Развитие топлива для легководных реакторов

Направления исследований по усовершенствованию ЯТ.

Проекты усовершенствования ядерного топлива реакторов.

Два генеральных направления определяют стратегию и программы по усовершенствованию ядерного топлива для энергетических реакторов - действующих и будущих поколений. Первое направление связано с деятельностью производителей топлива. Оно имеет четкую направленность на:

- улучшение надежности выпускаемого топлива для разных видов реакторов;

- повышение эксплуатационных характеристик топлива;

- максимизацию выхода энергии при эксплуатации топлива;

- минимизацию затрат на изготовление;

Второе направление исследований связано с разработкой долгосрочных целей, направленных в первую очередь на:

- выжигание плутония и минорных актинидов (МА);

- снижение радиотоксичности отработавшего топлива;

- улучшение свойств, предотвращающих распространение ядерных материалов;

Другая классификация исследовательских программ по развитию ядерного топлива связана с развитием реакторостроения и в первом приближении может быть соотнесена с конструкциями реакторов:

- программы по усовершенствованию топлива для легководных реакторов;

- программы по разработке и усовершенствованию топлива быстрых реакторов;

- программы по разработке и усовершенствованию топлива для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов;

- топливо для трансмутации и выжигания МА и долгоживущих продуктов деления.

Легководные реакторы (LWR) составляют большинство коммерческих энергетических реакторов. Программы усовершенствования топлива для LWR сталкиваются с консервативной позицией пользователей топлива, для которых на первом месте стоят задачи обеспечения надежной и бесперебойной генерации энергии. Сбои в процессе генерации энергии, особенно за счет топливной составляющей, должны быть исключены, т.к. они могут принести миллионные потери за один рабочий день. Все это приводит к большим трудностям при внедрении новых видов топлива. Тем более, что очень трудно доказать надежность нового топлива при обосновании замены старого. Активная зона современных мощных реакторов содержит до 50 000 топливных стержней, работоспособность которых доказана практикой. Чтобы доказать работоспособность нового топлива необходимо провести облучение в реакторных условиях, по крайней мере, такого же количества стержней с новым топливом. Однако решение этого вопроса упирается в возможность проверки в реальной активной зоне, чему естественно противятся производители энергии, опасаясь выхода из строя новых стержней.

Поэтому первым направлением совершенствования топлива для реакторов LWR является обеспечение его высокой надежности при работе в активной зоне промышленного реактора без повреждения, и тем более, без разрушения твэлов.

Другим важным фактором, определяющим развитие топлива для LWR, является увеличение глубины его выгорания. В первую очередь это связано с уменьшением экономических затрат на топливную составляющую генерирования энергии, снижение требований по обогащению топливной композиции, а также с уменьшением массы потребляемого топлива. Увеличение глубины выгорания приводит к увеличению длительности цикла перегрузки топлива, с 12 месяцев до 18 и даже 24 месяцев. В то же время для достижения этого необходимо увеличить начальное обогащение топлива, что несомненно приводит к увеличению затрат на его изготовление. Однако снижение частоты дорогостоящей процедуры останова и перегрузки топлива, с большой выгодой компенсирует дополнительные затраты на производство топлива.

Повышение глубины выгорания топлива тесно связано с экспоненциальным ростом выхода продуктов деления, в том числе и газовых продуктов деления (ГПД). Накопление продуктов деления увеличивает вероятность повреждения твэлов с одной стороны, и увеличивает затраты на переработку ОЯТ с другой стороны. Поэтому эволюция топлива для реакторов LWR в сторону увеличения глубины выгорания неизбежно будет сталкиваться с поисками сложных решений этих не простых вопросов.

Радикальные проекты усовершенствования топлива дл LWR связаны с решением некоммерческих задач, таких как:

- уничтожение плутония (реакторного и оружейного),

- снижение радиотоксичности,

- снижение риска распространения ядерных материалов.

Очевидно, что для внедрения такого нового топлива необходимо убедить энергетические компании в проведении государственной политики в этой области и субсидировать процессы обновления. В настоящее время разрабатываеются следующие концепции ядерного топлива для LWR.

Дата добавления: 2014-01-04