Спосіб збільшення коефіцієнта відтворення вторинного ядерного палива

Спосіб збільшення коефіцієнта відтворення вторинного ядерного палива в ядерному реакторі на низькозбагаченому урані, що належить до ядерних технологій, який відрізняється тим, що в об'єм сповільнювача (звичайної води) вводять речовину з меншою середньою логарифмічною втратою енергії - важку воду. (19) (21) u201004003 (22) 06.04.2010 (24) 25.10.2010 (46) 25.10.2010, Бюл.№ 20, 2010 р. (72) ПОНОМАРЕНКО ПАВЛО АФІНОГЕНОВИЧ, БЕЗОТОСНИЙ СЕРГІЙ СЕРГІЙОВИЧ, ВОЛКОВА ОЛЕКСАНДРА ЮРІЇВНА (73) СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЯДЕРНОЇ ЕНЕРГІЇ ТА ПРОМИСЛОВОСТІ 3 53927 4 Ф - густина потоку нейтронів; тю уникнути резонансного захоплення нейтронів φ - вірогідність резонансного захоплення нейураном U238. Створюючи не оптимальні уран-водні 238 тронів ураном U ; решітки можна добитися зниження вірогідності N1 - число ядер плутонію Рu241; уникнути резонансного захоплення нейтронів ураN5 - число ядер урану U235; ном U238 і, як наслідок, збільшити число резонанс238 238 N8 - число ядер урану U ; них захоплень нейтронів ураном U , що у свою 239 N9 - число ядер плутонію Рu ; чергу приводить до збільшення числа поділів урану U238 і утворенню плутонію Рu239 як продукту - вік нейтронів довільної енергії; 2 розпаду урану U238 [1]. В - геометричний параметр. Недоліками методу є: Рівняння (1) показує зменшення кількості ядер - необхідність створення специфічних уранурану U238 в процесі роботи ядерного реактора за водних решіток; рахунок поглинання теплових нейтронів. Ефектом - створення неоптимальних уран-водних решірозмноження нейтронів за рахунок поділу урану ток з малою вірогідністю уникнути резонансного U238 швидкими нейтронами з енергією більшою 1,1 захоплення нейтронів спричиняє за собою значне МеВ нехтуємо, оскільки коефіцієнт розмноження зниження початкового запасу реактивності і, як на швидких нейтронах у всіх ядерних реакторах на наслідок, зменшення кампанії реактора. теплових нейтронах не перевищує 1,01 %. Перший Технічним завданням корисної моделі є ствододанок рівняння (1) показує зменшення кількості рення високоефективного способу збільшення ядер урану U238 в ядерному реакторі на теплових коефіцієнта відтворення вторинного ядерного панейтронах за рахунок поглинання резонансних лива. нейтронів. У всіх ядерних реакторах на теплових Поставлене технічне завдання реалізується нейтронах ці доданки не регульовані і змінюються шляхом зміни складу сповільнювача (звичайної в процесі роботи ядерного реактора. води) за рахунок введення в його об'єм речовини Через те, що σа8 мале (σа8=2,7 барн для стан(важкої води) з меншою середньою логарифмічдартних нейтронів), зменшення кількості ядер урану U238 в процесі роботи ядерного реактора на ною втратою енергії , внаслідок чого збільшуєтьтеплових нейтронах з низькозбагаченим ядерним ся число нейтронів здатних викликати поділ урану паливом незначне. U238. Рівняння (2) є швидкістю утворення вторинноЗапропонований спосіб полягає в наступному. го ядерного палива плутонію Рu239. Перші два Важку воду вводять до складу сповільнювача члени рівняння (2) нерегульовані і описують швид(звичайної води) через систему підживлення перкість утворення плутонію Рu239. Третій член рівшого контуру. Збільшення концентрації важкої во239 няння (2) описує швидкість убутку плутонію Рu ди в загальному об'ємі сповільнювача (звичайній за рахунок поділу тепловими нейтронами. Четверводі) ядерного реактора на теплових нейтронах на тий член рівняння (2) показує убуток ядер плутонизько-збагаченому урані приводить до збільшеннію Рu239 за рахунок радіаційного захоплення тепня коефіцієнта відтворення вторинного ядерного лових нейтронів. Зміна членів рівняння (2) в будьпалива. якому ядерному реакторі на теплових нейтронах з Змішування звичайної і важкої води провонизькозбагаченим ураном відбувається природним диться в пропорціях, залежних від загального шляхом, залежно від нейтронно-фізичних характеоб'єму сповільнювача і необхідного приросту коеристик активної зони ядерного реактора, тобто фіцієнта відтворення вторинного ядерного палива. вони нерегульовані. Важка вода характеризується іншими нейтУ ядерних реакторах на теплових нейтронах ронно-фізичними характеристиками в порівнянні із як сповільнювач (теплоносій) використовується звичайною водою і в реакторах, що працюють на звичайна вода з відомими нейтронно-фізичними важкій воді, ці характеристики залишаються нехарактеристиками, які в процесі роботи не змінюзмінними. Наявність важкої води у складі сповільються. При зіткненні з ядрами сповільнювача (звинювача (звичайної води) приводить до того, що чайної води) нейтрони втрачають в середньому вірогідність резонансного захоплення нейтронів одну і ту ж частку своєї первинної енергії, визначузалежить від концентрації важкої води в сповільвану значенням середнього логарифмічного декнювачі (звичайній воді). У такому разі мікроскопічремента енергії . ний переріз розсіяння для надтеплових нейтронів Число актів резонансного захоплення нейтрозмінюватиметься від 46 барн (звичайна вода) до нів ядрами U238, що відбуваються щомиті в 1 см3 10,5 барн (важка вода), а середній логарифмічний палива, визначається добутком швидкості генерадекремент енергії , змінюватиметься від 0,948 ції сповільнювальних нейтронів на вірогідність (звичайна вода) до 0,57 (важка вода) відповідно резонансного захоплення (1-φ). [2]. Коефіцієнт відтворення прямо пропорційний: При зіткненні з ядрами сповільнювача (звивірогідності уникнути резонансного захоплення; чайної води) нейтрони втрачають в середньому числу вторинних нейтронів, що доводяться на одну і ту ж частку своєї первинної енергії. Викори235 один тепловий нейтрон, поглинений ураном U ; стання важкої води, середній логарифмічний деккоефіцієнта розмноження на швидких нейтронах і ремент енергії , якої менше, ніж у звичайної води, вірогідності уникнути витоку сповільнювальних приведе до зниження втрати енергії нейтронів при нейтронів [1]. зіткненні з ядрами сповільнювача - в результаті Існує метод збільшення коефіцієнта відтвоодного акту зіткнення з ядрами важкої води нейтрення вторинного ядерного палива, заснований на рон втрачає менше енергії. створенні уран-водних решіток з малою вірогідніс 5 53927 6 Отже, збільшуючи концентрацію важкої води в вач, в результаті одного акту зіткнення з ядрами загальному об'ємі сповільнювача (звичайної води), сповільнювача нейтрон втрачає менше енергії. знижується сповільнювальна здатність сповільнюТаке погіршення сповільнювальної здатності вача (звичайної води). сповільнювача приводить до збільшення кількості Кількість зіткнень (Кзіт) нейтронів з ядрами взаємодій нейтронів спектра поділу з ядрами спосповільнювача до втрати ними здатності викликавільнювача (розчин важкої води в звичайній воді) ти резонансне захоплення розраховується за фодо втрати ними енергії, необхідної для поділу урармулою: ну U238, що у свою чергу приводить до збільшення кількості нейтронів, не встигаючих сповільнитися E ln 1 до теплової енергії, вони наближаються до області E2 резонансного поглинання в урані U238 [2]. Отже, K зіт знижується вірогідність уникнути резонансного де: захоплення нейтронів ураном U238 і збільшується Е1 - енергія середнього сповільненого нейтрокоефіцієнт відтворення вторинного ядерного пана перед кожним розсіювальним зіткненням; лива - плутонію Рu239 як продукту розпаду урану Е2 - енергія середнього сповільненого нейтроU238. на після кожного розсіювального зіткнення; Запропонований спосіб збільшення коефіцієн- середній логарифмічний декремент енергії, та відтворення вторинного ядерного палива в ядедля звичайної води рному реакторі на низькозбагаченому урані на =0,948, для важкої води =0,57 [1]. теплових нейтронах відрізняється тим, що, збільшуючи концентрацію важкої води в сповільнювачі, Для звичайної води =0,948, тоді Кзіт: відбувається зсув спектра ділильних нейтронів в 6 2 10 область надтеплових енергій а, отже, в область ln 0,025 резонансів U238 (від 6 еВ до 100 еВ), що в свою K зіт 19 0,948 чергу приводить до збільшення резонансного погДля важкої води =0,57, тоді Kзіт: линання нейтронів ураном U238 і утворення вторинного ядерного палива плутонію Рu239. Викорис2 106 ln товуючи гірші сповільнювальні властивості важкої 0,025 води, розчиненої в сповільнювачі (звичайній воді), K зіт 32 0,57 збільшується резонансне поглинання нейтронів З приведеного розрахунку випливає що, не міураном U238, а отже, збільшується коефіцієнт відтняючи уран-водну решітку активної зони реактора, ворення вторинного ядерного палива - плутонію 239 238 є можливість зміни (погіршення сповільнювальної Рu , як продукту розпаду урану U . здатності сповільнювача) нейтронно-фізичних хаДжерела інформації: рактеристик сповільнювача (звичайної води) шля1. А.А. Саркисов, В.Н. Пучков. Судовые реакхом збільшення концентрації важкої води в сповіторы и парогенераторы. М.: Военное издательство льнювачі (звичайній воді) ядерного реактора. За 1985. рахунок збільшення концентрації важкої води в 2. А.А. Саркисов, В.Н. Пучков. Физические оссповільнювачі, сповільнювальні властивості якої новы эксплуатации ядерних паропроизводящих гірші, ніж у звичайної води, вживаної як сповільнюустановок. М: Энергоатомиздат, 1989. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601