Атомная энергетика

Основные решения по конструкции активной зоны

Тепловыделяющий элемент

Проработка активной зоны для реактора РУ КЛТ-40С под задачу нераспространения с использованием топлива таблеточного типа выполнена на базе гладкостержневого твэла того же типоразмера, что и для высокообогащенной активной зоны: наружный диаметр 6,2 мм, толщина оболочки 0,5 мм, материал оболочки - коррозионно и радиционностойкий сплав Э-635. Высокая коррозионная стойкость сплава Э-635 подтверждена испытаниями в ледокольной активной зоне 14-12. Длина активной части твэла - 1300 мм. Для выравнивания (профилирования) энерговыделения по сечению ТВС и активной зоны предусматривается применение двух типов твэлов, различающихся загрузкой U235. В таблице 3.1.6.1 приведены загрузочные характеристики твэлов.

Таблица 3.1.6.1 – Загрузочные характеристики твэлов

Характеристика

Значение

Тип 1 («легкий»)

Тип 2 («тяжелый»)

Плотность урана, г/см^3

4,5

4,5

Обогащение урана, %

16,1

18,7

Загрузка U-325 на твэл, г/см^3

20,0

23,2

Площадь топливной композиции, мм^2

21,24

21,24

Стержни выгорающего поглотителя и рабочие источники нейтронов

В активной зоне применены стержневые СВП на основе естественной смеси изотопов гадолиния и РИН на основе окиси бериллия.

Использованы СВП двух типоразмеров: с оболочкой из «твэльной» трубки Ø6,2x0,5 мм и с оболочкой из трубки Ø4*6x0,45 мм (материал - сплав Э-110). Для обеспечения развитого профилирования энерговыделения по высоте и сечению активной зоны предусматривается применение нескольких типов СВП, различающихся плотностью гадолиния и высотой "обрезов" (торцевых участков без гадолиния). В таблице 3.1.6.2 приведены параметры используемых СВП.

Таблица 3.1.6.2 – Параметры используемых в активной зоне СВП

Характеристика

Значение

Тип 1

Тип 2

Тип 3

Тип 4

Тип 5

Тип 6

Тип 7

Наружный диаметр, мм

6,2

6,2

6,2

6,2

6,2

4,6

4,6

Толщина оболочки, мм

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,45

0,45

Плотность Gd, г/см^3

3,0

1,5

3,0

1,5

1,5

1,2

1,2

Высота нижнего

«обреза», мм

-

-

70

70

210

-

70

Высота верхнего

«обреза», мм

100

100

100

100

240

100

100

ТВС и активная зона

 Кассетная активная зона для реактора РУ КЛТ-40С набрана из 121 ТВС, которые размещаются в узлах правильной треугольной решетки с шагом 100 мм.

ТВС активной зоны состоит из пучка твэлов и СВП стержневого типа, размещенных в узлах правильной треугольной решетки с шагом 8,35 мм внутри циркониевого шестигранного кожуха с размером «под ключ» 97 мм и толщиной 1 мм. Дистанционирование элементов в ТВС осуществляется с помощью нескольких дистанционирующих решеток пластинчатого типа. Общее количество «мест» в ТВС под размещение твэлов и СВП - 127. Конструктивно в активной зоне различаются основные ТВС (118 ТВС), а также три ТВС под размещение источников и детекторов нейтронного потока при пуске реактора (ТВС типа СУЗ). В центре основных ТВС на месте 7 центральных твэльных ячеек размещен внутренний цилиндрический кожух с диаметром

Ø22,0 мм и толщиной 0,5 мм, внутри которого организована водяная полость. В центре водяной полости перемещается поглощающий стержень (ПЭЛ) диаметром 18,5 мм с толщиной оболочки из сплава ЭП-630У 1,8 мм, заполненный карбидом бора (плотность В4С - 1,7 г/см3). Вокруг внутреннего цилиндрического кожуха размещаются 6 твэлов и 6 СВП уменьшенного диаметра - 4,6 мм. Применение кожуха цилиндрической формы позволило (по сравнению с альтернативным вариантом кожуха шестигранной формы) максимально использовать проходное сечение кассеты для размещения твэлов, СВП и ПЭЛ (см. рис. 1).

В центре ТВС типа СУЗ размещена стальная герметичная гильза с диаметром 26 мм и толщиной стенки 3 мм, под размещение источников и детекторов нейтронного потока при пуске реактора для обеспечения контроля нейтронного потока. Схема размещения твэлов и СВП в ТВС типа СУЗ аналогична размещению в основной ТВС.

Во всех ТВС активной зоны располагаются 102 твэла диаметром 6,2x0,5 мм.

12 мест твэльной решетки в каждой ТВС зарезервированы под размещение СВП или РИН аналогичного типоразмера (РИН типа 1), кроме того в каждой ТВС размещены 6 СВП или 6 РИН диаметром 4,6 мм с толщиной оболочки 0,45 мм (РИН типа 2).

Схема размещения элементов в ТВС приведена на рис. 1 Приложения.

Для выравнивания энергораспределения в активной зоне предусмотрены различающиеся по составу ТВС три зоны физического профилирования: центральная зона, основной массив и периферийная зона. Состав ТВС различных зон профилирования приведен в таблице 3.1.6.3. На рис. 3.1.6.1 представлена картограмма расположения ТВС в активной зоне.

Картограмма расположения ТВС в АЗ

рис.3.1.6.1 Картограмма расположения ТВС в АЗ

Таблица 31.6.3 – Состав ТВС различных зон физического профилирования кассетной активной зоны для ПЭБ КЛТ-40С

Значение

Центральная

зона

Основной

массив

Периферийная

зона

Число ТВС, шт.

31

60

30

Число твэлов в ТВС, шт.

Тяжелый

Легких

102

-

102

102

72

30

102

72

30

Число СВП в ТВС, шт.

типа 1

типа 2

типа 3

типа 4

типа 5

типа 6

типа 7

6

6

-

-

-

6

-

-

-

6

3

-

-

6

-

-

-

-

6

-

-

Число РИН в ТВС, шт.

типа 1

типа 2

-

-

3

-

6

6

Таким образом, общее количество твэлов в активной зоне составляет

12342 ( «тяжелых» и «легких»). Загрузка урана-235 в активной зоне равна 267,6 кг,

урана-238 - 1264,6 кг, средняя массовая доля урана-235 в уране -17,5 %. Масса гадолиния в активной зоне - 66,7 кг, масса окиси бериллия - 15 кг.

Рабочие органы СУЗ и схема компенсации реактивности

Для компенсации изменений реактивности активной зоны в процессе выгорания, температурного и мощностного эффектов, а также изменений реактивности, связанных с отравлением ксеноном и самарием, используется механическая система, рабочие органы которой (РО КГ) представляют собой ПЭЛы центрального расположения, объединенные посредством плит в несколько независимых групп - рис.3.1.6.2

Принята схема СУЗ, в которой РО КГ выполняют также и функцию аварийной защиты (как в энергетических реакторах ВВЭР-1000). Отказ от выделенных рабочих органов A3 позволил разместить на крышке реактора 8 приводов КГ. В плане РО КГ образуют два центральных РО, три средних РО и три периферийных - Каждый РО имеет индивидуальный независимый привод. Рабочий ход РО составляет 1250 мм. В крайнем верхнем положении драница поглотителя в ПЭЛ находится на уровне верхней границы активной зоны по топливу, а в крайнем нижнем положении располагается на 50мм выше ее нижней границы. ПЭЛы являются принадлежностью ТВС и перегружаются вместе с ТВС.

Компенсация изменений реактивности при работе реактора на энергетических уровнях мощности осуществляется совместным (вверх - поочередно-шаговым) перемещением двух центральных РО КГ при полностью выведенных из активной зоны средних и периферийных РО КГ.

Совместное погружение всех РО КГ обеспечивает подкритичность остановленного реактора.

По сигналу A3 происходит обесточивание всех приводов РО СУЗ, и рабочие органы под действием собственного веса погружаются в активную зону со скоростью не менее 50 мм/с.

  Исполнительный механизм аварийной защиты  Привод компенсирующей группы

Рис. 3.1.6.2 Исполнительный механизм аварийной защиты

1 – речный механизм; 2 – концевые индуктивные выключатели; 3 – асинхронный электродвигатель;

4 – удерживающий электродвигатель;

5 – сервопривод; 6 – обгонная муфта.

Рис. 3.1.6.3 Привод компенсирующей группы

1 – винтовой механизм; 2 – датчик реперных точек; 3 – шаговый электродвигатель; 4 – обгонная муфта; 5 – датчик перемещения; 6 - редуктор

Общие характеристики активной зоны

 Номинальная мощность активной зоны реактора РУ КЛТ-40С - 150 МВт. Для расчета выгорания активной зоны использовалась среднеэксплуатационная мощность, которая в соответствии с моделью эксплуатации для условий г. Певек составляет 64% Nном (96 МВт. ч).

Описанный диаметр активной зоны составляет 1219 мм, эквивалентный -1155 мм. При высоте активной зоны 1300 мм ее эквивалентный объем составляет 1,3623 м3, энергонапряженность при номинальной мощности - 110 кВт/л, при среднеэксплуатационной - 70,5 кВт/л.

Средняя объемная доля воды в активной зоне - 54,9%, величина спектрального индекса pн/р235 составляет 53,5.

Атомная энергетика