Оптимизация неравномерности энерговыделения топливных загрузок.

Для наглядности значения решения поставленной задачи проанализируем неравномерность энерговыделения однородной цилиндрической активной зоны эквивалентных размеров. Распределение нейтронного потока Φ по радиусу в такой зоне имеет вид функции Бесселя, по высоте поток распределен по косинусу. Распределение энерговыделения Ψ на начало кампании тождественно распределению Φ поскольку

Ψ ~ Σ_f Φ, где Σ _f – сечение деления, а Σ _f = const на начало кампании.

Отсюда следует, что максимум энерговыделения однородной зоны находится в ее центре, причем:

K_r = 2,31; K_z = 1,57; K_о =3,62, что значительно выше предельных значений в табл.5.

Уменьшение неравномерности энерговыделения до приемлемых значений коэффициентов в активных зонах реакторов ВВЭР достигается применением топливного цикла с так называемой частичной выгрузкой. Он заключается в следующем:

• при останове реактора на перегрузку по выработке запаса реактивности на выгорание из зоны выгружается только часть ТВС, имеющих максимальное выгорание;

• оставшиеся в зоне ТВС переставляются с тенденцией «больше выгорание – ближе к центру»;

• на периферийный ряд устанавливаются свежие ТВС. Так же некоторая часть, в зависимости от выбранного топливного цикла, устанавливается в отдаленные от периферии ряды, но отдельными единицами, в окружении выгоревших;

• в так называемых стационарных загрузках, которые следуют за первыми одной-двумя переходными, ТВС используются одного типа обогащения. В переходных загрузках выгорание моделируется использованием ТВС меньшего обогащения.

Очевидно, что перемещая ближе к центру, в сторону увеличения нейтронного потока Φ выгоревшие ТВС с меньшим сечением деления Σ_f , мы уменьшаем энерговыделение ~ Σ_f Φ центрального района, чем добиваемся снижения неравномерности.

В некоторых загрузках в отдельные ячейки периферийного ряда устанавливаются выгоревшие ТВС при сохранении общего числа загружаемых свежих ТВС. Такая установка имеет другой, более тонкий физический смысл. Компоновку зоны она усложняет, поскольку приводит к энергетической разгрузке периферийных ТВС, относительное энерговыделение которых K_q менее единицы, и нагружает и без того нагруженный центр. Но следует обратить внимание на то, что выгоревшие ТВС устанавливаются в районе максимального всплеска тепловых нейтронов, т.е. максимальной утечки быстрых. В результате снижается градиент быстрых нейтронов на границе активной зоны, соответственно снижается утечка быстрых нейтронов из зоны и как бы получается их экономия в целом. Это реально увеличивает К_эфф. и запас реактивности на выгорание.

Длительность кампании увеличивается на ~ 2 эффективных суток.*

В настоящее время наиболее широко используются топливные циклы, при которых при перегрузке выгружается одна треть или одна четверть зоны. Естественно, что для обеспечения необходимой длительности кампании в случае выгрузки меньшей части зоны используются ТВС подпитки с большим обогащением. Данные по топливным циклам сведены в табл. 5.

Табл. 5.

№ п/п	Наименование	ВВЭР-1000		ВВЭР-440
1.	Количество выгруженных ТВС	1/3	1/4	1/3	1/4
2.	Обогащение ТВС подпитки (%)	3,6	4,4	3,6	4,4
3.	Длительность работы загрузки (эфф. сутки)	~ 280	~ 280	~ 280	~ 280

Из таблицы следует, что в применяемых в настоящее время топливных циклах длительность работы загрузки составляет ~ 280 эффективных суток. При КИУМ**, с которым эксплуатируются реакторы ВВЭР (0,75 ÷ 0,8) такая длительность образует годовой цикл. Поэтому топливные циклы называются трех - или четырехгодичными. Однако сейчас прорабатываются циклы с увеличенным до ~ 350 эфф.сут. временем работы загрузки, что позволит резко увеличить КИУМ.