Пустотный эффект реактивности в многоцелевом тестовом исследовательском реакторе МТИР-СКД
https://doi.org/10.26583/gns-2025-02-03
EDN: EOQCEC
Аннотация
В данной работе рассматривается проблема положительного пустотного эффекта реактивности для реакторов, работающих в быстром спектре нейтронов, в частности для реактора ВВЭР-СКД. Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения безопасности данных реакторов в условиях запроектных аварий. Исследование фокусируется на применении реактора МТИР-СКД как экспериментальной платформы для анализа пустотного эффекта реактивности. Показано, что изменение состава топлива
и отражателей позволяет получать пустотный эффект реактивности различного знака. На первом этапе работы
с реактором предполагается реализация отрицательного пустотного эффекта реактивности для гарантии безопасности, в дальнейшем возможно его изменение на положительный. В первой части работы проведены расчеты балансов нейтронов, выявляющие механизмы формирования пустотного эффекта реактивности. Результаты показывают, что стальной отражатель и изотоп плутония-240 существенно влияют на положительный пустотный эффект реактивности. Также обсуждаются варианты достижения отрицательного
и нулевого пустотного эффекта реактивности, а также достижения положительного эффекта с использованием высокофонового плутония, что исключает риск неуправляемого разгона реактора. Полученные результаты могут послужить основой для обоснования безопасной эксплуатации реактора ВВЭР-СКД с положительным пустотным эффектом реактивности. Данная работа имеет как научное, так и практическое значение для разработки и проектирования безопасных ядерных реакторов нового поколения, обеспечивающих надежное управление реактивностью в различных эксплуатационных условиях.
Об авторах
А. С. Лапин
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»;
Научно-исследовательский центр «Курчатовский институт»
Россия
Россия
аспирант
Ю. Н. Волков
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»;
Научно-исследовательский центр «Курчатовский институт»
Россия
Россия
кандидат технических наук, доцент
С. А. Субботин
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»;
Научно-исследовательский центр «Курчатовский институт»
Россия
Россия
кандидат технических наук, доцент
Список литературы
1. Уолтер А., Рейнольдс А. Реакторы-размножители на быстрых нейтронах. Перевод с англ. А.А. Ванькова, В.В. Яровицина. Москва: Энергоатомиздат, 1986. 624 с. Режим доступа: https://elib.biblioatom.ru/text/uolter_reaktory-razmnozhiteli_1986/p3/ (дата обращения: 21.01.2025).
2. Ашурко Ю.М., Андреева К.А., Бурьевский И.В., Волков А.В. [и др.]. Исследование влияния натриевого пустотного эффекта реактивности на безопасность быстрого натриевого реактора большой мощности. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2014;3:5–14. https://doi.org/10.26583/npe.2014.3.01
3. Поплавский В.М., Матвеев В.И., Елисеев В.А., Кузнецов И.А. [и др.]. Исследование влияния натриевого пустотного эффекта реактивности на технико-экономические характеристики и безопасность перспективного быстрого реактора. Атомная энергия. 2010;108(4):230–235. Режим доступа: https://j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/1460/1441 (дата обращения: 24.01.2024).
4. Арутюнян А.К., Выговский С.Б., Хачатрян А.Г. Исследование способов повышения КВ в быстрых реакторах с МОХ-топливом при стремлении к минимальным значениям НПЭР. Безопасность ядерной энергетики: тезисы XV Научно-практической конференции, 6–8 июня 2019 г. НИЯУ МИФИ [и др.]. Волгодонск: ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2019. С. 68–71. Режим доступа: https://nps.viti-mephi.ru/files/page/file/sbornik_tezisov_byae-2019_0.pdf (дата обращения: 24.01.2025).
5. Ашурко Ю.М., Андреев К.А., Бурьевский И.В., Волков А.В. [и др.]. Исследование влияния натриевого пустотного эффекта реактивности на безопасность быстрого натриевого реактора большой мощности. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2014;3:5–14. Режим доступа: https://static.nuclear-power-engineering.ru/articles/2014/03/01.pdf (дата обращения: 24.01.2025).
6. Елисеев В.А., Забудько Л.М., Малышева И.В., Матвеев В.И. Нитридное топливо для перспективного быстрого натриевого реактора типа БН-1200. Атомная энергия. 2013;114(5)266–270. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/1128 (дата обращения: 21.01.2025).
7. Хаммел Г., Окрент Д. Коэффициенты реактивности в больших энергетических реакторах на быстрых нейтронах. Москва: Атомиздат, 1975. 237 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01006956830?ysclid=mbavpcsx6v208191008 (дата обращения: 25.01.2025).
8. Lou M. Loss of Coolant Accident Simulation for the Canadian Supercritical Water-Cooled Reactor Using RELAP5/MOD4. Diss. Master of App. Sci. McMaster University, 2016. 143 p. Available at: https://macsphere.mcmaster.ca/bitstream/11375/19137/2/Lou_Mengmeng_2016Apr_MASc.pdf (accessed: 25.01.2025).
9. Алексеев П.Н., Ковалишин А.А., Седов А.А., Андрианова Е.А. [и др.]. Развитие технологии ВВЭР на базе энергетических реакторов с легководным теплоносителем сверхкритических параметров. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2023;1:48–63. EDN: EXYEZU. Режим доступа: http://nrcki.ru/files/pdf/VANT-2023-01.pdf (дата обращения: 24.01.2025).
10. Лапин А.С., Седов А.А, Бландинский В.Ю., Котов Я.А. [и др.]. Обоснование выбора физических характеристик и мощности многоцелевого тестового исследовательского реактора со сверхкритическими параметрами легководного теплоносителя. Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Физика ядерных реакторов. 2024;2:76–88. Режим доступа: http://nrcki.ru/files/pdf/VANT-2024-02.pdf (дата обращения: 24.01.2025).
11. Лапин А.С., Бландинский В.Ю., Невиница В.А., Пустовалов С.Б., Седов А.А., Субботин С.А., Фомиченко П.А. Нейтронно-физические особенности реактора МТИР-СКД как экспериментальной базы для отработки перспективных легководных реакторных технологий. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2024;3:18–31. https://doi.org/10.26583/npe.2024.3.02
12. Клинов Д.А., Семенов М.Ю., Михайлов Г.М., Перегудов А.А. [и др.]. Расчетно-экспериментальный анализ нейтронно-физических характеристик БН-800 в период перехода на загрузку смешанным оксидным уран-плутониевым топливом. Атомная энергия. 2023;135(1–2):3–10. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/5314 (дата обращения: 21.01.2025).
13. Клинов Д.А., Семенов М.Ю., Михайлов Г.М., Перегудов А.А. [и др.]. Анализ точности расчета распределения энер-говыделения в БН-800. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы. 2024;1:65–71. Режим доступа: https://vant.ippe.ru/year2024/1/neutron-constants/2445-2.html (дата обращения: 21.01.2025).
Рецензия
Рассмотрена статья «Пустотный эффект реактивности в многоцелевом тестовом исследовательском реакторе МТИР-СКД».
Статья посвящена анализу влияния различных факторов на величину пустотного эффекта реактивности в исследовательском реакторе МТИР-СКД. Актуальность проблемы несомненна в связи с известными сложностями обеспечить отрицательные обратные связи в водо-водяном реакторе на СКД теплоносителе во всех режимах эксплуатации. Поэтому на исследовательской установке, предназначенной для отработки основных решений по ВВЭР-СКД, важно моделировать как состояния с положительным, так и с отрицательным пустотным эффектом реактивности. Авторами показано, какие элементы и изотопы способствуют изменению пустотного эффекта в нужную сторону и предложены способы добиться как гарантированно отрицательного, так и ограниченного положительного эффекта реактивности.
Исследования выполнены с целью принятия проектных решений по перспективной исследовательской установке МТИР-СКД.
Название статьи соответствует её содержанию. Аннотация структурирована и отражает основные вопросы, затронутые в статье. Однако, некоторые аспекты выбора состава плутония для достижения нужного знака пустотного эффекта реактивности, проанализированы в работе, но не отражены в аннотации.
Авторы корректно ссылаются на работы предшественников в выбранной предметной области, проанализировано значительное количество источников.
Методы исследования выбраны, исходя из общепринятых практик математического моделирования ядерно-физических процессов в топливных загрузках. Воспроизведение результатов возможно при условии доступа исследователя к нейтронно-физическому коду MCNP или иному прецизионному коду.
Исследование решает именно ту проблему, которая поставлена авторами в начале работы. Результаты исследования соответствуют выводам, сделанным авторами.
Статья написана строгим техническим языком, орфографические и пунктуационные ошибки отсутствуют. Строго и корректно употребляются термины, приводятся нормативные ссылки.
Авторами показано, что при использовании боковой зоны воспроизводства вместо стального отражателя, а также топлива с низкофоновым плутонием, достигается отрицательный пустотный эффект реактивности. Замена плутония на высокофоновый позволяет достичь положительного пустотного эффекта реактивности, но не превышающего 1$, что исключает возможность возникновения неуправляемого разгона на мгновенных нейтронах, а в случае замены зоны воспроизводства на стальной отражатель ПЭР достигает положительного значения, сравнимого по величине с ПЭР в ВВЭР-СКД. Это позволит обосновать безопасную эксплуатацию ВВЭР-СКД с положительным пустотным эффектом.
Учитывая, что в настоящее время реакторы с СКД теплоносителем не используются, актуальность статьи следует оценивать с учётом дальних перспектив ядерной энергетики в части их возведения.
К статье имеется замечание. Следовало бы привести иллюстрацию расчётной модели анализируемого реактора. Дискуссионным является описанием автором эффектов реактивности не в процентах, как принято в области АЭС с ВВЭР, а в абсолютных числах нейтронов. Однако это также является физически корректным.
В связи с этим считаю, что статья обладает несомненной научной ценностью для перспективной атомной энергетики и может быть опубликована в журнале «Глобальная ядерная безопасность» при условии добавления в статью иллюстрации и корректировки аннотации в соответствии с замечаниями выше.
Рецензент:
к.т.н., доцент кафедры атомной энергетики
ВИТИ НИЯУ МИФИ А.А. Лапкис
Для цитирования:
Лапин А.С., Волков Ю.Н., Субботин С.А. Пустотный эффект реактивности в многоцелевом тестовом исследовательском реакторе МТИР-СКД. Глобальная ядерная безопасность. 2025;15(2):24-35. https://doi.org/10.26583/gns-2025-02-03. EDN: EOQCEC
For citation:
Lapin A.S., Volkov Yu.N., Subbotin S.A. Void reactivity effect in the MTIR-SKD multipurpose test research reactor. Nuclear Safety. 2025;15(2):24-35. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/gns-2025-02-03. EDN: EOQCEC
Просмотров:
56
Послать статью по эл. почте 