glonucsecГлобальная ядерная безопасностьGlobal Nuclear Safety2305-414X2499-9733National Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/gns-2024-04-01-10RRNJCFglonucsec-247Research ArticleЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ОТРАСЛИOPERATION OF FACILITIES NUCLEAR INDUSTRYИсследование комбинированных вариантов размещения выгорающих поглотителей Er и Gd в тепловыделяющих сборках реакторов ВВЭР для оптимизации процесса выгоранияBurnable absorber element (Gd and Er) use in the WWER-type reactor to increase the refueling timehttps://orcid.org/0000-0001-7803-8234РахманА. С.К.RahmanA. S.K.

старший научный сотрудник

Senior Scientific Officer (SSO) 

ranisur01@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4917-1770УвакинМ. А.UvakinM. A.

кандидат физико-математических наук, доцент

Cand. Sci. (Phys. Math.), Associate Professor

uvakin_ma@grpress.podolsk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8328-0092ХоссенМ. М.HossenM. M.

главный научный сотрудник

Principal Scientific Officer (PSO)

mufa50du@yahoo.comУправление по регулированию атомной энергии Бангладеш (БАЭРА)РоссияBangladesh Atomic Energy Regulatory Authority (BAERA)Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University «MEPhI»Russian FederationКомиссия по атомной энергии Бангладеш (БАЭС)РоссияBangladesh Atomic Energy CommissionRussian Federation2024270320241417684Copyright © Рахман А.С., Увакин М.А., Хоссен М.М., 20242024Рахман А.С., Увакин М.А., Хоссен М.М.Rahman A.S., Uvakin M.A., Hossen M.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://glonucsec.elpub.ru/jour/article/view/247

В водо-водяном реакторе типа ВВЭР избыточную реактивность могут компенсировать материалы с высоким поглощением нейтронов. В статье проведен теоретический и расчетный анализ использования выгорающих поглотителей, размещенных в твэле, для снижения запаса реактивности и увеличения времени перегрузки реакторов типа ВВЭР. Для исследования снижения запаса реактивности расчет выгорания топлива проводился без выгорающего поглотителя и с комбинацией различных выгорающих поглотителей, а именно природного гадолиния (Gd) и эрбия (Er), с использованием упрощенной программы GETERA. В результате расчета установлено, что изменение количества выгорающего поглотителя (Gd, Er) внутри ТВС определяет запас реактивности по выгоранию топлива и повышает эффективность уранового топлива (UO2). Совместное использование Gd и Er приводит к более плавному снижению реактивности реактора за счет меньшего сечения поглощения Er, что позволяет снизить общую массу Gd в твэле и уменьшить эффект блокировки. При расчете использовались концентрации Gd в пределах 1,5% и 3%, а концентрации Er использовались в диапазоне 0,1–0,6%.

In a WWER-type pressurized water reactor, high-neutron-absorbing materials can compensate for the excess reactivity. Theoretical and computational analyses were conducted in this article to use burnable absorbers placed in a fuel rod to reduce the reactivity margin for extending refueling time for WWER-type reactors. To investigate the reduction of the reactivity margin, the fuel burnup calculation was performed without a burnable absorber and with a combination of a variety of burnable absorbers, namely natural Gadolinium (Gd) and Erbium (Er), applying a simplified GETERA program. The calculation found that the variation of the quantity of the burnable absorber (Gd, Er) inside the fuel assemblies governs the reactivity margin for the fuel burnup and increases the efficiency of Uranium fuel (UO2). The combined use of Gd and Er leads to a smoother decrease in reactor reactivity due to a smaller Er absorption cross section, which makes it possible to reduce the total mass of Gd in the fuel element and reduce the blocking effect. In the calculation, Gd concentrations employed in the computation at 1.5% and 3%, while Er concentrations were used within the range of 0.1%–0.6%. 

ВВЭРвыгорающий поглотитель (БА)избыточная реактивностьгадолинийэрбийвыгораниеТВСзапас реактивности.WWERburnable absorber (BA)excess reactivitygadoliniumerbiumburnupfuel assemblyreactivity marginReferencesRahman S.K. Anisur, Uvakin M.A. Compare the Result of Uncertainty Analysis in the Physical Calculations of WWER Cells in the Daily Maneuvering Schedule by GETERA and WIMS Programs. Global nuclear safety. 2019;1(30):90–100. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/GNS-2019-01-09Rahman S.K. Anisur, Uvakin M.A. Compare the Result of Uncertainty Analysis in the Physical Calculations of WWER Cells in the Daily Maneuvering Schedule by GETERA and WIMS Programs. Global nuclear safety. 2019;1(30):90–100. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/GNS-2019-01-09Anisur R.S., Uvakin M.A. Investigation of Absorber Concentration Changes During Maneuvering Operation in WWER¬1000 Reactor. Global nuclear safety. 2020;(2):83–91. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/gns-2020-02-06Anisur R.S., Uvakin M.A. Investigation of Absorber Concentration Changes During Maneuvering Operation in WWER¬1000 Reactor. Global nuclear safety. 2020;(2):83–91. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/gns-2020-02-06Rahman S.K. Anisur, Uvakin M. A. Uncertainty analysis in the physical calculation of WWER cells in the daily maneuvering schedule. Journal of Physics: Conference Series. 2018;1133(1):012048. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1133/1/012048Rahman S.K. Anisur, Uvakin M. A. Uncertainty analysis in the physical calculation of WWER cells in the daily maneuvering schedule. Journal of Physics: Conference Series. 2018;1133(1):012048. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1133/1/012048Abu Sondos M.A., Demin V.M., Savander V.I. Comparison of the effect of burnable absorbers (Gd and Eu) on the Neutron-Physical Characteristics of VVER-1000 Fuel Assemblies. Vestnik natsional'nogo issledovatel'skogo yadernogo universiteta «MIFI». 2019;8(3):199-205. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S2304487X19030027Abu Sondos M.A., Demin V.M., Savander V.I. Comparison of the effect of burnable absorbers (Gd and Eu) on the Neutron-Physical Characteristics of VVER-1000 Fuel Assemblies. Vestnik natsional'nogo issledovatel'skogo yadernogo universiteta «MIFI». 2019;8(3):199-205. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S2304487X19030027Abu Sondos M.A., Demin V.M., Savander V.I. Decrease the volume of boric regulation of the reactivity when using the burnable absorber on the basis of (GD2O3) in the fuel reactor WWER-1200. Global nuclear safety. 2019;3(32):56–65. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/GNS-2019-03-06Abu Sondos M.A., Demin V.M., Savander V.I. Decrease the volume of boric regulation of the reactivity when using the burnable absorber on the basis of (GD2O3) in the fuel reactor WWER-1200. Global nuclear safety. 2019;3(32):56–65. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/GNS-2019-03-06Belousov N.I., Bychkov S.A., Pryanichnikov A.B. Use of the method of first collision probabilities for calculation of reactor cells with complex geometry. Engineering physics. 2002;4:15–18. (In Russ.) Available at: http://infiz.tgizd.ru/ru/arhiv/4240 (accessed: 28.07.2023).Belousov N.I., Bychkov S.A., Pryanichnikov A.B. Use of the method of first collision probabilities for calculation of reactor cells with complex geometry. Engineering physics. 2002;4:15–18. (In Russ.) Available at: http://infiz.tgizd.ru/ru/arhiv/4240 (accessed: 28.07.2023).Bryukhin V.V., Kurakin K.Y., Uvakin M.A. Analysis of the uncertainties in the physical calculations of water-moderated power reactors of the WWER type by the parameters of models of preparing few-group constants. Physics of atomic nuclei. 20168(79):1305–1314. https://doi.org/10.1134/S1063778816080044Bryukhin V.V., Kurakin K.Y., Uvakin M.A. Analysis of the uncertainties in the physical calculations of water-moderated power reactors of the WWER type by the parameters of models of preparing few-group constants. Physics of atomic nuclei. 20168(79):1305–1314. https://doi.org/10.1134/S1063778816080044

The authors declare that there are no conflicts of interest present.