ОСОБЕННОСТИ НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АКТИВНОЙ ЗОНЫ ВВЭР-1000
Размеры активной зоны ВВЭР-1000 существенно превышают размеры активной зоны ВВЭР-440. Топливные кассеты укрупнены по сравнению с ТВС ВВЭР-440 и содержат по 317 твэлов, размещенных с несколько большим шагом решетки. Основные конструкционные параметры активной зоны, кассет и твэлов приведены ниже.
Основные конструкционные характеристики активной зоны ВВЭР-1000
Эквивалентный радиус активной зоны— 156,0 см Высота активной зоны (рабочее состояние) — 355,0 см Объем активной зоны — 27,0 м3
Отношение площади замедлителя к площади топлива в поперечном сечении активной зоны — 2,00
Размер кассеты «под ключ» — 238 мм Шаг расположения кассет — 241 мм
Толщина стенки кассет—1,5 мм (с перфорацией 25% поверхности)
Высота кассеты с пучком регулирующих стержней или СВП—4665 мм Число твэлов в кассете — 317 шт.
Шаг размещения твэлов—12,75 мм
Число направляющих каналов для стержней регулирования— 12 шт.
Число каналов для датчиков замера энерговыделений — 1 шт.
Размеры направляющих каналов и канала для датчика замера энерговыделения— 12,6x0,85 мм
Размеры центральной трубки —10,3 х 0,65 мм
Материал направляющих каналов, канала для замера энерговыделения и центральной трубки — циркониевый сплав
Характеристики твэлов кассет ВВЭР-1000
Размеры оболочки твэлов — 9,1 х0,69 мм Материал оболочки твэлов — циркониевый сплав Диаметр топливной таблетки — 7,6 мм Диаметр осевого отверстия в топливной таблетке— 1,4 мм Материал таблетки — 1Ю2 Обогащение топлива подпитки, %: в двухлетнем цикле — 3,3 в трехлетием цикле — 4,4 Масса загрузки UO2 в одном твэле— 1575 г
Характеристики регулирующего стержня и стержней с выгорающим поглотителем (СВП)
Размеры оболочки регулирующего стержня и СВП — 8,2 х 0,6 мм
Материал оболочки — нержавеющая сталь
Диаметр сердечника регулирующего стержня и СВП — 7 мм
Материал сердечника регулирующего стержня — Еu2O3+алюминиевый сплав
Материал сердечника СВП — бор в циркониевой матрице
Концентрация естественного бора в материале СВП— 1%
Достижение заданной глубины выгорания топлива при допустимых удельных тепловых нагрузках целиком определяется продолжительностью пребывания твэлов в активной зоне. Трехлетний срок эксплуатации твэлов является освоенным для ВВЭР-440. Продолжительность кампании три года принята и для основного режима перегрузок топлива в ВВЭР-1000. Вследствие высоких удельных нагрузок в активной зоне этого реактора в указанном режиме достигается средняя расчетная глубина выгорания 39 800 МВт-сут/т U, что примерно на 30% больше освоенной средней глубины выгорания топлива в ВВЭР-440. Для первых загрузок активной зоны первого ВВЭР-1000 использовался режим с продолжительностью кампании 2 года. При этом глубина выгорания топлива составила 26 500 МВт-сут/т U и не превысила освоенных пределов.
После экспериментального исследования части твэлов, выдерживаемых в реакторе до выгорания 45 000 МВт-сут/т U, осуществляется перевод реактора ВВЭР-1000 на трехлетнюю кампанию; при этом топливная составляющая электроэнергии снижается (по расчету) примерно на 15% по сравнению с двухлетним циклом. Обогащение топлива подпитки составляет 3,3% (в двухлетнем цикле) и 4,4% (в трехлетием цикле).
Предусматривается профилирование свойств твэлов по сечению кассеты, поскольку увеличение обогащения и размеров кассет ВВЭР-1000 приводит к повышению неравномерности тепловыделения в ней. Так, в кассете с топливом 4,4%-ного обогащения коэффициент неравномерности для твэлов равен 1,22.
Рис. 2.10. Картограмма первой топливной загрузки активной зоны ВВЭР-1000 V блока НВАЭС кассетами с различным обогащением топлива (три перегрузки за кампанию) для трехлетнего цикла выгорания
Рис. 2.11. Картограмма первой топливной загрузки активной зоны ВВЭР-1000 V блока НВАЭС кассетами с различным обогащением топлива (две перегрузки за кампанию) для двухлетнего цикла выгорания
Размещение в периферийном ряду и в угловых местах следующего ряда твэлов с ураном пониженного обогащения (3,6%) снижает коэффициент неравномерности до 1,16.
В 109 кассетах имеются подвижные регулирующие стержни (кластеры), которые предназначены (по аналогии со стержнями СУЗ ВВЭР-440): а) для обеспечения быстрого прекращения ядерной реакции; б) для автоматического регулирования в целях поддержания мощности реактора на заданном уровне или перевода его с одного уровня мощности на другой; в) для компенсации быстрых изменений реактивности перемещением их в активной зоне.
Для варианта активной зоны с трехлетней кампанией в 42 периферийных кассетах устанавливаются стержни с выгорающим поглотителем (по массе 1% естественного бора) — СВП.
Стержни СВП предназначены для снижения размножающих свойств у периферийных кассет с обогащением топлива 4,4% в начале кампании.
Активная зона для трехлетнего цикла скомпонована из кассет с обогащением топлива 2% (54 шт.), 3% с профилированием энерговыделения твэлами с обогащением 2,4% (54 шт.), 4,4%+ 12 СВП с профилированием энерговыделения твэлами с обогащением 3,6% (13 шт.), 4,4%+ 12 СВП (30 шт.) (рис. 2.10). При перегрузках топлива осуществляется перестановка кассет в активной зоне по определенной схеме, при этом СВП из кассет с начальным обогащением 4,4% извлекаются.
Основные характеристики работы ВВЭР-1000 в трехлетием цикле:
средняя глубина выгорания между перегрузками — 10,9— 13,8 х 103 МВтсут/т U (при длительности работы 240 — 300 эф. суток);
максимальные коэффициенты неравномерности мощности кассет k/makc= 1,29 -1,35;
начальная концентрация бора в теплоносителе 1-го контура Св= 1,39н-1,80 г В/кг Н2O.
Активная зона для двухлетнего цикла скомпонована из кассет с обогащением топлива 2% (78 шт.), 3% с профилированием энерговыделения твэлами с обогащением 2,4% (30 шт.), 3,3% с профилированием энерговыделения твэлами с обогащением 2,4 и 3% (13 шт.), 3,3% (30 шт.) (рис. 2.11).
Основные характеристики работы при двухлетнем цикле:
средняя глубина выгорания между перегрузками —11,3 — 13,35 х 103 МВтсут/т U (при длительности работы 250 — 290 эф. сут);
максимальный коэффициент неравномерности мощности кассет кмакс= 1,31 -1,37;
начальная концентрация бора в теплоносителе 1-го контура c.в= 1,15ч-1,45 г В/кг Н2О.
При профилировании энерговыделения в периферийном ряду ячеек и в угловых ячейках следующего ряда устанавливаются твэлы пониженного обогащения: для кассет с обогащением 3% — твэлы с обогащением 2,4%, а для кассет с обогащением 4,4%— твэлы с обогащением 3,6%. Для кассет с обогащением 3,3% профилирование энерговыделения осуществляется установкой в трех угловых ячейках периферийного ряда и в угловых ячейках следующего ряда твэлов с обогащением 2,4%, а в остальных ячейках периферийного ряда твэлов с обогащением 3%.
Параметры топливной решетки ВВЭР-1000 в эксплуатационных условиях, существенным образом зависят от температуры, отравления 135Хе и 149Sm, уровня мощности, глубины выгорания топлива (табл. 2.2).
Таблица 2.2. Нейтронно-физические характеристики для критических состояний первой топливной загрузки ВВЭР-1000 блоков № 1 ЮУ АЭС и КаАЭС
