Применение спектрального регулирования и выгорающих поглотителей для снижения запаса реактивности в водо-водяном реакторе

Представлен расчетный анализ применения спектрального регулирования и выгорающих поглотителей в водо-водяном реакторе для снижения запаса реактивности, компенсируемой жидкостной системой. 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. Рассмотрена модель активной зоны водо-водяного реактора с тепловой мощностью 1600 МВт, набранная из 163 ТВС, из которых в 31 ТВС находятся стержни-вытеснители из оксида природного урана UO₂. Для частичной компенсации избыточной реактивности применялись твэги с массовым содержанием Gd₂О₃ 8 %. Для оценки влияния жесткости спектра на эффективность компенсации избыточной реактивности разработана модель активной зоны с размещением вытеснителей в 61 ТВС. Рассмотрено перемещение вытеснителей в процессе кампании с постоянной скоростью и полным их извлечением на 650 сутки. Ужестчение спектра позволило снизить критическое содержание борной кислоты в течении 550 суток кампании. Увеличение массового содержания Gd₂О₃ в твэгах до 13,5 % позволило снизить концентрацию борной кислоты в начале кампании до 0,3 г/кг. Предложена модель активной зоны, в составе которой используются ТВС с ПЭЛ, перемещаемыми в ручном режиме в течение кампании. Так же предусмотрены ТВС с ПЭЛ, выполняющими функцию аварийной защиты. Массовое содержания Gd₂О₃ в твэгах 13,5 % позволило снизить запас реактивности, компенсируемый рабочими органами СУЗ и системой борного регулирования до 4,37 %. При этом на систему борного регулирования приходится 57,9 % этого запаса. Показано, что для разработанной модели активной зоны концентрация борной кислоты остается равной в среднем 0,3 г/кг в течение всей кампании.

1. АО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» 75 лет / А.К. Подшибякин, С.Р. Сорокин, С.О. Титова и др.; гл. ред. В.А. Пими-нов. – Подольск: ОАО «ПФОП», 2021. 308 с. Режим доступа: https://elib.biblioatom.ru/text/okb-gidropress-75-let_2021/p107/ (дата обращения: 24.03.2026)

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

3. Жихарева Н.С., Коноплев К.А., Онегин М.С. Использование выгорающих поглотителей в реакторе ПИК для увеличения кампании. Атомная энергия. 2021;131(5):248-253. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/4808/5103 (дата обращения 31.03.2026).

4. Кириллов К.В., Ахметова П.В., Семишин В.В., Столотнюк Я.Д. Расчетное моделирование выгорающих поглотителей на основе бенчмарка уранового и смешанного уран-плутониевого топлива ВВЭР-1000. Глобаль-ная ядерная безопасность. 2025;15(4):48-57. EDN: DWJEEE. https://doi.org/10.26583/gns-2025-04-05

5. Самойлов О.Б., Алексеев В.И., Галицких В.Ю. Оптимизация компенсации запаса реактивности на выгора-ние в транспортных реакторах с использованием борных поглотителей. Атомная энергия. 2014;116(1):53-55. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/1270/1251 (дата обращения 31.03.2026).

6. Элазака А.И., Савандер В.И., Тихомиров Г.В. Сравнительная оценка диапазона спектрального регулиро-вания запаса реактивности в реакторах с водой под давлением с помощью циркониевых вытеснителей для уранового и ториевого топливных циклов. Глобальная ядерная безопасность. 2021;(2):58-67. https://doi.org/10.26583/gns-2021-02-06

7. Кускеев И.Ш., Семишин В.В., Лебедева Е.А., Столотнюк Я.Д. Расчетное моделирование нейтронно-физических характеристик активной зоны водо-водяного реактора с изменяемым спектром нейтронов. Глобаль-ная ядерная безопасность. 2025;15(2):46-55. EDN: IMZUZC. https://doi.org/10.26583/gns-2025-02-05

8. Кавун О.Ю., Увакин М.А., Безруков Ю.А., Шарый Н.В. О применении метода сеток для нейтроннофизиче-ских 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: 09.04.2026).

9. Коренной А.А., Титов С.Н., Литус В.А., Неделин О.В. Управление аксиальным распределением поля энер-говыделения в активной зоне ВВЭР-1000 при переходных процессах . Атомная энергия. 2000;88;4:252-257. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/2999/2945 (дата обращения: 09.04.2025).