45 Глубина выгорания топлива.

Важной характеристикой работоспособности активной зоны являет­ся глубина выгорания топлива.

Существует несколько способов опреде­ления этой характеристики. Иногда глубина выгорания (kг/т) характе­ризуется отношением массы выгоревшею радионуклида (например, ²³⁵U) т_ВЫГ к загруженному топливу т_Т0П

В = m_выг / m_топ

Иногда используется для этой цели отношение массы выгоревшего урана к загруженному т⁵ (доля первоначального количества ядер данного типа, которые испытали ядерное превраще­ние):

В = m_выг / m₅ ∙100

Характеризуется глубина выгорания топлива и отношением коли­чества ядер накопившихся осколков деления к обьему среды V (см³), в которой происходит деление:

где N_0ck — концентрация ядер осколков деления, ядер/см³; Nдел ~ число разделившихся в среднем на два осколка ядер топлива в единице объема активной зоны, ядро/см³; m_дел - масса разделившегося ура­на, г; V — объем топлива в активной зоне.

 

Но чаще всего глубину выгорания определяют как отношение выра­ботанной тепловой энергии за время кампании реактора к массе загру­женного урана В= Q_к/m_топ (измеряется в МВт*сут/тU)

В= Q_к/m_топ

Фактически эта величина характеризует накопление продуктов деления в граммах на тонну урана, так как деление 1,05 г урана (т.е. накопление 1,05 г продуктов деления) сопровождается освобождением энергии примерно 1 МВт*сут.

Для ВВЭР при кампании три года, с использованием частич­ных перегрузок один раз в год, глубина выгорания достигает значения 40 ГВт•сут/т.

В процессе работы ВВЭР наблюдаются распухание топливных табле­ток из-за накопления продуктов деления и увеличение давления газо­образных осколков деления на оболочку. Это ограничивает допустимую глубину выгорания.

Воспроизводство

В связи с тем что в реакторах ВВЭР используется в качестве топ­лива слабообогащенная двуокись урана, основу которого составляет радионуклид ²³⁸U.

Часть нейтронов, образующихся при делении ²³⁵U, захватывается ядрами ²³⁸U. При этом образуются новые радионукли­ды, в том числе и изотопы плутония.

 

Образовавшийся плутоний принимает участие в цепной реакции деле­ния, увеличивая тем самым запас реактивности.

Количество накапливаю­щегося при работе реактора плутония можно оценить, если известен КВ, равный отношению количества накопленных атомов плутония к количеству всех разделившихся ядер:

Выгорание, шлакование, воспроизводство - эти процессы изменяют запас реактивности одновременно и зависят только от энерговыработки, поэтому при проведении эксплуатационных расчетов их учитывают одновременно.

В ВВЭР на компенсацию этих процессов отводится до 20-30 % запаса реактивности (запас реактивности на выгорание).

Изменение запаса реактивности по мере энерговыработки характери­зуется темпом выгорания

dp/dQ_Ki %/эф.сут,

отображающим изменение реактивности при изменении энерговыработки.

Например, значение темпа выгорания для ВВЭР-440 равно 0,03 %/эф. сут.