Выгорание ядерного топлива
Работа ЯР сопровождается многими физическими процессами, влияющими на его энергетические возможности и маневренные качества. Главные из них – выгорание и воспроизводство топлива, шлакование, стационарное и нестационарное отравление 135Хе и 149Sm. На работу ЯР существенное влияние оказывает температура различных компонентов активной зоны и ее изменения.
Ядерное топливо – материал, содержащий делящиеся и, как правило, воспроизводящиеся (сырьевые) нуклиды и обеспечивающий протекание ЦР в ЯР. В природе сохранился один делящийся нуклид, 235U – изотоп урана. Искусственно получают в количестве, достаточном для осуществления ЦР, нуклид 239Pu – изотоп плутония. В незначительных количествах в ЯР образуются делящиеся изотопы плутония 241Pu, 243Pu, а в специальных установках – изотопы калифорния Cf и др. Природный уран состоит из делящегося нуклида 235U (~ 0,7 %) и ядерного сырья 238U (~99,3%). Массовое (атомарное) содержание изотопа 235U в уране, выраженное в процентах, называют обогащением:
х = (mU235/mu)×100% » (NU235/NU)×100%, (3.1)
где mU235, mu и NU235, NU – масса и концентрация 235U и природного урана соответственно. Поступающий на обогатительный завод природный уран с xо= 0,711 % превращается в обогащенный с повышенным содержанием 235U (1 % < x < 90 %) и отвальный уран с пониженным содержанием 235U (xотв < 0,2–0,3 %). Соотношение между массами природного урана mu и обогащенного mU235 имеет вид:
Минимальное обогащение топлива в быстром ЯР с 235U составляет » 15 %, а с 239Ри и 233U ~ 10 %. Выгорание ядерного топлива – это процесс превращения ядер делящегося нуклида в ядра других, неделящихся нуклидов вследствие деления и радиационного захвата нейтронов. Количество разделившегося 235U за время t (сут) работы на мощности N (МВт), т. е. при энерговыработке Qк ~ Nt (МВт×сут),
mдeл = 1,05Nt = I,05Qк г, (3.3)
где 1,05 – масса урана (г), который необходимо разделить, чтобы получить энергию 1 МВт×сут; для 239Pu 1,07 г (МВт×сут). Количество образовавшегося 236U вследствие радиационного захвата нейтронов в 235U при работе ЯР на мощности N (МВт) в течение времени t (сут)
где Количество выгоревшего (т.е. разделившегося, и претерпевшего радиационный захват 235U при работе ЯР на мощности N (МВт) в течение времени t (сут) при энерговыработке Qк (МВт×сут)
В ЯР на тепловых нейтронах для 235U α = 0,17 и
mвыг = 1,23Nt г. (3.5)
Если выражать мощность в мегаваттах, а время работы в часах, то для 235U получим
где 0,051 – удельный расход топлива, г/(МВт×ч); Qк – энерговыработка, МВт×ч; Скорость выгорания прямо пропорциональна мощности ЯР. Например, для 235U
Если в качестве топлива используется природный или обогащенный уран, то при работе ЯР на мощности кроме основного изотопа 235U частично делится также 238U, что учитывается коэффициентом размножения на быстрых нейтронах μ. Кроме того, часть энергии деления ядра уносится за пределы активной зоны вместе с нейтронами и g-излучением. Если учесть эту потерю коэффициентом ηа.з. и деление 238U коэффициентом μ, то в общем случае количество выгоревшего 235U при работе ЯР на мощности N (МВт) в течение времени t (сут)
mвыгPu = 0,063N (МВт) t (ч) = 1,52N (МВт) t (сут) г. (3.9)
Один из важнейших показателей экономичности ЯР (ЯЭУ и АЭС в целом) – глубина выгорания топлива. Чаще всего среднюю глубину выгорания Если ЯР с загрузкой mтоп (кг) выработал N (МВт)× t (сут) = Qк (МВт×сут) энергии, то глубина выгорания
Иногда mтоп выражают в тоннах, а Для металлического урана В составляет 3–3,5 МВт×сут/кг, а для его соединений может быть значительно больше. В современных ВВЭР с обогащением 3–5 % при кампании 2–3 года с использованием частичных перегрузок В ЯР на мощности N (МВт) со строго установленным временем между очередными частичными перегрузками τяр (кампания ЯР, эф.ч) за время пребывания топлива (твэлов) в активной зоне τтоп = nτяр (кампания топлива, эф. ч), т. е. после п перегрузок,
Для ВВЭР-1000 основным вариантом принят режим работы с п = 3, τяр = 7000 ч, начальным обогащением х = 3,5–4,5 %, при этом Глубину выгорания можно также выражать отношением масс выгоревшего делящегося нуклида, например 235U (mвыг, кг), и загруженного топлива (mтоп, т):
Так как энергии в 1 МВт×сут соответствует 1,23×10-3 кг выгоревшего 5U, то:
Если mвыг и mU брать в одинаковых единицах, то глубину выгорания можно выражать в процентах:
Следовательно, Можно относить выгоревший делящийся нуклид (mвыг) к загруженному делящемуся нуклиду (mu235; mPu239)
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (789)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |