Глубина выгорания

Компенсация реактивности.

Выгорание топлива. Запас реактивности на выгорание топлива. Глубина выгорания ядерного топлива.

Количество загруженного делящегося топлива в реакторе при его работе непрерывно уменьшается за счет деления ядер U и радиационного захвата ими нейтронов. Этот процесс называют выгоранием топлива. Выгорание связано с энерговыработкой линейной зависимостью. Основная часть расхода топлива определяется количеством разделившихся ядер U²³⁵ за определенное время работы реактора на мощности. Масса разделившихся ядер в граммах за время t работы реактора на мощности N, т.е. при энерговыработке Q = N•t, равна

m_дел⁵=1,05•N_t = =1,05•Q, где 1,05 - масса U²³⁵ в граммах, разделившегося при энерговыработке 1МВт•сут.

В связи с выгоранием U²³⁵ уменьшается Кэф., а следовательно, реактивность и запас реактивности. Изменение запаса реактивности за счет выгорания - длительный процесс. Он зависит только от энерговыработки реактора.

Поэтому первоначально реактор загружается количеством топлива, превышающим необходимое для достижения критичности. Реактивность, соответствующая избыточному количеству топлива, называется запасом реактивности на выгорание. В начале компании избыточную реактивность необходимо скомпенсировать вводя в активную зону какой-либо материал сильно поглощающий нейтроны и обладающий отрицательной реактивностью.

Таким материалом могут быть управляющие стержни СУЗ, содержащие поглощающие изотопы (чаще всего - ¹⁰В). Однако, использование стержней СУЗ для компенсации реактивности не желательно, поскольку они вносят большую неоднородность в поле нейтронов.

В водо-водяных реакторах в начале компании используется изотоп ¹⁰В, в виде борной кислоты, растворенный в водяном теплоносителе. По мере выгорания топлива уменьшают концентрацию бора, вводя, тем самым положительную реактивность.

Другим подходом компенсации избыточной реактивности, также не искажающей поле нейтронов, является использование выгорающих поглотителей. Элементы, содержащие выгорающий поглотитель, располагаются равномерно по активной зоне.

Глубина выгорания - показатель использования ядерного топлива. Известно несколько способов определения глубины выгорания. Наиболее привычное определение глубины выгорания в области ядерных реакторов на тепловых нейтронах - отношение энергии, выработанной в реакторе, к массе загруженного урана:

, (6.7.1)

Единица измерения глубины выгорания, согласно (6.7.1.) – МВт. сут/кгU.

Также нередко используется понятия глубины выгорания, выраженное в относительных единицах:

(6.7.2)

где – масса загруженного в реактор урана, т; – масса выгоревшего топлива, т.

Для пересчета глубины выгорания (), выраженной в абсолютных единицах (МВт сут/кгU), в в относительных единицах (%), следует знать, что 1% выгоревшего топлива соответствует ~ 10 МВт сут/кгU.

Время работы реактора на номинальной мощности без перегрузки (перемещений) топлива принято называть кампанией реактора. Время пребывания топлива в активной зоне реактора, работающем на номинальной мощности (эффективное время) называется кампанией топлива.

Глубина выгорания, как следует из определения (6.7.1), связана с кампанией топлива линейно. Кампания топлива, а следовательно, и определяется, в основном, радиационной стойкостью твэлов.

Дата добавления: 2015-06-04