Расчетное моделирование выгорающих поглотителей на основе бенчмарка уранового и смешанного уран-плутониевого топлива ВВЭР-1000

Представлены результаты расчетного моделирования выгорающих поглотителей в составе ТВС с использованием инженерных программ САПФИР_95 и САПФИР_РФ. Разработаны две модели ТВС с урановым и уран-плутониевым топливом с применением уран-гадолиниевого выгорающего поглотителя, реализованного в виде твэга. Проведен анализ сеточной сходимости метода расчета коэффициента размножения нейтронов от глубины выгорания топлива. Выработаны рекомендации по количеству расчетных слоев в твэгах для недозамедленных систем (4÷8 слоев) и систем с жестким спектром (2÷4 слоя). Для оценки отклонения расчетов использовался бенчмарк VVER-1000 LEU and MOX. Расчеты, проведенные в программах САПФИР_95 и САПФИР_РФ, имеют результаты близкие, по отношению к данным, полученным в программах MCU, TVS-M, WIMS8A, HELIOS, MULTICELL. Максимальное значение относительного отклонения, отнесенного к среднему значению бенчмарка, при расчетах с использованием программы САПФИР_95 составило: для ТВС с урановым топливом 0,78 %, для ТВС со смешанным уран-плутониевым топливом 0,9 %. Для программы САПФИР_РФ значения отклонений равны 1,04 % и 1,41 % соответственно. Показано, что для недозамедленных систем с более жестким энергетическим спектром нейтронов, отсутствует явное снижение коэффициента размножения за счет применения СВП. Сделан вывод о возможном сокращении использования твэгов в сборках со смешанным уран-плутониевым топливом или отказе от них. В результате моделирования были получены зависимости распределения плотности потока нейтронов быстрой и тепловой групп в зависимости от глубины выгорания кассет. Результаты, полученные при расчете в САПФИР_95 и САПФИР_РФ, качественно не отличаются. 

1. Волков В.С., Лукьянов А.С., Чепкунов В.В., Шевяков В.П., Ямников В.С. Применение выгорающих поглотителей в ядерных реакторах. Атомная энергия. 1961;11(2):109–121. Режим доступа: https://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t11-2_1961/p122/ (дата обращения: 29.07.2025).

2. Крюков В.В., Пономаренко В.Б. Органы регулирования реакторов ВВЭР. Машиностроение ядерной техники. Книга 1. Москва: Машиностроение, 2005. С. 505–509. Режим доступа: https://elib.biblioatom.ru/text/mashinostroenie-yadernoy-tehniki_kn1_2005/p507/ (дата обращения: 28.05.2025).

3. Антонов С.Н., Русанов А.Д., Устинов А.Н., Фатеев М.Ф. и др. Расчет нейтронно-физических характеристик бенчмарка FullCore по программам TDMCC и «САПФИР_95&RC_ВВЭР». ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. 2020;1:20–33. Режим доступа: https://vant.vniief.ru/publication/vant_math/2020/120/files/20-33.pdf (дата обращения: 29.07.2025).

4. 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

5. Музафаров А.Р., Савандер В.И. Использование выгорающих поглотителей для снижения водообмена при жидкостном регулировании в реакторах типа ВВЭР. Атомная энергия. 2023;134(5-6):216–221. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/5300/5288 (дата обращения: 29.07.2025).

6. Внуков Р.А., Колесов В.В., Котов Я.А., Жаворонкова И.А. Исследование оптимального размещения выгорающего поглотителя в ТВС реактора ВВЭР-1200. Физика. Технологии. Инновации : тезисы докладов VIII Международной молодежной научной конференции (Екатеринбург, 17–21 мая 2021 г.). Екатеринбург : УрФУ, 2021. C. 142–144. Режим доступа: https://elar.urfu.ru/handle/10995/124270 (дата обращения: 29.07.2025).

7. Внуков Р.А., Жаворонков 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):1–6. Режим доступа: http://uzmu.phys.msu.ru/file/2021/1/2110303.pdf (дата обращения: 29.07.2025).

8. Энциклопедия нейтронных данных РОСФОНД. Полный пакет обоснования отбора оценок. ФГУП ГНЦ РФ Физико-энергетический институт. Обнинск, 2006. Режим доступа: https://xn--80ahadac6cday6jf5b.xn--p1ai/data/links/Obosnovanie_ROSFOND.pdf (дата обращения: 29.07.2025).

9. Data Formats and Procedures for the Evaluated Nuclear Data File ENDF/B-VI and ENDF/B-VII. Report BNL-NCS-44945-05-Rev. 2005. Available at: https://www.nndc.bnl.gov/endf-b6.8/endf-102-endf6.8.pdf (accessed: 29.07.2025).

10. NEA/NSC/DOC. A VVER-1000 LEU and MOX Assembly Computational Benchmark. Nuclear Energy Agency, 2002. Available at: https://oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2020-01/nsc-doc2002-10.pdf (accessed: 29.07.2025).

11. Гомин Е.А., Гуревич М.И., Жирнов А.П., Калугин М.А. и др. Программа MCU-FCP для расчета переноса нейтронов методом вероятностей первых столкновений. Атомная энергия. 2008;105(2):67–72. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/2416/2393 (дата обращения: 29.07.2025).

12. Гомин Е.А., Гуревич М.И., Майоров Л.В., Марин С. В. Описание применения и инструкция для пользователей программы MCU-RFFI расчета методом Монте-Карло нейтронно-физических характеристик ядерных реакторов. Москва: РНЦ «Курчатовскикй институт», 1994. 63 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01001700902?ysclid=mi7nf0grj3731484477 (дата обращения: 29.07.2025).

13. Третьякевич С.С., Сперанский Ф.А. Программные средства, применяемые для анализа и обоснования безопасности атомной электростанции в части нейтронно-физических вычислений. Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2017;1(3):361–372. Режим доступа: https://vestnik.ucp.by/arhiv/article.php?IdArt=387 (дата обращения: 29.07.2025).

14. Murphy B.D., Kravchenko J., Lazarenko A., Pavlovitchev A., Sidorenko V., Chetverikov A. Simulation of Low-Enriched Uranium (LEU) Burnup in Russian VVER Reactors with the HELIOS Code Package. ORNL/TM-1999/168. Available at: https://rsicc.ornl.gov/FMDP/TM1999_168.pdf (accessed: 29.07.2025).

15. Dastur A.R., Buss D.B. MULTICELL – a 3-D Program for the Simulation of Reactivity Devices in CANDU. AECL Report. AECL-7544. 1983 February. ISSN 0067-0367. Available at: https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&opi=89978449&url=https://inis.iaea.org/records/sz44e-9cw39/files/16042389.pdf&ved=2ahUKEwjy2fuP9peRAxX-IBAIHdJlBK8QFnoECCAQAQ&usg=AOvVaw08Yx2rO55mRhVtcUtkfVBu (accessed: 29.07.2025).

16. Arsenault B., Chow H.C. Evaluation of Supercell Methodologies Using ZED-2 Measurments. 2oth Annual Conference of the Canadian Nuclear Society Montreal, Quebec, Canada I May 30 – June 2, 1999. Available at: https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&opi=89978449&url=https://proceedings.cns-snc.ca/index.php/pcns/article/download/3372/3371/3407&ved=2ahUKEwicybOE_5eRAxU4TVUIHQ-wLzAQFnoECBwQAQ&usg=AOvVaw00rLSsawSjiWPCZFiQExfk (accessed: 29.07.2025).

17. Семишин В.В. Оценка нейтронно-физических свойств активной зоны реактора ВВЭР-1000 при использовании регенерированного уран-плутониевого топлива. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2023;2:15–26. https://doi.org/10.26583/npe.2023.2.02

18. Бобров Е.А. Исследование характеристик замыкания топливного цикла реакторов ВВЭР на основе РЕМИКС-технологии. Диссертация кандидата технических наук. Москва: НИЦ «Курчатовский институт», 2016. 129 стр. Режим доступа: https://www.dissercat.com/content/issledovanie-kharakteristik-zamykaniya-toplivnogo-tsikla-reaktorov-vver-na-osnove-remiks-tek (дата обращения: 29.07.2025).