Московский инженерно-физический институт (государственный университет) ФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МОДЕЛИ ЯЭУ С НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДЗАРЯДКОЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Ю.Н. ВОЛКОВ, научный руководитель В.И. НАУМОВ

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ Реактор Преобразование тепловой энергии в электрическую КПД=0.35 Внешний потребитель Зарядное устройство – Транспортировка топлива – Тепловые потоки – Передача электрической энергии Ускоритель протонов E прот =1 ГэВ Жидкометаллическая мишень Подкритический бланкет Отработанное топливо Подзаряженное топливо

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ : Представлена физическая модель ЯЭУ, включающей критический реактор и подкритическое зарядное устройство с ускорителем. Модель базируется на предположении, что ядерное топливо непрерывно циркулирует между реактором и зарядным устройством, восстанавливая свои размножающие свойства. Обсуждается физическая возможность повышения эффективности использования ядерного топлива за счёт увеличения выгорания и возможного расширенного воспроизводства.

Описание модели Используемые нуклиды: эффек. оск. Условие критичности в реакторе:

ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ( продолжение) Выгорание топлива. Для обеспечения непрерывного цикла необходимо, чтобы время нахождения топлива в реакторе или в зарядном устройстве было пропорционально объему топлива в этих зонах, т.е.:. Мощность на питание ускорителя: Модель нормируется на W 0 = 1000 МВт. Расчет модели проводился на обычном урановом топливе. При расчете моделировался спектр теплового реактора на спектре тяжеловодного реактора с легководным теплоносителем х = 2.0 %. Для моделирования спектра зарядного устройства использовался та же зона, но без замедлителя.

РАСЧЕТ ОДНОКРАТНОЙ ЗАРЯДКИ Топливо первоначально прожигается отдельно в реакторе (В = МВт*сут/тонна). Полученный нуклидный состав отработанного топлива заносится в модель (реализуется состояние, когда существует только зарядное устройство), Где это топливо заряжается до восстановления своих первоначальных размножающих способностей. Восстановленное топливо вновь прожигается в реакторе (В = МВт*сут/тонна). Баланс энергетических потоков за время подзарядки и выгорания рассматривается для п. 2 и 3 с нормировкой на энергию одного протона (1 ГэВ).

Реактор Преобразование тепла КПД=0.35 Топливо Тепло Электричество Ускоритель протонов E прот =1ГэВ Жидкометаллическая мишень (Свинец) Отработанное топливо Подзаряженное топливо 1.00 ГэВ 0.55 ГэВ 0.17 ГэВ 1.43 ГэВ 0.25 ГэВ 1.43 ГэВ 0.59 ГэВ; 33.3 % 5.06 ГэВ Преобразование тепла КПД=0.35 Внешний потребитель 1.18 ГэВ 66.7 % РАСЧЕТ ОДНОКРАТНОЙ ЗАРЯДКИ (1)

РАСЧЕТ ОДНОКРАТНОЙ ЗАРЯДКИ (2) Реактор Преобразование тепла КПД=0.35 Топливо Тепло Электричество Ускоритель протонов E прот =1ГэВ Жидкометаллическая мишень (Соли урана ) Отработанное топливо Подзаряженное топливо 1.00 ГэВ 4.00 ГэВ 0.17 ГэВ 1.43 ГэВ 1.46 ГэВ 1.43 ГэВ ГэВ 5.06 ГэВ Преобразование тепла КПД=0.35 Внешний потребитель 0.03 ГэВ

Расчет модели непрерывной циркуляции топлива

Выводы 1. Разработана модель непрерывно циркулирующего топлива для ЯЭУ состоящей из теплового реактора и подзарядного устройства, которая позволяет рассчитать основные параметры подобной системы в зависимости от дополнительного флюенса нейтронов, который можно реализовать за счет зарядного устройства. 2. Так получилось, что д ля выбранного типа топлива и реактора результат расчета получился следующим: подключение к тепловому реактору зарядного устройства состоящего из линейного ускорителя протонов с током пучка 300 мА дает выигрыш в выгорании в 1.5 раза, увеличение длительности кампании топлива в 2 раза, снижение потребности в топливе на 30 %. 3. В дальнейшем представляется необходимым уточнение как самих констант используемых при расчете, так и углубление самой модели, например, в плане того, чтобы каждый перегрузочный цикл рассматривался отдельно.