Динамика выгорания бора-10 в стержнях компенсации реактивности реактора ВВР-К
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh-2019-i4-5Ключевые слова:
ВВР-К, выгорание, РО СУЗ, борАннотация
В 2015 году в рамках перевода реактора ВВР-К на топливо пониженного обогащения проведена модернизация основных систем реактора, включая полную замену системы управления и защиты (СУЗ) реактора. Энергонапряженность в новой, более компактной активной зоне стала заметно выше, изменились количество и геометрические параметры рабочих органов (РО) СУЗ. В качестве материала поглотителя в РО СУЗ используется карбид бора с естественным изотопным составом. РО СУЗ отвечают за управление цепной ядерной реакцией деления урана. Реактор ВВР-К – это стационарный исследовательский реактор, поэтому для его работы необходимо создать первоначальный запас реактивности. В начале рабочего цикла реактора, большая часть стержня СУЗ погружена в активную зону. В процессе работы реактора, стержень постепенно извлекается из активной зоны вследствие «отравления» активной зоны и выгорания урана. На изотопе бор-10 протекает ядерная реакция с поглощением теплового нейтрона и образованием альфа-частицы и изотопа литий-7, что приводит к уменьшению ядер исходного изотопа, т.е. выгоранию бора-10. Уменьшение массы изотопа бор-10 в стержне СУЗ приведет к уменьшению его физической эффективности, что напрямую влияет на ядерную безопасность реактора. Важным критерием работы ядерного реактора является создание подкритичности активной зоны для безопасного останова цепной ядерной реакции. Подкритичность активной зоны зависит от суммарной эффективности стержней компенсации реактивности. В настоящей работе приведена количественная оценка выгорания бора-10 в РО СУЗ реактора ВВР-К. Показано влияние выгорания изотопа бор-10 на физическую эффективность стержней СУЗ при их длительной эксплуатации в активной зоне реактора ВВР-К. Рассмотрены временные интервалы 1, 3 и 10 лет. Полученные результаты могут быть использованы для обоснования ресурса и безопасности эксплуатации стержней СУЗ реактора ВВР-К. Расчеты проведены с помощью программного средства MNCP6 c библиотекой ядерных констант ENDF/B-VII.1.
Библиографические ссылки
2 A.A. Shaimerdenov, D.A. Nakipov, F.M. Arinkin and et al., Phys. Atom. Nuclei, 81:10 1408-1411 (2018).
3 A.A. Shaimerdenov, F.M. Arinkin, P.V. Chakrov, L.V. Chekushina, Sh.Kh. Gizatulin, and S.N. Koltochnik, Proceeding of 37th International Meeting RERTR-2016. Antwerp, Belgium, 2016, р.8.
4 S.N. Koltochnik, D.S. Sairanbayev, L.V. Chekushina, Sh.Kh. Gizatulin, and A.A. Shaimerdenov, Vestnik NYATC RK, 4, 14-16 (2018).
5 V.D. Risovany, A.V. Zakharov, E.P. Klochkov, and T.M. Guseva, Boron in nuclear engineering, (Dimitrovgrad, SSC RIAR, 2011), 668 p. (in Russ)
6 H.W. Keller, J.M. Shallenberger, D.A. Hollein, and C. Hott, Nuclear technology, 5 (3), 476-482 (1982).
7 C. Subramanian, A.K. Suri, and T.S.R.Ch. Murthy, BARC NEWSLETTER, 313, 14-22 (2010).
8 Technical Regulation "Nuclear and Radiation Safety". Order of the Minister of Energy of the Republic of Kazakhstan dated February 20, 2017 No. 58. (in Russ)
9 V.V. Svetukhin, A. S. Kadochkin, P. F. Salikh-Zade, V. D. Risovany, Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Volga region, 4, 68-74 (2007). (in Russ)
10 S.R. Friedman, V.D. Risovany, A.V. Zakharov, and V.G. Toporova, Questions of atomic science and technology. Series: Physics of Radiation Damage and Radiation Materials Science, 2(79), 84-90 (2001). (in Russ).
11 M.V. Bakanov, V.A. Zheltyshev, A.A. Lyzhin, V.V. Maltsev, V.F. Roslyakov, and M.R. Farakshin, News of higher educational institutions. Nuclear Energy, 1, 53-59 (2005). (in Russ)
12 V.I. Nosov, N.N. Ponomarev-Stepnoi, K.I. Portnoi, and E.G.Savel'ev, Journal of Nuclear Energy. Parts A/B. Reactor Science and Technology, 19(9), 720-728 (1965).
13 P. Savva, M. Varvayanni, and N. Catsaros, Nuclear Engineering and Design, 241(2), 492-497 (2011).
14 Maedeh Yari, Ahmad Lashkari, S. Farhad Masoudi, Mirshahram Hosseinipanah, Nuclear Engineering and Technology, 50 (8), 1266-1276 (2018).
15 E.K. Boafo, E. Alhassan, E.H.K. Akaho, and C. Odoi, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 5 (4), 1129-1133 (2013).
16 Yuki Honda, Nozomu Fujimoto, Hiroaki Sawahata, Shoji Takada, Kazuhiro Sawa, ASME J of Nuclear Rad Sci. 3(1), 011013 (2017).
17 R.A. Khrais, G.V. Tikhomirov, I.S. Saldikov, and A.D. Smirnov, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, 1189, 012002 (2019).
18 Amir Hosein Fadaei, Annals of Nuclear Energy, 38(10), 2238-2246 (2011).
19 MCNP6TM USER’S MANUAL – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 1. (Los Alamos National Laboratory, LA-CP-13-00634, 2013).
20 D.A. Brown, M.B. Chadwick, R. Capote, A.C. Kahler, A. Trkov, M.W. Herman end et. al., Nuclear Data Sheets, 112 (12), 2887-2996 (2011).
