авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Создание расчетных методов обоснования параметров ир и разработка твс типа ирт-m с низкообогащенным топливом

-- [ Страница 3 ] --

В результате анализа нейтронно-физических параметров этих загрузок реактора получено, что компактные загрузки как из 16, так и из 20 ТВС, имеют существенные преимущества перед загрузками с центральной полостью с тем же числом ТВС по:

  • запасу реактивности (больше соответственно на 2,8% и 2,6% k/k);
  • неравномерности энерговыдеяения по сечению ТВС (меньше на ~ 20%);
  • плотности потока тепловых нейтронов в экспериментальных каналах, установленных в отражателе (больше на ~ 20%);
  • эффективности рабочих органов СУЗ.

Разработаны рекомендации по перегрузкам в равновесной загрузке активной зоны, связанным с заменой наиболее выгоревших ТВС “свежими”. “Свежие” ТВС должны загружаться только в четыре центральные ячейки, как в загрузке из 16, так и из 18 ТВС или 20 ТВС. В ТВС, размещённых в центральных ячейках активной зоны, неравномерность энерговыделения по объёму ТВС в 1,3–1,4 раза меньше, чем в периферийных ячейках. На реакторе ВВР-СМ рекомендовано перемещение ТВС в активной зоне по мере выгорания топлива осуществлять по следующей схеме:

    • две “свежие” ТВС загружаются в центральные ячейки;
    • после достижения в них ~ 20%-го выгорания они перегружаются в периферийные ячейки;
    • для последнего цикла их работы они загружаются в ячейки 5-2 и 4-7;
    • после чего эти ТВС с максимальным выгоранием выгружаются в хранилище отработавших ТВС.

Четвертая глава посвящена созданию ТВС ИРТ-4М с UO2 топливом, обогащенным ураном-235 до 19,7%.

Сотрудники РНЦ “КИ” предложили разработать ТВС типа ИРТ-4М (рис. 8), аналогичную ТВС ИРТ-3М, но отличающуюся от неё шириной межтвэльных зазоров, толщиной твэлов и толщиной их сердечников (таб. 2).

ОАО НЗХК изготовил 4 опытных ТВС ИРТ-4М: две 8-ми трубные и две 6-ти трубные. В соответствии с российской программой снижения обогащения топлива исследовательских и испытательных реакторов в реакторе ВВР-СМ проведены ресурсные испытания 4-х ТВС ИРТ-4М (двух 8-ми трубных и двух 6-ти трубных). В процессе испытаний РНЦ “КИ” осуществлял постоянное научно-техническое сопровождение эксплуатации реактора с опытными ТВС ИРТ-4М.

Расчетный анализ нейтронных параметров загрузок исследовательского реактора ВВР-СМ проведен с использованием разработанного программного комплекса TDD-URAN. По полученным результатам нейтронно-физических расчетов с помощью программы ASTRA были вычислены значения максимальных тепловых потоков, максимальных температур твэлов и запасов до поверхностного кипения как для наиболее теплонапряженной ТВС в активной зоне, так и для всех испытываемых ТВС ИРТ-4М.

При выборе ячеек активной зоны реактора ВВР-СМ для испытаний ТВС ИРТ-4М учитывались, что неравномерность энерговыделения в ТВС,

Рис.8. Поперечные сечения ТВС ИРТ-4М: А – восьмитрубной, В – шеститрубной. 1 – твэлы, 2 – канал, 3 – стержень РО СУЗ, 4 – вытеснитель

расположенных в центральных ячейках активной зоны, в 1,3-1,4 раза меньше, чем в периферийных ячейках. С выгоранием топлива в процессе испытаний мощность ТВС будет уменьшаться. Соответственно будет снижаться и максимальная плотность теплового потока. Поэтому ТВС ИРТ-4М на первом этапе испытаний должны быть размещены в центральных ячейках активной зоны. После достижения в них среднего выгорания топлива (2530)% необходима перестановка ТВС ИРТ-4М в периферийные ячейки активной зоны (второй этап испытаний).

Первые три цикла испытаний ТВС ИРТ-4М проводились в загрузке активной зоны из 16-ти ТВС (рис. 9). Максимальные тепловые потоки на твэлах ТВС ИРТ-4М составляли 530 кВт/м2. Максимальные температуры поверхности оболочек твэлов – 82С.

С загрузкой активной зоны (рис. 10) реактор работал ещё 3 цикла. Максимальные тепловые потоки на твэлах ТВС ИРТ-4М составляли 490 кВт/м2. Максимальные температуры поверхности оболочек твэлов – 80С.

17


Среднее выгорание урана-235 в ТВС ИРТ-4М в конце первого этапа испытаний составило:

  • в 8-ми трубных: №4 – 27,0%; №5 – 27,3%;
  • в 6-ти трубных: №6 – 27,1%; №7 – 26,7%

при максимальнм выгорании 37,2% и 35,8%% соответственно.

После перегрузки 6-ти трубных ТВС ИРТ-4М из центральных ячеек в периферийные (ячейки 3-5 и 6-4) реактор проработал два цикла (7-ой и 8-ой). Максимальные тепловые потоки на твэлах ТВС ИРТ-4М составляли 600 кВт/м2, а максимальные температуры поверхности оболочек твэлов – 83С.

При формировании загрузки активной зоны реактора для 9-го цикла

Рис. 9. Картограмма загрузки актив-ной зоны реактора ВВР-СМ в начале 1-го цикла испытаний ТВС ИРТ-4М Рис. 10. Картограмма загрузки актив-ной зоны реактора ВВР-СМ в начале 4-го цикла испытаний ТВС ИРТ-4М

испытаний 8-ми трубная ТВС №5 была перегружена из ячейки 4-4 в ячейку 3-4.
8-ми трубная ТВС №4 была перегружена из ячейки 5-5 в ячейку 6-5 при формировании загрузки активной зоны для 10-го цикла испытаний. В течение этих циклов испытаний максимальные тепловые потоки на твэлах ТВС ИРТ-4М составляли 500-540 кВт/м2, а максимальные температуры поверхности оболочек твэлов – 80-84С.

При формировании загрузки активной зоны для 11-го цикла испытаний количество ТВС в активной зоне было уменьшено до 16. В течение этого цикла максимальные тепловые потоки на твэлах ТВС ИРТ-4М составляли 620 кВт/м2, а температуры поверхности твэлов достигали 80С.

18

При формировании загрузки активной зоны для 12-го цикла испытаний количество ТВС в активной зоне было снова увеличено до 18. С загрузкой активной зоны из 18 ТВС реактор работал ещё 5 циклов. В течение этих циклов

максимальные тепловые потоки на твэлах ТВС ИРТ-4М составляли ~580 кВт/м2, а температуры поверхности твэлов достигали 80С. Поскольку в конце 15-го цикла испытаний в 6-ти трубных ТВС ИРТ-4М среднее выгорание урана-235 достигло 61,4 и 60%, то испытания их были прекращены и они были выгружены из реактора.

Количество ТВС в активной зоне при формировании загрузки для следующего 16-го цикла работы реактора не изменялось. В течение этого цикла максимальные тепловые потоки на твэлах ТВС ИРТ-4М составляли ~480 кВт/м2, а температуры поверхности твэлов достигали 77С.

За 15 месяцев испытаний в реакторе ВВР-СМ четырех ТВС ИРТ-4М достигнуто следующее среднее выгорание топлива в твэлах этих ТВС:

  • в 6-ти трубных ТВС: №6 – 61,4%, №7 – 60%;
  • в 8-ми трубных ТВС: №4 – 66,5%, №5 – 60,5%

при максимальном выгорании топлива 92,6% и 92,1% соответственно.

Расчётные максимальные тепловые потоки на поверхности твэлов, достигавшиеся в процессе испытаний, - более 600 кВт/м2, максимальные температуры оболочек твэлов – 84С.

Все ТВС ИРТ-4М с UO2 низкообогащенном топливом сохранили конструкционные параметры, твэлы остались герметичными. Завершающим этапом разработки ТВС типа ИРТ-4М с UO2 топливом, обогащённым ураном-235 до 19,7%, было изготовление ОАО НЗХК опытной партии из трех ТВС.

ТВС ИРТ-4М с UO2 топливом низкого обогащения, предназначенные для эксплуатации в исследовательских реакторах Узбекистана, Чехии, Ливии и Болгарии, уже поставлены на реакторы VR-1 в Чехии и IRT-1 в Ливии взамен высокообогащенного топлива.

Пятая глава посвящена разработке и обоснованию основных параметров ТВС типа ИРТ-3М и ИРТ-У c U-9%Mo топливом, обогащенным ураном-235 до 19,7%, для конверсии реактора ВВР-СМ.

Поскольку в ИЯФ АН Узбекистана нет материаловедческой лаборатории для выполнения послереакторных исследований твэлов после завершения их испытаний, то НИИАР, НИКИЭТ и ВНИИНМ предложили провести испытания экспериментальных ТВС типа ИРТ-3М и ИРТ-У в реакторе МИР.М1, где можно провести такие исследования.

Экспериментальные ТВС типа ИРТ-3М по конструкции аналогичны ТВС ИРТ-3М с ураном 90%-го и 36%-го обогащения. Содержание 235U в 6-ти и 8-ми трубных ТВС 351,6 и 400,0 г соответственно.

Проведен расчетный анализ нейтронных и теплогидравлических параметров для определения условий работы (испытания) двух экспериментальных ТВС типа ИРТ-3М с U-9%Mo низкообогащённым (19,7%) топливом в штатной загрузке активной зоны реактора ВВР-СМ из 18 ТВС с использованием разработанного программного комплекса TDD-URAN.

Определены основные параметры, характеризующие условия работы экспериментальных ТВС в реакторе ВВР-СМ при мощности 10 МВт в начале первого и второго этапов испытаний (рис. 11 и 12, таб. 8 и 9).

Условия испытаний твэлов в экспериментальных ТВС типа ИРТ-3М более теплонапряжённые в периферийных ячейках активной зоны.

При испытании аналогичных твэлов в реакторе МИР.М1 должны быть обеспечены:

  • максимальное удельное энерговыделение в сердечнике твэла·-~3200 Вт/см3;
  • максимальный тепловой поток с наружной поверхности твэла - ~870 кВт/м2;
  • максимальная температура поверхности твэла (при температуре воды на входе в ТВС 45С) - 95С;
  • скорость воды в зазорах между твэлами с максимальной температурой поверхности - 3 м/с.
19

Рис. 11. Мощности ТВС и неравно-мерности энерговыделения в начале первого этапа испытаний (экспери-ментальные ТВС в ячейках 4-4 и 4-5) Рис. 12. Мощности ТВС и неравно-мерности энерговыделения в начале второго этапа испытаний (экспери-ментальные ТВС в ячейках 3-4 и 6-5)
20

Таблица 8

Параметры теплового режима экспериментальных ТВС типа ИРТ-3М

в начале первого этапа испытаний

Параметр Экспериментальная ТВС Рабочая ТВС
8-ми трубная 6-ти трубная
Мощность ТВС, кВт 761 597 648
Макс. удельное энерго-выделение в сердечнике твэла, Вт/см3 2560 2520 2960
Макс. тепловой поток (с наружной / внутренней сторон твэла), кВт/м2 657 / 619 647 / 613 806 / 669
Макс. температура поверхности твэла, °С 90 89 92

Таблица 9

Параметры теплового режима экспериментальных ТВС типа ИРТ-3М

в начале второго этапа испытаний

Параметр Экспериментальная ТВС
8-ми трубная 6-ти трубная
Мощность ТВС, кВт 724 600
Макс. удельное энерго-выделение в сердечнике твэла, Вт/см3 3130 2940
Макс. тепловой поток (с наружной / внутренней сторон твэла), кВт/м2 866 / 693 812 / 654
Макс. температура поверхности твэла, °С 95 93
21

Экспериментальные ТВС типа ИРТ-У

Проведены оптимизационные нейтронные расчёты ТВС типа ИРТ-У для определения параметров стержневых твэлов с U-9%Mo топливом для конверсии реактора ВВР-СМ и других реакторов, использующих ТВС типа ИРТ-М.

Выполнены нейтронные расчёты загрузки активной зоны реактора ВВР-СМ из 18 ТВС типа ИРТ-3М с UO2 топливом 36%-го обогащения 235U для определения параметров равновесного цикла работы реактора. Определено, что длительность рабочего цикла ВВР-СМ при мощности 10 МВт составит 28 суток.

Проведен нейтронный расчетный анализ активной зоны ВВР-СМ из 18 ТВС ИРТ-У с U-9%Mo низкообогащённым (19,7%) топливом, состоящих каждая из 176 стержневых твэлов. Геометрические характеристики твэлов: описанный диаметр твэла – 4,5 мм; длина стороны квадрата твэла – 2,9 мм; размер сердечника твэла – 2,12,1 мм. Определено, что при использовании в реакторе ВВР-СМ ТВС ИРТ-У с содержанием 415 г урана-235 могла быть достигнута такая же длительность цикла – 28 суток, как с ТВС ИРТ-3М с топливом 36%-го обогащения. Однако теплогидравлический анализ режима работы реактора ВВР-СМ с такими ТВС показал, что эксплуатация реактора возможна только на мощности менее 10 МВт.

Выполнены нейтронные расчёты активной зоны ВВР-СМ из 18 ТВС ИРТ-У, состоящих каждая из 172 стержневых твэлов и 4-х алюминиевых имитаторов твэлов, расположенных в углах внешнего кожуха (рис.13 и 14). Показано, что при использовании в реакторе ВВР-СМ ТВС типа ИРТ-У с содержанием 380 г урана-235 параметры равновесного цикла работы реактора будут близки к тем, которые достигаются в реакторе с ТВС ИРТ-3М, а эксплуатация реактора с загрузкой активной зоны из 18 ТВС ИРТ-У при мощности 10 МВт допустима.

Проведен расчетный анализ нейтронных и теплогидравлических

Рис. 14. Поперечное сечение твэла стержневого типа: 1-оболочка твэла; 2–сердечник твэла Размеры твэла (мм): d=4,5; A=2,6; =0,4; =0,4; h=0,6. Размер сердечника - 1,81,8 мм. Шаг размещения твэлов в ТВС - 4,547 мм. Содержание U-235 в ТВС – 380,1 г. Плотность урана в сердечниках твэлов -5,77 г/см3.
Рис13. Поперечное сечение ТВС типа ИРТ-У со 172 твэлами и с U-9%Mo топливом, обогащенным до 19.7%: 1 – наружный кожух; 2 – твэл; 3 – внутренний кожух; 4 – стержень СУЗ; 5 – канал стержня, 6 – алюминиевый имитатор твзла




параметров для определения условий работы (испытания) двух экспериментальных ТВС типа ИРТ-У в штатной загрузке активной зоны реактора ВВР-СМ из 18 ТВС с использованием разработанного программного комплекса TDD-URAN.

Определены основные параметры, характеризующие условия работы экспериментальных ТВС в реакторе ВВР-СМ при мощности 10 МВт в начале первого и второго этапов испытаний (рис. 15 и 16). Условия работы твэлов в экспериментальных ТВС типа ИРТ-У более теплонапряжённые, когда ТВС находятся в периферийных ячейках активной зоны (рис. 18).

Исходя из условий работы твэлов типа ИРТ-У с U-9%Mo топливом в реакторе ВВР-СМ, при испытании аналогичных твэлов в реакторе МИР должны быть обеспечены:

  • максимальное удельное энерговыделение в сердечнике твэла·- 3250 Вт/см3;
  • температура воды на входе в ТВС – 45 С;
  • скорости воды в зазорах между твэлами с максимальной температурой поверхности должны быть равны скоростям в ТВС ИРТ-У при перепаде давления на активной зоне ВВР-СМ, равным 4 м вод. ст.

В настоящее время проходят испытания в реакторе МИР.М1 две полномасштабные ТВС ИРТ-3М с трубчатыми твэлами и две полномасштабные ТВС ИРТ-У со стержневыми твэлами с высокоплотным топливом в виде U-9%Mo+Al с концентрацией по урану 5,4 г/см3. Предполагается, что испытания,

22

Рис. 15. Мощности ТВС и неравно-мерности энерговыделения в начале первого этапа испытаний (экспери-ментальные ТВС в ячейках 4-4 и 4-5) Рис. 16. Мощности ТВС и неравно-мерности энерговыделения в начале второго этапа испытаний (экспери-ментальные ТВС в ячейках 3-4 и 6-5)
23
 Распределение плотности-21
Рис. 18. Распределение плотности энерговыделения по высоте наиболее теплонапряжённого твэла в экспериментальной ТВС типа ИРТ-У в ячейке 3-4

начатые в 2007 г., будут завершены в конце 2008 г. РНЦ “КИ” осуществляет научно-техническое сопровождение испытаний экспериментальных ТВС.

Заключение

Диссертационная работа посвящена созданию расчетных методов обоснования параметров ИР и разработке ТВС типа ИРТ-M с низкообогащенным топливом.

Результатом диссертационной работы является следующее:

1. Разработаны схемы расчета нейтронно-физических параметров ТВС и активных зон исследовательских реакторов со сложными внутриреакторными экспериментальными устройствами. Определена постановка задачи, описан выбор основных приближений математических моделей исследовательских реакторов бассейнового и бакового типов.

24


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.