимах
Вопросы надежности
Надежность системы аварийного расхолаживания реактора
Распространение локальных повреждений твэлов
Переходные процессы в объеме активной зоны
Другие аварийные режимы
Неконтролируемые аварийные режимы
Уравнения сохранения
Аварийные режимы с повышением мощности реактора
Разрушение твэлов
Прочие факторы
Аварийный режим с ухудшением условий теплоотвода
Неконтролируемый аварийный режим, связанный с прекращением циркуляции теплоносителя
Нарушение герметичности трубопроводов
Переходная стадия
Переходная стадия - расчет
Разрушение активной зоны
Защитная оболочка
Процесс расширения топлива
Взаимодействие расплавленного топлива с теплоносителем
Взрыв паров
Деформация элементов конструкции реактора
Охлаждение реактора после аварии
Аварийная разгерметизация бака реактора
Натриевые пожары
Конструкции защитных оболочек и локализующих систем
Конструкция быстрых реакторов с газовым охлаждением
Системы реактора
Конструкция активной зоны
Конструкция твэла
Безопасность газоохлаждаемых быстрых реакторов
Контролируемые аварии
Неконтролируемые аварии
Защитное окружение быстрых реакторов с газовым охлаждением
Сравнение гомогенного и гетерогенного проектных вариантов быстрого реактора CRBRP
Ядерная энергетика и быстрые реакторы

Конструкция твэла в быстрый реактор-размножитель с газовым охлаждением такая же, как в реакторе БН, за исключением негладкой поверхности оболочки и устройства для выравнивания давления.
Ребрение поверхности твэла в активной части приводит к усилению теплопередачи, что использовалось в тепловых газоохлаждаемых реакторах. Поскольку мощность, требуемая на прокачку гелия, при этом растет, необходим критерий, позволяющий установить компромисс между выигрышем в теплосъеме и дополнительными затратами мощности. Таковым может служить индекс качества теплосъема I = St3/f, где St — число Стантона 1см. формулу (17.1)]; / — коэффициент трения. Этот индекс пропорционален отношению тепловой мощности к мощности прокачки, поэтому желательно его максимизировать.
Типичная негладкость, создаваемая двухмерным рельефом поверхности твэла, приводит к увеличению числа Стантона в 2 раза и коэффициента трения в 4 раза по сравнению с условием гладкого твэла [1]. Следовательно, индекс качества теплосъема возрастает в 2 раза. Предлагались варианты трехмерного рельефа поверхности,при которых расчетный индекс качества возрастает в 4 раза [2].
Негладкая (ребристая) поверхность не только улучшает теплопередачу, но также выравнивает температурное поле твэлов и дистанционирующих решеток, т. е. приводит к более однородному распуханию металла.
Изучались различные способы создания негладкой поверхности, оптимальные с точки зрения падения давления и появления горячих точек. Предпочтение было отдано ребристой поверхности, показанной на рис. 17.10. Характеристики поверхности задаются высотой и шириной ребер и расстоянием между ними. Корреляционные теплофизические формулы для такой поверхности обсуждаются в следующем параграфе.


Рис. 17.10. Распределение температуры вдоль твэла: а — распределение температуры в теплоносителе (сплошная кривая) и в оболочке твэла (штриховая); б — общий вид твэла, 1 — нижний наконечник; 2 — ловушка газообразных продуктов деления; 3 —таблетки нижней зоны воспроизводства; 4 — топливные таблетки активной зоны; 5 — таблетки верхней зоны воспроизводства, 6 — прижимная пружина; 7 — верхний наконечник (вверчу показан участок ребристой поверхности твэла)
Рис. 17.11. Схема выравнивания давления в твэлах и в реакторе: 1 — опорная плита; 2 — отвод газообразных продуктов деления; 3 — тепловыделяющая сборка, 4 — петля первою контура; 5 —линия вентилирования; 6 — парогенератор; 7 — газодувка, 3 — система очистки гелия

Давления внутри твэлов и в активной зоне выравниваются путем вентилирования твэлов с использованием системы ловушек газообразных продуктов и очистки гелия (рис. 17.11). Благодаря этому осуществляется разгрузка твэлов от напряжений, вызванных давлением внутренних газов. Одновременно ограничивается попадание радиоактивных веществ в теплоноситель и облегчается поиск дефектных твэлов. Последний основан на регистрации атомов от различных групп сборок. Отпадает необходимость в газовой полости, имеющейся в твэлах реакторов БН*. Вентилируемые твэлы имеют то важное преимущество, что в них устранена причина разрушения оболочки за счет внутреннего давления газов.

Г. ТИПИЧНЫЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БР С ГЕЛИЕВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

В табл. 17.4 и 17.5 приводятся типичные рабочие характеристики сборки БР с гелиевым охлаждением Общая потеря давления теплоносителя составляет лишь 0,29 МПа, что заметно меньше, чем для сборки реактора с жидкометаллическим теплоносителем. Из табл. 17.5 следует, что около половины потерь давления вызвано негладкостью поверхности твэлов. Хотя общая потеря давления меньше в случае гелиевого теплоносителя, мощность на его прокачку требуется в 4 раза больше, чем на прокачку натрия в реакторе БН (см. § 11.4).
Сборки боковой зоны воспроизводства в газоохлаждаемых БР из-за относительно низкой мощности заполняются твэлами с гладкой поверхностью. Кроме того, отношение шага к диаметру PID выбирается уменьшенным, и в качестве дистанционирующего устройства служит проволочная навивка. Число Рейнольдса также невелико. Однако остаточное тепловыделение в зоне воспроизводства значительное благодаря нагреву при поглощении γ-квантов. Требования к теплосъему в боковой зоне воспроизводства также повышены при работе на мощности.

Таблица 17.4. Характеристики тепловыделяющей сборки с гелиевым охлаждением


Потери давления, МПа

0,29

Входная температура гелия, °С

298

Выходная температура гелия, °С

530

Максимальная температура оболочки, °С

750

Максимальная линейная тепловая на1рузка, кВт/м

41,0

Радиальный коэффициент неравномерности

1,25

Аксиальный коэффициент неравномерности

1,21

Средняя мощность сборки, МВт

5,34

Средний поток в сборке, кг/с

5,00

Среднее число Рейнольдса

105

Скорость потока, м/с

70

Максимальный флюенс, нейтр/см2 (E>0,1 МэВ)

2,3-1023

Максимальная глубина выгорания, %

10

Таблица 17.5. Относительные составляющие потери давления гелия в тепловыделяющей сборке


Участок

Потери. %

Вход

8,3

Нижняя зона воспроизводства

4,8

Активная зона (грубая поверхность)

44,0

Верхняя активная зона

7,0

Дистанционирующие решетки

22,6

Участок ускорения

2,1

Выход

11,2

НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Малая плотность теплоносителя и увеличенные зазоры между твэлами приводят к особенностям в физических характеристиках газоохлаждаемых быстрых реакторов. Прежде всего отметим жесткий спектр нейтронов (см. рис. 17.1) и их большую утечку из активной зоны. Из-за малой доли низко энергетичных нейтронов роль резонансного поглощения мала, вследствие чего доплеровский коэффициент в газоохлаждаемых быстрых реакторов примерно вдвое меньше, чем в реакторах БН.
Для расчета нейтронно-физических характеристик газоохлаждаемых быстрых реакторов используются методы и программы, развитые для анализа реакторов БП. Однако появляется необходимость учета прострела нейтронов по зазорам между газоохлаждаемыми твэлами. Иногда это делается введением поправки в kэф. Для расчета коэффициентов реактивности следует использовать усовершенствованные диффузионные методы. Более строгий учет эффектов прострела делается в рамках кинетических методов и методов Монте- Карло.
Существующие проекты БР с гелиевым охлаждением основаны на схемах топливного цикла, разработанных для реакторов БН. Например, полное обновление активной зоны происходит после трех перегрузок. Интервал между перегрузками выбирается равным 1 году. Для выравнивания поля энерговыделения активная зона разбивается на несколько подзон (вплоть до четырех) разного обогащения. Благодаря этому коэффициент радиальной неравномерности получается достаточно низким (около 1,20).
Как отмечалось в § 17.4, в конструкциях сборки предусматривается индивидуальная регулировка скорости прокачки гелия. Благодаря этому можно добиться одинакового подогрева теплоносителя по всей активной зоне в каждом цикле.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ

  1. Каковы преимущества газоохлаждаемых быстрых реакторов?
  2. а) Каково рабочее давление гелия?

б)           Почему необходимо давление в газоохлаждаемых быстрых реакторов в отличие от реакторов БН?
в)           В чем заключается достоинство конструкции газоохлаждаемого быстрого реактора в железобетонном корпусе?

  1. а) Обсудите существенные различия в системах теплопередачи газоохлаждаемых быстрых реакторов и реакторов БН.

б) Как влияют эти различия на тепловую эффективность АЭС?

  1. а) Опишите дополнительные системы охлаждения.

б) При каких условиях работает система охлаждения на естественной конвекции?

  1. Почему топливная решетка в газоохлаждаемых быстрых реакторов менее плотная, чем в реакторах БН?
  2. а) Почему и как предусматривается негладкая поверхность газоохлаждаемых твэлов?

б) Объясните смысл индекса качества 1.

  1. Сравните значения числа Рейнольдса, скорости теплоносителя и максимальной линейной тепловой нагрузки в табл. 17.4 с аналогичными данными для реакторов БН.
  2. Почему для корреляции теплофизических данных газоохлаждаемых быстрых реакторов используется число Стантона, а для данных реактора с жидкометаллическим теплоносителем — число Пекле?
  3. Почему спектр нейтронов жестче в газоохлаждаемых быстрых реакторов, чем в реакторах БН?


 
« Расчетная обеспеченность работы гидроэлектростанции   Режим системы охлаждения генераторов на теплофикационных энергоблоках 250 МВт »
электрические сети