Б.Р.БЕРГЕЛЬСОН, Г.В.ТИХОМИРОВ1

 

Институт Теоретической и Экспериментальной Физики

1Московский государственный инженерно-физический институт

(технический университет)

 

ТЯЖЕЛОВОДНЫЙ ТОРИЕВЫЙ РЕАКТОР

С ЭЛЕКТРОЯДЕРНЫМ ИСТОЧНИКОМ

 

Обсуждаются вопросы включения тория в ядерную энергетику. Предлагается энергетическая установка, включающая тяжеловодный реактор и ускоритель с мишенью и бланкетом. Основным достоинством предлагаемой установки является принципиальная возможность, с учетом химической переработки топлива, использовать торий в качестве топлива атомной энергетики.

 

При длительной эксплуатации реактора в топливе устанавливаются равновесные концентрации изотопов для каждого элемента. Для тяжелых элементов, у которых есть делящиеся изотопы, равновесная смесь зависит от наличия сырьевого нуклида и спектра нейтронов. Сырьевым нуклидом для смеси U (232, 233, 234, 235, 236) является Th232, для смеси Pu (238, 239, 240, 241, 242) является U238.

Если равновесная смесь в заданном спектре нейтронов критична и обладает достаточным запасом реактивности для коммерческой эксплуатации реактора, то возможен замкнутый топливный цикл в рамках которого “сжигается” весь сырьевой нуклид без привлечения обогатительного производства, но при развитом радиохимическом производстве.

В существующих тепловых реакторах вышеуказанные смеси либо подкритичны, либо не обладают достаточным запасом реактивности. В таблице приведены значения коэффициентов размножения “свежих” ТВС, содержащих равновесные концентраций Th-U и U-Pu топливных композиций в тепловых ректорах типа CANDU и PWR. Для получения значений коэффициентов использовался комплекс SCALE-4.3[1].

 

Таблица. Коэффициенты размножения “свежих” ТВС

 

Композиция

CANDU

PWR

232Th+{U}

1.045

1.008

238U+{Pu}

0.983

0.955

Для улучшения характеристик смесей можно использовать ускоритель с мишенью и бланкетом (AWC), в котором располагаются “свежие” ТВС с равновесным топливом. Выдержка равновесных ТВС в спектре электроядерного источника позволит дополнительно накопить делящиеся нуклиды и повысить запас реактивности до нужного уровня.

 

 

Рис.1. Изменение коэффициента размножения топлива в режиме CANDU:

         1 – с выдержкой в бланкете AWC;               2 – без выдержки

 

На рис.1 иллюстрируется роль выдержки “свежей” ТВС с равновесным топливом в бланкете AWC. При расчетах использовалась модель мишени и накопительного бланкета подробно описанная в [2].

Разработка подобных систем особенно актуальна для ториевого цикла, в котором всегда останется вопрос о начальном обогащении топлива.

 

Список литературы

1. SCALE: A Modular Code System for Performing Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation, NUGER/CR-0200.// Rev. 4 (ORNL/NUGER/CSD-2/R4), Vols I, II, and III (draft November 1993). Available from Radiation Shielding Information Center as CCC-545.

2. Бергельсон Б.Р., Тихомиров Г.В., Шведов О.В. “Одноцелевая электроядерная установка с использованием природного урана в качестве топлива”. // Атомная энергия, том 87-3, сентябрь 1999.