БРЕСТ-300 быстрые реакторы с жидкометаллическим охлаждением Описание работы реактора Активная зона. Канал нормального и аварийного расхолаживания. Главный циркуляционный насос Конструкция активной зоны

Быстрый реактор со свинцовым теплоносителем БРЕСТ

Нейтронно-физические характеристики реактора

Критерии физического проектирования активной зоны и методики расчетов

При физическом проектировании реактора, заключающемся в выборе состава и геометрии активной зоны, конструкции твэлов и ТВС, профилировании топливной загрузки, определении физических, мощностных и топливных характеристик ТВС при работе в установившемся режиме частичных перегрузок, были приняты следующие обобщенные критерии, продиктованные требованиями безопасности, экономики и нераспространения ядерного оружия:

воспроизводство топлива в активной зоне должно компенсировать снижение реактивности вследствие его выгорания (КВА ³ 1);

изменение реактивности из-за выгорания топлива в интервале между перегрузками должно быть существенно меньше bэфф;

относительно высокое выгорание выгружаемого топлива (Вmax ~ 10% т.а.) при ограниченной длительности кампании не более 5 лет, интервале между перегрузками (микрокампании) не менее года и коэффициенте использования мощности ~80%;

распределение мощности по радиусу активной зоны должно быть стабильным в течение микрокампании и обеспечивать выравненное распределение температуры оболочек твэлов и равномерный подогрев свинца;

отрицательные, небольшие по величине температурный и мощностной эффекты при относительно высоких коэффициентах реактивности, обеспечивающие саморегулирование реактора и небольшой суммарный запас реактивности;

исключение аварии с разгоном на мгновенных нейтронах при неисправностях СУЗ или ошибках управления за счет снижения запаса реактивности до уровня, не превышающего эффективной доли запаздывающих нейтронов bэфф в любой момент микрокампании;

отрицательный эффект реактивности при снижении уровня свинца в активной зоне и отражателях;

рабочая температура свинца, обеспечивающая гарантированный запас (DТ>50 оC) до точки замерзания свинца;

низкая рабочая температура топлива, при которой обеспечивается большой запас до температуры фазовых переходов и плавления топлива;

обеспечение закритических параметров паротурбинного контура, высокого КПД термодинамического цикла и экономически приемлемого выгорания при ограниченной кампании, умеренных удельной мощности топлива и подогреве теплоносителя;

исключение наработки плутония оружейного качества, лучшее выравнивание энерговыделения в активной зоне, гарантированный отрицательный пустотный эффект и низкий плотностной коэффициент реактивности за счет замены традиционных для быстрых реакторов урановых экранов на отражатели из свинца;

должны быть предусмотрены обратные связи по расходу и температуре свинца порогового действия;

Изложенные принципы позволили разработать и обосновать расчетами конструкцию, обеспечивающую концептуальный принцип полного воспроизводства ядерного топлива и естественной безопасности РУ.

Следуя вышеизложенным критериям, были приняты следующие технические решения, обеспечивающие свойства естественной безопасности:

в качестве теплоносителя используется тяжелый жидкометаллический теплоноситель – свинец, который не вступает в экзотермическое взаимодействие с водой, воздухом и конструкционными материалами; он радиационно стоек, слабо активируется и позволяет осуществить теплоотвод при низком давлении и большом запасе до кипения (Ткип »2300 К при давлении Р»1МПа);

из условий совместимости со свинцом и стальными оболочками твэлов, технологических качеств, стойкости к высокому выгоранию используется смешанное мононитридное уран-плутониевое топливо (UN+PuN), имеющее высокую плотностьg ³13г/см3, теплопроводность l»18 Вт/(м.К) и температуру плавления Тпл = 3100 К;

между топливной таблеткой и оболочкой твэла имеется свинцовый подслой, исключающий термомеханическое взаимодействие топлива с оболочкой и обеспечивающий быстрый отвод тепла от твэла, низкую рабочую температуру топлива (Тср»620 С и Тmax<900 С), низкий выход газообразных осколков деления и низкое их давление на оболочку твэла при достаточно большом выгорании (В » 10% т.а.), низкую постоянную твэла ~ 1с;

конструкция твэла, его высокая теплопроводность и состав топлива обеспечивают требуемые характеристики воспроизводства (КВА ³ 1), небольшой эффект реактивности при выгорании топлива (Drвыг<<bэфф ), небольшие мощностной и суммарный эффект реактивности (Drtot ~bэфф ).

квадратная “широкая” решетка твэлов и бесчехловые тепловыделяющие сборки (ТВС) позволяют исключить потерю теплоотвода из-за локального перекрытия проходного сечения на входе в ТВС, увеличить проходное сечение по теплоносителю и уровень его естественной циркуляции;

трехзонное радиальное профилирование мощности и расхода теплоносителя в активной зоне путем использования твэлов с разным диаметром, но одинаковым составом топлива и шагом размещения твэлов в ТВС, обеспечивает выравнивание подогрева свинца и температур оболочек твэлов во всех ТВС, а также стабилизацию этих параметров в течение микрокампании;

свинцовый отражатель обеспечивает большой отрицательный эффект реактивности при снижении уровня свинца в реакторе и значительно снижает плотностной коэффициент реактивности;

для реализации пассивной обратной связи реактивности с расходом теплоносителя в отражателе предусмотрены специальные каналы ПОС со столбами свинца, уровень которых определяется напором на входе в активную зону;

для реализации пассивной обратной связи реактивности с расходом теплоносителя порогового действия предусмотрена гидроуправляемая пассивно-активная защита (ПАЗ), обеспечивающая пассивное заглушение реактора при отключении принудительной циркуляции теплоносителя;

для реализации пассивной обратной связи реактивности с температурой теплоносителя порогового действия в части исполнительных механизмов ПАЗ предусмотрены устройства, срабатывающих при превышении уставки по температуре свинца на выходе из активной зоны и приводящие к заглушению реактора.


Активная зона реактора БРЕСТ-2400