Выгорание топлива. Запас реактивности на выгорание топлива. Глубина выгорания

В процессе работы реактора топливо изменяет состав – выгорает. Для того, чтобы реактор долго работал, требуется необходимый запас топлива в активной зоне. Но этом случае его количество превысит критическую массу К_эфф >1 – такой реактор неуправляем. Например, для того, чтобы реактор ВВЭР 1000 отработал 7000 час, он должен иметь запас реактивности . Для того, чтобы компенсировать избыток реактивности на начало работы реактора необходимо ввести поглотитель, который по мере выгорания топлива выводился бы из реактора. К концу работы реактора его концентрация близка к 0. Процесс уменьшения концентрации делящихся изотопов при работе реактора называется выгоранием. Одновременно с выгоранием ядер за счет поглощения нейтронов в естественном уране образуются ядра . Часть из них () делится под действием тепловых нейтронов. В результате деления ядер топлива происходит накопление продуктов деления, которые поглощают нейтроны. Поглощение нейтронов стабильными или долгоживущими изотопами называют шлакованием, а короткоживущими – отравлением. Кампанией реактора называется расчетная продолжительность работы реактора на номинальном уровне мощности до исчерпания запаса реактивности из-за выгорания и зашлаковывания топлива. Наиболее сильными поглотителями нейтронов из числа накапливающихся в топливе водо-водяных реакторов являются отравляющее вещество и шлак . В эксплуатационной практике для количественной оценки выгорания топлива используется понятие глубины выгорания, которую определяют как отношение энерговыработки , полученной за время работы реактора на мощности , к полной начальной загрузке реактора или (кг) -. МВт×сут /кгU

В ЯР на мощности N (МВт) со строго установленным временем между очередными частичными перегрузками τ_яр (кампания ЯР, эф.ч) за время пребывания топлива (твэлов) в активной зоне τ_топ = nτ_яр (кампания топлива, эф. ч), т. е. после п перегрузок,

МВт×сут /кгU

Желательно иметь как можно большую глубину выгорания ядерного топлива. При этом, однако, близко к полному выгоранию делящегося нуклида подойти нельзя, так как даже в конце кампании при исчерпании всего запаса реактивности остается критическая масса ядерного топлива, достаточная кроме всего прочего для компенсации отравления, шлакования и эффектов реактивности (изменение реактивности или размножающих свойств активной зоны при изменении параметров, например, температуры, давления и т.д.)

Кроме того, ограничивающими факторами увеличения выгорания является технические трудности, связанные с накоплением осколков деления и увеличения внутреннего давления в тепловыделяющих элементах, особенно в областях, где достигается максимальная степень выгорания ядерного топлива.