Анализ и оптимизация внутрикассетной неравномерности энерговыделения и выгорания топлива ВВЭР-1000

В данной работе рассмотрены и систематизированы варианты тепловыделяющих сборок (ТВС) для реактора ВВЭР-1000. В нейтронно-физическом коде Serpent смоделирована бесконечная по высоте ТВС с шестью твэгами по образцу U49G6, применяемой в топливных загрузках ВВЭР-1000 «большой серии». В результате расчетов были выбраны варианты размещения твэгов с меньшей неравномерностью энерговыделения по ТВС, и проведена оценка влияния количества твэгов и их размещения на реактивность. Показано, что размещение твэгов в четвёртом кольце оптимально с точки зрения неравномерности потвэльного энерговыделения и глубины выгорания. Рассмотрено влияние компоновки ТВС на глубину выгорания топлива по отдельным группам твэлов. Предложен вариант сокращения затрат вычислительных ресурсов путём выделения наиболее различающихся по энерговыделению и выгоранию групп твэлов. Проведено сравнение исследуемых сборок с существующей ТВС типа U49G6. Предложен способ оценить недовыработку тепловой энергии в ТВС, связанную с неравномерностью выгорания твэлов в ней, при сохранении максимальной глубины выгорания по отдельным твэлам на уровне существующих образцов. На основе анализа величины недовыработки предложен вариант усовершенствования компоновки ТВС с шестью твэгами для выравнивания поля энерговыделения и сокращения непроизводительных потерь топлива. Для этого может быть снижено обогащение в первом, втором и десятом кольцах твэлов, считая от центральной трубы ТВС. В результате такого профилирования глубина выгорания наиболее выгоревших твэлов в кассете может быть снижена до 1,015 от средней по ТВС.

1. Внуков Р.А., Жаворонкова И.А., Колесов В.В., Карпович Г.В. Подходы к оптимизации глубины выгорания с помощью радиального профилирования твэга. Ученые записки физического факультета московского университета. 2021;1:2110303. Режим доступа: http://uzmu.phys.msu.ru/file/2021/1/2110303.pdf (дата обращения: 29.08.2023).

2. Внуков Р.А., Колесов В.В., Жаворонкова И.А., Котов И.А., Праманик М.Р. Влияние выгорающего поглотителя на нейтронно-физические характеристики тепловыделяющей сборки ВВЭР-1200. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2021;(2):27–37. https://doi.org/10.26583/npe.2021.2.03

3. Соболев А.В., Каражелевская Ю.Е., Зубков А.А. Анализ неравномерности высотной глубины выгорания топлива в сборках ВВЭР-1000 при работе на низких уровнях мощности. Ядерная и радиационная безопасность. 2019;2(92):10–16. EDN HLBFBO https://doi.org/10.26277/SECNRS.2019.92.2.002

4. Внуков В.С., Куликов В.И., Чкуасели Л.И. Влияние аксиального распределения глубины выгорания ОТВС на значение Kэфф контейнеров с отработавшим ядерным топливом. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2015;2:108–116. https://doi.org/10.26583/npe.2015.2.11

5. Абу Сондос М.А. Демин В.М., Савандер В.И. Сравнение влияния выгорающих поглотителей (Gd и Eu) на нейтронно-физические характеристики ТВС реакторов ВВЭР-1000. Вестник Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». 2019;8(3):199–205. EDN WBOFAI. https://doi.org/10.1134/S2304487X19030027

6. Музафаров А.Р., Савандер В.И. Использование выгорающих поглотителей в реакторах типа ВВЭР для снижения доли запаса реактивности, компенсируемого жидкостной системой при удлиненных кампаниях. Глобальная ядерная безопасность. 2022;(2):42-55. https://doi.org/10.26583/gns-2022-02-05

7. Бергельсон Б.Р. [и др.] Глубина выгорания ядерного топлива ВВЭР с разными поглотителями. Атомная энергия. 2010;109(4):240–245. Режим доступа: http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t109-4_2010/go,14/ (дата обращения: 29.08.2023).

8. Бикеев А.С., Дайченкова Ю.С., Калугин М.А., Шкаровский Д.А. Оптимизация параметров расчётной схемы при моделировании выгорания активной зоны ВВЭР-1000 по прецизионной программе MCU. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы. 2018;4;5–14. Режим доступа: URL: https://vant.ippe.ru/year2018/4/neutron-constants/1559-1.html (дата обращения: 30.09.2023).

9. Leppänen J. Pusa M., Viitanen T., Valtavirta V., Kaltiaisenaho T. The Serpent Monte Carlo code: Status, development and applications in 2013. Annals of Nuclear Energy. 2014;82:06021 https://doi.org/10.1051/snamc/201406021