Аналіз диверсифікації ядерного палива реакторів ВВЕР
Автор: Танасійчук Карина Павлівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Атомна енергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Танасійчук К.П. (виконавець), Кузнецова М.Я (керівник). Аналіз диверсифікації ядерного палива реакторів ВВЕР. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2020. Розширена анотація Актуальним і пріоритетним питанням для атомної енергетики України є диверсифікація ядерного палива, яка полягає у заміні конструкційних паливних збірок (ТВЗ) на альтернативні. В якості альтернативного палива на українських атомних електростанціях (АЕС) розпочато впровадження паливних збірок американської компанії Westinghouse Electric Company. Диверсифікація ядерного палива – розширення ринку постачальників ядерного палива, що дозволяє конкурувати паливу інших компаній з компанією постачальником, який був обумовлений проектом. У даний час в країнах Європейського Союзу (ЄС) та в Україні функціонують 33 енергоблоки з реакторами ВВЕР. Основним постачальником ядерного палива на ці АЕС є Росія. Однак досвід інших ядерних ринків показує, що монополізація постачання та зберігання ядерного палива негативно впливає як на безпеку, так і на конкуренцію для вдосконалення технологій. Крім того, є позитивний досвід змішаного завантаження активної зони ядерним паливом від різних постачальників [1]. Змішане завантаження активної зони – одночасне використання в активній зоні реакторних установок тепловиділяючих збірок, які відрізняються конструктивно та/або паливною складовою [4]. Транснаціональна компанія Westinghouse Electric має багаторічний досвід постачання ядерного палива для різних типів реакторів і є перспективним постачальником альтернативного палива для реакторів типу ВВЕР (включаючи Україну). Об’єкт дослідження – тепловиділяюча збірка (ТВЗ) в реакторах типу ВВЕР. Предмет дослідження – диверсифікація ядерного палива в реакторах типу ВВЕР. Мета дослідження - проведення аналізу диверсифікації ядерного палива, його характеристик та безпеки експлуатації на реакторах типу ВВЕР в Україні. Результати дослідження. Конструкція ТВЗ кожного виробника на етапі розробки проходить низку профільних проектних випробувань, лише комплексний аналіз дасть змогу обґрунтувати безпеку спільної роботи ТВЗ різних типів з урахуванням їх взаємного впливу та різниці параметрів — теплогідравлічних, нейтронно-фізичних і конструкційних. У першому розділі магістерської кваліфікаційної роботи було розглянуто та проведено порівняльну характеристику між експлуатованим російським паливом компанії «ТВЕЛ» та альтернативним паливом американської компанії Westinghause. Наведені конструкційні особливості та переваги палива Westinghause, якість і безпека його використання, важливі для експлуатації характеристики та описано характерну конструкцію ТВЗ-W та ТВЕЛів. Другий розділ описує досвід експлуатації ТВЗ-W в реакторах типу ВВЕР в країнах ЄС та України. Розглянуто основні проблеми з використанням нового ядерного палива, а саме 1) неповне введення контрольних стержнів через зміну розмірів ТВЗ-W; 2) вигин паливних тепловиділяючих збірок та тепловиділяючих елементів; 3) витік з ТВЕЛів та збільшення активності теплоносія. Проаналізовані методи пошуку та вирішення цих проблем. Важливою умовою диверсифікації ядерного палива є безпека його використання. У третьому розділі МКР було проведено аналіз безпеки експлуатації змішаних паливних завантажень та проблеми поводження з відпрацьованим ядерним паливом з ТВЗ-W. На основі існуючих проведених досліджень проаналізовано безпеку використання ТВЗ-WR за такими критеріями: - теплогідравлічний аналіз використання змішаного паливного завантаження; - аналіз ізотопного складу відпрацьованого ядерного палива. Для повного теплогідравлічного аналізу вибираються аваріі?, наи?більш несприятливі відносно критеріі?в надіи?ного охолодження ТВЗ. Наслідками таких аваріи? може бути порушення цілісності оболонок ТВЕЛів — фізичного бар’єра між радіоактивними речовинами і теплоносієм першого контуру, в разі руи?нування якого радіоактивні речовини потрапляють до теплоносія и? розносяться по першому контуру [2]. У проведених розрахунках перехідних аваріи?них процесів — заклинювання ГЦН і двостороннього розриву ГЦТ — авторами перевірялося недосягнення оболонкою ТВЕЛа температури 1200 °С, що є максимальною проектною межою пошкодження [5]. Результати проведеного аналізу доводять, що за будь-якоі? вихідноі? подіі?, що визначена для проектних аваріи?, забезпечуватиметься надіи?не охолодження ТВЗ, а отже максимальна температура ТВЕЛа не буде досягнута. Під час впровадження нового типу палива, важливим є не тільки його використання, а і правильне поводження з ним після експлуатації. Важливі для безпеки характеристики відпрацьованого ядерного палива обумовлюються, в першу чергу, ізотопним складом, який сформулювався в процесі вигорання палива. Визначення ізотопного складу необхідно для обліку та контролю ядерно небезпечних матеріалів; визначення джерел для аналізу теплової та радіаційної безпеки; використання вигорання в якості параметра ядерної безпеки при обґрунтуванні ядерної безпеки систем поводження з відпрацьованим ядерним паливом (ВЯП) [3]. На основі аналізу дослідження ізотопного складу відпрацьованого палива можна зробити висновок, що з точки зору безпеки зберігання та поводження з відпрацьованим ядерним паливом на реакторах типу ВВЕР нового палива компанії Westinghause не вимагає зміни існуючих умов та процедур. Ключові слова – ядерне паливо, тепловиділяюча збірка, тепловиділяючий елемент, активна зона, диверсифікація ядерного палива, безпека використання ядерного палива. Перелік використаних літературних джерел: 1. Kirst, M., Benjaminsson, U., Onneby, C. (2015). Diversification of the WWER, Fuel Market in Eastern Europe and Ukraine, ATW 60(3), 63-87. 2. Воробйов, Ю., Носовський, А., Погонець, О., Шевченко, А. (2016). Теплогідравлічний аналіз безпеки змішаних паливних завантажень для АЕС України з реакторами ВВЕР-1000, Ядерна та радіаційна безпека 2(70), 9-12. 3. Ковбасенко, Ю. (2016). Сравнителый анализ изотопного состава отработанного топлива компании «Вестингауз» и «ТВЭЛ», Ядерна та радіаційна безпека 3(71), 33-37. 4. Крицький, В., Муха, В., Носовський, А., Підгаєцький, П., Погонець, О. (2016). Огляд загальних аспектів використання різних типів палива тепловиділяючих збірок у змішаних паливних навантаженнях ВВЕР-1000, Ядерна та радіаційна безпека 3(71), 28-32. 5. НП 306.2.145 – 2008. Правила ядерної безпеки реакторних установок атомних станцій з реакторами з водою під тиском – К: Держ. Комітет ядерного регулювання України, 2008 – 28 с.