Перегрузка топлива в реакторе

Операции по перегрузке ядерного топлива в активной зоне реактора предусматривают замену выгоревших ТВС и отработавших стержней ПС СУЗ на свежие, а также перестановку (установку в новое место) ТВС и ПС СУЗ внутри активной зоны.

В последнее время на отечественных АЭС распространена технология, при которой (при каждой перегрузке) проводится полная выгрузка ТВС в бассейн выдержки, а затем обратная загрузка работавших ТВС (кроме самых выгоревших, подлежащих замене) и свежего топлива с учетом перестановки. То есть перестановка состоит с том, что отработавшие ТВС устанавливаются на новые места, согласно картограмме.

Перегрузка реактора производится с помощью перегрузочной машины под защитным слоем воды по специальной картограмме перегрузки.

Перегрузочная машина может одновременно проводить операции только с одной ТВС или одним пучком ПС СУЗ, или одной ТВС вместе с ПС СУЗ.

Порядок выгрузки активной зоны:

- бассейн выдержки и шахтный объем реактора заполняются борированной водой (концентрацией 16-20 г/дм³) до отметки в промежутке от +35,75 до +35.9. При этом уровень воды в бассейне выдержке составляет от 15,35 до 15,5 м, слой воды над бассейном выдержки от 6,85 до 7 м;

- снимаются гидрозатворы (если они были установлены для осуществления перестановок в бассейне выдержки), установленные между бассейном выдержки и шахтным объемом реактора и, тем самым, открывается перегрузочный канал;

- отработавшая ТВС извлекается из реактора и транспортируется в ячейку стеллажа бассейна выдержки. Зазор над отметкой пола перегрузочного канала (расстояние между краем БВ и нижней частью транспортируемой ТВС) должен составлять 200 мм. В этом случае защитный слой воды над транспортируемой ТВС составит: от 6,85 - 4,157(длина ТВС без верхней части – до топлива) - 0,2 = 2,493 м до 2,643 м;

- отработанная ПС СУЗ извлекается из реактора перегрузочной машиной. ПС СУЗ могут выгружаться вместе с ТВС или отдельной операцией. Если ПС СУЗ выгружаются отдельно, то выгруженные из реактора ПС СУЗ устанавливаются в ранее размещенные в стеллажах бассейна выдержки отработавшие ТВС;

- производится перестановка ПС СУЗ в те ТВС, которые в дальнейшем будут использованы в следующей топливной загрузке. Данная операция производится между ТВС, находящимися в БВ.

- операции по выгрузке следующих ТВС повторяются.

Если в процессе межремонтного периода выявлены отклонения по активности теплоносителя первого контура, то дополнительно проводится контроль герметичности ТВС.

Предварительный анализ газовых проб проводится при транспортировке ТВС в бассейн выдержки с помощью системы контроля герметичности (СКГО), смонтированной на штанге машины перегрузочной (МП).

При выявленных отклонениях герметичности проводится более плательный анализ, при этом данная ТВС помещается в специальный пенал системы определения дефектных сборок (СОДС), расположенный в бассейне выдержки (см. рис. 13, 14).

В зависимости от результата анализа, контролируемая ТВС, выгружается из пенала СОДС либо в ячейку стеллажа БВ, либо в пенал герметичный ПО 2-2-2.

Очередность выгрузки можно охарактеризовать как «по круговой системе», начиная с периферийной ТВС с координатами 7-42 и далее против часовой стрелки. Заканчивается выгрузка центральной ТВС с координатами 8-29.

Таким способом выгружается вся активная зона.

Порядок перегрузки, перестановки и замены сборок устанавливается на основании нейтронно-физических расчетов активной зоны и сведений по выгоранию топлива, получаемых в процессе эксплуатации реактора.

Основные критерии расстановки ТВС в активной зоне следующие:

1) Выровнять поле энерговыделения для равномерного выгорания топлива. Для этого необходимо:

- чередующая установка новых и частично отработавших ТВС;

- превалирующая установка свежих ТВС ближе к краю активной зоны;

- обеспечить симметрию шести секторов активной зоны (в этих секторах должен находиться одинаковый набор ТВС в симметричных ячейках).

2) Обеспечить достаточные запасы избыточной реактивности в зависимости от планируемой длительности до следующей перегрузки топлива (в эффективных сутках) в зависимости от множества загружаемых частично отработавших и новых ТВС с различными сроками работы и различным исходным обогащением.

3) Снизить воздействие нейтронного потока (быстрых нейтронов) на корпус реактора. Для этого в местах установки ТВС с минимальным расстоянием до корпуса реактора устанавливать максимально отработавшие ТВС.

Порядок загрузки активной зоны:

- чехол со свежими ТВС (в количестве не более 18 шт.) доставляется в реакторное отделение (через транспортный шлюз) и устанавливается в бассейне выдержке в гнездо универсальное TG21B04;

- проводится загрузка ТВС из бассейна выдержки и чехла свежего топлива по схеме, разработанной до начала перегрузки и отраженной в специальном графике перегрузки (в графике указываются координаты конкретной ячейки стеллажа БВ и активной зоны);

- поскольку замене подлежат 40-42 ТВС, то в процессе перегрузки производится замена чехла со свежими ТВС. Для этого производится отсечение гидрозатвором отсека с гнездом универсальным TG21B04, и опорожнение этого отсека до уровня необходимого для замены чехла. После этого порожний чехол извлекается и на его место устанавливается полный чехол со свежими ТВС;

- отсек гнезда универсального TG21B04 заполняется отметки в промежутке от +35,75 до +35.9 (воды в бассейне выдержке составляет от 15,35 до 15,5 м),гидрозатвор демонтируется;

- далее выполнение графика перегрузки продолжается аналогичным образом до полного заполнения активной зоны (с периодической заменой чехла со свежими ТВС);

- проводится перестановка ПС СУЗ между ТВС, находящимися в активной зоне и из бассейна выдержки (то есть по схеме АЗ ® АЗ, БВ ® АЗ).

Очередность загрузки можно охарактеризовать как «равномерная постепенная загрузка шести симметричных секторов».

Таким способом выгружается вся активная зона.

Продолжительность перегрузки для ВВЭР составляет 15-25 сут.

Картограммы активной зоны (c координатами ТВС) представлена на рис. 18-20.

ТВС 1-го года 48 шт. ТВС 3-го года 48 шт.

ТВС 2-го года 49 шт. ТВС 4-го года 18 шт.

Рис. 18 - Картограммы активной зоны (из учебного пособия ЗАЭС)

Все ТВС типа ТВС-А

ТВС 1-го года (42 шт.)

ТВС 3-го года (43 шт.)

ТВС 2-го года (42 шт.)

ТВС 4-го года (36 шт.)

Рис. 19 - Картограммы активной зоны (загрузка №27, 2014 год, ЗАЭС блок 1)

Обозначение	Среднее обогащение по ²³⁵U, %	Количество и расположение твэг	Количество ТВСА в активной зоне
353MO	3.53	6 – «центр»
359AM	3.59	3 ‑ «центр» + 6 ‑ «периферия»
359MO	3.59	6 – «центр»
390MO	3.90	6 ‑ «центр»
398AM	3.98	3 ‑ «центр» + 6 ‑ «периферия»
430MO	4.30	6 – «центр»
438MT	4.38	6 – «периферия»