Расчетное моделирование нейтронно-физических характеристик активной зоны водо-водяного реактора с изменяемым спектром нейтронов

Представлена расчетная оценка нейтронно-физических характеристик активной зоны водо-водяного реактора с изменяющимся спектром нейтронов. Использован нейтронно-физический модуль ПС DESNA-7, предназначенный для трехмерного моделирования активной зоны в двухгрупповом покассетном приближении. Расчет нейтронно-физических сечений проводился в ПС САПФИР-95.1. Разработаны модели тепловыделяющих сборок (ТВС) с направляющими каналами под размещение поглощающих элементов или подвижных вытеснителей, формирующих две активные зоны с одинаковой тепловой мощностью и различными способами регулирования реактивности: борным и спектральным (с частичным борным). Для частичной компенсации избыточной реактивности применялись тепловыделяющие элементы с гадолинием (ТВЭГ) в виде Gd₂О₃ с концентрацией 5 % весовых. В качестве материала вытеснителей применен оксид урана UO₂ (уран с природным содержанием U⁵). Рассмотренные два способа извлечения вытеснителей: линейное перемещение в процессе кампании и полное извлечение вытеснителей (неподвижных с начала кампании) на 326 сутки не приводят к существенному изменению критической концентрации борной кислоты. Показано, что применение спектрального регулирования позволяет снизить концентрацию борной кислоты в теплоносителе на 35 процентов. Показано, что коэффициенты реактивности по температуре топлива, теплоносителя, плотности теплоносителя увеличиваются по модулю в процессе кампании, сохраняя свой знак. Величина коэффициента реактивности по концентрации борной кислоты в первом контуре реактора, зависящая от водо-уранового отношения уменьшается по модулю. Максимальное значение коэффициента неравномерности энерговыделения по высоте активной зоны со спектральным регулированием составило 1,6. Рассмотрена возможность использования в качестве органов аварийной защиты поглощающих стержней, размещенных в направляющих каналах ТВС.

1. Элазака А.И. Методики спектрального регулирования в реакторах с водой под давлением: дис. канд. техн. наук: 05.25.03. Науч. рук. Г.В. Тихомиров. НИЯУ МИФИ. Москва, 2021. 180 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01011075129?ysclid=mbp6hqi9d3231737403 (дата обращения 17.02.2025).

2. Кавун О.Ю., Увакин М.А., Безруков Ю.А., Шарый Н.В. О применении метода сеток для нейтронно-физических расчетов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2024;2:38–47. EDN:SFOYBX. Режим доступа: https://nrcki.ru/files/pdf/VANT-2024-02.pdf (дата обращения: 19.02.2025).

3. Куликов Г.Г., Куликов Е.Г., Шмелев А.Н., Апсэ В.А. Протактиний-231 – новый выгорающий поглотитель нейтронов. Известия вузов: ядерная энергетика. 2017;3:196–197. https://doi.org/10.26583/npe.2017.3.18

4. Куликов Г.Г., Куликов Е.Г., Крючков Э.Ф., Шмелев А.Н. Повышение глубины выгорания топлива легководных реакторов при введении в его состав протактиния 231Pa. Ядерная физика и инжиниринг. 2013;4(4):291–299. https://doi.org/10.1134/S2079562913040088

5. Абу Сондос Махд Абдель Рахман Саламэх. Нейтронно-физические и радиационные характеристики ядерных реакторов типа ВВЭР в удлиненных кампаниях при использовании выгорающих поглотителей: дис. канд. техн. наук: 05.14.03. Науч. рук. В.М. Демин; НИЯУ МИФИ. Москва, 2019. 155 с. Режим доступа: https://ds.mephi.ru/documents/161/%D0%90%D0%B1%D1%83_%D0%A1%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%BE%D1%81_%D0%9C_%D0%A2%D0%B5%D0%BA%D1%81%D1%82_%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8.pdf (дата обращения 17.02.2025).

6. Изотопы: свойства, получение, применение. Коллективная монография. Под ред. В.Ю. Баранова. Москва: ИздАТ, 2000. 704 с. Режим доступа: https://elib.biblioatom.ru/text/izotopy_2000/p0/ (дата обращения 19.02.2025).