Раздел 5. Ториевый реактор нераспространитель ВВЭР-Т.

Одним из направлений, которое развивается в последние годы в РНЦ КИ является разработка реактора-нераспространителя. Проработка выполняется применительно к реактору ВВЭР-1000. Используемый подход основан на следующих конструктивных и технологических особенностях:

•Полной совместимости конструкции ТВС ВВЭР-Т с конструкцией существующих реакторов ВВЭР-1000.

•Использования разборной конструкции ТВС ВВЭР-Т, позволяющей создать наиболее благоприятные условия (по нейтронном балансу и длительности облучения) для тория, помещенного в бланкетную часть ТВС за счет нейтронов ТВС запала (см. Рис.1).

•Применения для ТВС запала хорошо освоенных технологий судовых установок (пучки фигурных твэл с завивкой и дистанционированием по ребрам, использующие компактную уран-циркониевую композиция с высокой теплопроводностью, высокой энергонапряженностью и ресурсом до глубоких выгораний, рис.3)

•Применения керамической (или металлокерамической) уран-ториевой композиции в

традиционной по форме и дистанционированию топливной решетке ТВС бланкета (рис.2). Показано, что принятые решения позволяют получить следующие преимушества по сравнению

ссуществующей конструкцией ВВЭР-1000:

1.Создать дополнительный физический барьер распространению делящихся материалов, присутствующем как в свежем так и в облученном топливе (Xfresh/spent < 20%).

2.Снизить затраты на ежегодную подпитку не менее, чем на 10%

3.Снизить объем хранилищ ОЯТ не менее, чем в 2 раза

4.Упростить проблемы обращения с ОЯТ за счет существенного снижения накопления в них долговременной радиотоксичности.

5.Создать условия для утилизации излишков оружейных делящихся материалов.

6.Создать условия для скорейшего осуществления демонстрационных испытаний опытных

твэлов и ТВС ВВЭР-Т в действующих реакторах типа ВВЭР-1000 В настоящее время подготовлена (а по ряду позиций уже реализуется) программа

дополнительных экспериментов по отработке ключевых положений конструкции и технологий ТВС ВВЭР-Т.

Ниже сформулированы следующие ближайшие задачи экспериментальных исследований, направленных на верификацию и усовершенствование расчетных методик и программ для реактора ВВЭР-Т:

•Программа экспериментальных исследований т/г характеристик на стендах СВД и КС РНЦ КИ.

•Программа отработки топлива запала и бланкета (начальная стадия).

•Изучение альтернативных топливных композиций (керметы и МТ)

К настоящему времени изготовлены имитаторы для изучения и проводятся эксперименты на стенде СВД, предназначенном для термо-гидравлических исследований пучков электрообогреваемых имитаторов твэлов в условиях (давление, расход теплоносителя, линейная нагрузка) соответствующим режиму их работы в реакторе ВВЭР-1000.

Целью первой серии экспериментов на СВД являлось уточнение гидравлического сопротивления одно и двухфазному потоку теплоносителя в каналах с трехлопастным твэлом запала, завитым вдоль оси с шагом 720 мм и уточнение условий возникновения в нем кризиса теплоотдачи. Полученные результаты свидетельствуют о наличии в таком канале радиальной составляющей потока теплоносителя, препятствующей возникновению кризиса теплоотдачи при нагрузках характерных для эквивалентного крулого твэла.

Среди работ по топливу ВВЭР-Т, уже выполненных к настоящему времени отметим следующие:

•-на основе анализа имеющихся экспериментальных данных для уранового и ториевого диоксидов по газовыделению, механическому и химическому взаимодействию топлива с оботлочкой (PCI) и прогнозирования их термохимического поведения при глубоких выгораниях разработана предварительная спецификация на их изготовление;

•изготовлена оснастка и на основе разработанной спецификации изготовлена партия опытных таблеток высоко-плотного уран-ториевого диоксида (~96% от теоретической

плотности), проведены тесты по их доспекаемости и металлографические исследования по изучению распределения пористости и структурных характеристик (см. Рис.2)

•проработан детальный план ампульных экспериментов для аттестации технологии изготовления топлива бланкета;

•изготовлены опытные образцы твэлов запала с различным содержанием урана в сплаве (от 20 до 55%) и проведено уточнение их теплофизических характеристик ;

•по технологии совместного прессования изготовлены в реальной геометрии циркониевые имитаторы для экспериментов с электрообогревом (Рис. 3-4)

•проработан детальный план ампульных экспериментов для аттестации технологии изготовления топлива запала.

•Изучены альтернативные варианты топливных композиций на основе керметов и МТ. Разработан план работ для последующего этапа, конечной целью которого является обоснование и лицензирование демонстрационных испытаний одиночных твэлов запала и бланкета (2003 г) и опытных ТВС ВВЭР-Т на действующем серийном блоке с реактором ВВЭР1000 (2005 г)

Библиография:

1.Н.Н. Пономарев-Степной, А.Г.Морозов, В.В.Кевролев, В.В.Кузнецов , В.Ф.Кузнецов, “Легководный ториевый реактор-нераспространитель ВВЭР-Т' “Атомная Энергия”, том 85 вып. 4, октябрь 1998

2.N.N.Ponomarev-Stepnoj etc. “Progress in the development of light-water thorium nonproliferative reactor VVER-T” ANS Meeting, July 5-9, Boston