Решение:

а) Начальная загрузка быстрого реактора на кампанию =15 т, с содержанием плутония 0,2 15=3 т. Для каждой частичной перегрузки требуется 5т топлива, из которых 1 т плутония. Для запуска быстрого реактора необходимо иметь запас как для начальной загрузки. Так и для 5-ти частичных перегрузок при заданном времени внешнего цикла переработки 2 года:

3т + 1 5 т= 8 т.

Ежегодно с одного блока ВВЭР-1000 выгружается топливо =3000 0,8 365/40000=22 т (U). Наработка 0,18 42=7,6 кг/т или 166 кг в годовой выгрузке. Для наработки 8 т плутония для быстрого реактора понадобится переработать топливо из 8000/166=48 блоков ВВЭР-1000. Таким образом, для запуска ежегодно одного быстрого реактора необходима наработка

48 ГВт год (э) ВВЭР-1000.

б) Ежегодный расход топлива ВВЭР-1000 составляется 22,8 т обогащенного урана, что соответствует расходу природного урана (для .

22,8 (4,4-0,26)/(0,71-0,26) = 210 т. С учетом возвращения в цикл КВЦ=0,24. потребность в уране снижается до 160 т. Если бы нарабатываемый в ВВЭР-100 плутоний в количестве 7,6 кг/т в год возвращался в тот же реактор, то экономя определялась бы величиной: = 0,24+7,6/44=0,41 (эффективность и предполагаем одинаковой). Тогда природного урана потребовалось бы 124 т. Эффективно теряется 160-124=36 т природного урана в год на один блок, а для 48 блоков, топливо с которых дает плутоний для запуска одного быстрого реактора, эта величина будет =48 36=1728 т (U)=2030 т . Это определяет расход ресурсов на запуск одного быстрого реактора с уран-плутониевым топливом.

5.6.Оценить потребности в ресурсах природного урана за срок службы 40 лет и его стоимость при цене 700 руб./кг (U) (концентрацию ²³⁵U в отвале принять равной 0,26%):

а) для реактора РБМК-1000 (к.п.д. 0,31, к.и.м. 0,85, В = 18000 МВт сут./т, обогащение свежего топлива 1,8%, эффективная кампания топлива 1080 сут.);

б) для тяжеловодного реактора на природном уране (тепловая мощность 3200 МВт, В=7500 МВт сут/т, к.и.м. 0,8, эффективная кампания топлива 1 год).

Решение:

а) G_x=

G_ox=

G_сл^x= G_ox+ G_x(Т_сл-Т_пер)=154.84+52.33·40=2248.04 т

Т_пер=0

G_x^пр.u=f· G_сл^x= · G_сл^x= · 2248.04=7693.392 т

С= G_x^пр.u· Ц=7693.392·700=5.385 млрд.руб

б) G_x=

G_ox=124.586 т

G_сл^x= G_ox+ G_x(Т_сл-Т_пер)=124.586+124.586·40=5108.02 т

Т_пер=0

G_x^пр.u=f· G_сл^x= · G_сл^x= · 5108.02=5108.02 т

С= G_x^пр.u· Ц=5108.02·700=3.575 млрд.руб

Ответ: а) G_x^пр.u=7693.392 т; С=5.385 млрд.руб. б) G_x^пр.u=5108.02 т, С=3.575 млрд.руб

Задача 5.7

Оцените максимальный уровень мощности развивающейся ядерной энергетики с реакторами на тепловых нейтронах ВВЭР–1000 без рецикла, время службы – 40 лет, приняв потребность в ресурсах на один блок за весь срок службы – 8000 т (U₃O₈), а общий объем запасов урана – 1,6 млн. т. (U₃O₈). За начало отсчета примите 2010 г. с суммарной мощностью АЭС – 10 ГВт, ежегодный прирост мощностей считайте равным 5 ГВт.

Дано: Найти:

=40 лет, t0=2010 г.

,

Решение:

максимальное число блоков ВВЭР-1000 при данных запасах и без возврата топлива в цикл равно: блоков.

Уровень мощности энергетики при заданном приросте в году t описывается линейной зависимостью . Максимальный уровень энергетики будет достигнут через 40 лет в 2050 году, и составит , т.к. в последующие годы число вводимых блоков станет равным числу выводимых по истечении срока службы. Затем в течение 22 лет уровень мощности будет оставаться неизменным до запуска остальных 110 блоков, а затем ввод прекратиться, и в оставшиеся 18 лет мощность будет снижаться по 5 блоков в год. График развития ядерной энергетики представляет собой трапецию, площадь под которой равна 7980 ГВт лет (э).

Ответ: .