Эффективность использования топлива ВВЭР-1000

Первые реакторы ВВЭР-1000 имели глубину выгорания 28 МВт×сут/кг U (аналогично ВВЭР-440). При этом сборка работала 2 года. В настоящее время глубина выгорания увеличена до 40 МВт×сут/кг U и срок работы сборки - 3 года. В перспективе планируется переход на четырехгодичный цикл, для чего предполагается замена штатных ТВС на усовершенствованные ТВС, в которых в качестве выгорающе поглотителя используется Гадолиний. При этом глубина выгорания может быть увеличена до 50…60 Мвт×сут/кг U.

Основной фактор, ограничивающий выгорание - механический контакт «топливо-оболочка» из-за разбухания топлива. Основная причина разрушения оболочки - корозионное растерскивание под напряженим, которое происходит в атмосфере агрессивных продуктов деления. Кроме того разрушению оболочки способствуют циклические напряжения (разогрев и расхолаживание при пусках-остановах).

Конструктивные особенности кипящих реакторов с водой под давлением на примере одного из типов энергетических реакторов.

Корпусные кипящие реакторы

Особенности:

1. Отсутствие дорогостоящего парогенератора.

2. Пониженное давления I контура при одинаковых давлениях на турбину

3. Более высокая неравномерность энерговыделения по высоте из-за изменения нейтронно-физических свойств теплносителя (замедлителя).

4. Более широкая решетка, чем в ВВЭР (для увеличения сотношения H₂O/U).

5. Гидродинамическая и нейтронная нестабильность.

Паросодержание на выходе активной зоны ограничено 35 % из-за кризиса теплообмена. Критический тепловой поток ниже, чем в ВВЭР и уменьшается с увеличением паросодержания. Характерное давление в активной зоне 7 МПа. При использовании принудительной циркуляции теплоносителя может быть несколько выше.

Паровой эффект реактивности отрицательный.

Корпусные кипящие реакторы в основном развиваются в США (1/3 реакторов).

Первые - BORAX и EBWR (США), ВК-50 (СССР). Серийные BWR (США и Япония).

ВК-50

Активная зона реактора располагается в металлическом корпусе с плоской съемной крышкой. Циркуляция теплоносителя - естественная (за счет разности плотностей в подъемном и опускном участках). Питательная вода подается через нижний ряд патрубков, расположенных на уровне переливных окон, и смешивается с циркулирующей водой. По опускному участку поступает вниз активной зоны. На выходе активной зоны пароводяная смесь разделяется на пар и воду (выше переливных окон). Один из недостатков - существенных захват паром воды, при этов влажность пара доходит до 10 %.

Активная зона состоит и 86 шестигранных ТВС. Каждая сборка содержит 176 твэлов диаметром 10,2 мм. Обогащение топлива 2 %. Оболочка из Zr. Поглощающие сборки аналогичны ВВЭР-440. Привода располагаются в герметичных чехлах на крышке реактора.

Перегрузка топлива осуществляется на остановленном реакторе.

Давление I контура 6…10 МПа. Турбина работает на сухом насыщенном паре с давлением 2,9 МПа.

В результате реконструкции ВК-50 была увеличена мощность до 75 МВт, паросодержание до 46 %, удельное энерговыделение до 30…35 МВт/м³.

Реактор обладает саморегулироанием.