[go: up one dir, main page]

RU2122750C1 - Nuclear power system operating process - Google Patents

Nuclear power system operating process Download PDF

Info

Publication number
RU2122750C1
RU2122750C1 RU97116939/25A RU97116939A RU2122750C1 RU 2122750 C1 RU2122750 C1 RU 2122750C1 RU 97116939/25 A RU97116939/25 A RU 97116939/25A RU 97116939 A RU97116939 A RU 97116939A RU 2122750 C1 RU2122750 C1 RU 2122750C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
reactor
fuel mixture
core
fast
Prior art date
Application number
RU97116939/25A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97116939A (en
Inventor
Ю.Н. Кузнецов
В.А. Решетов
И.Х. Ганев
А.В. Лопаткин
В.А. Москин
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники" filed Critical Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники"
Priority to RU97116939/25A priority Critical patent/RU2122750C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2122750C1 publication Critical patent/RU2122750C1/en
Publication of RU97116939A publication Critical patent/RU97116939A/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; nuclear power systems incorporating two or more reactors. SUBSTANCE: minor actinides are extracted from spent fuel, granulated, and granules are uniformly mixed up with aluminum granules to form fuel mixture from these ingredients that contains 12 - 13.5 atom percent of minor actinides and is used as first charge of fast homogeneous reactor; after this fuel mixture is charged in reactor core and melted therein, reactor is brought to critical state and minor actinides are burned out; part of burnt-out fuel is discharged from circulating circuit and fission products are removed, core is refueled with fuel mixture to maintain its critical condition as well as with aluminum, and minor actinide content of fuel mixture is brought to 3 - 3.5 atom percent; this minor actinide content is maintained in reactor core up to end of actinide burn-out process at level attained; in addition, starting fuel assembly is placed in reactor core for melting fuel mixture, and reactivity control elements are partially and/or fully brought out of core; in addition, reactor core container is heated for melting fuel mixture; upon extracting minor actinides from radioactive fuel Al+MA alloy is produced from these actinides and aluminum which is granulated before charging it into reactor core. EFFECT: provision for burning out highly radioactive and long-living products of fuel irradiation (minor actinides), reduced mass of spent plutonium and radioactive wastes subject to disposal. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике, в частности, к способу эксплуатации ядерного энергокомплекса, состоящего из двух и более реакторов. The invention relates to nuclear engineering, in particular, to a method for operating a nuclear energy complex consisting of two or more reactors.

Известен способ эксплуатации ядерного энергокомплекса, заключающийся в том, что активную зону реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем загружают ядерным топливом из сплава урана с плутонием, нарабатывают из него вторичное ядерное топливо, которое затем используют в реакторе на тепловых нейтронах (Кесслер Г. Ядерная энергетика. Перевод с англ. - М.: Энергоиздат, 1986, с. 182). A known method of operating a nuclear power complex is that the active zone of a fast neutron reactor with a liquid metal coolant is loaded with nuclear fuel from an alloy of uranium with plutonium, secondary nuclear fuel is generated from it, which is then used in a thermal neutron reactor (Kessler G. Nuclear Power Engineering Translation from English. - M.: Energoizdat, 1986, p. 182).

К одному из наиболее существенных недостатков данного способа следует отнести необходимость включения в технологическую цепочку изготовления тепловыделяющих элементов для реакторов на тепловых нейтронах химической переработки вторичного топлива с целью удаления из него продуктов деления, т.к. химическая переработка - это технически сложный, дорогостоящий и требующий специальный мер безопасности процесс. К тому же, поскольку химическая переработка производится на специальных химических заводах, возрастают транспортные расходы на перевозку вторичного топлива из хранилищ атомных станций (АЭС) на заводы и обратно и, увеличиваются затраты на соблюдение мер по обеспечению радиационной безопасности при транспортировке. One of the most significant drawbacks of this method is the need to include in the process chain the manufacture of fuel elements for thermal neutron reactors for the chemical processing of secondary fuel in order to remove fission products from it, because chemical processing is a technically complex, expensive and requiring special safety measures process. In addition, since chemical processing is carried out at special chemical plants, transportation costs for the transportation of secondary fuel from storage facilities of nuclear power plants (NPPs) to plants and vice versa increase, and the cost of compliance with measures to ensure radiation safety during transportation increases.

В процессе работы указанного комплекса, как впрочем и на любом из ныне действующих реакторов, в ядерном топливе образуются один из наиболее радиоактивных и долгоживущих элементов - минорные актиноиды (МА), из-за которых многократно усложняется и без того непростая проблема переработки и захоронения радиоактивных отходов. During the operation of this complex, as well as at any of the current reactors, one of the most radioactive and long-lived elements is formed in nuclear fuel - minor actinides (MA), due to which the already difficult problem of processing and disposal of radioactive waste is repeatedly complicated. .

В данном комплексе используют гетерогенные реакторы, что еще больше усложняет и удорожает топливный цикл, т.к. помимо заводов для химической переработки вторичного топлива, необходимо иметь в наличии сложную и весьма дорогостоящую автоматизированную линию для производства тепловыделяющих сборок со вторичным топливом, имеющим большую активность и энерговыделение. This complex uses heterogeneous reactors, which further complicates and increases the cost of the fuel cycle, as In addition to factories for the chemical processing of secondary fuel, it is necessary to have a complex and very expensive automated line for the production of fuel assemblies with secondary fuel, which has great activity and energy release.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является способ эксплуатации ядерного энергетического комплекса, заключающийся в том, что отработанное топливо из тепловых и/или быстрых ядерных реакторов загружают в виде гранул в быстрый гомогенный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, снабженный органами регулирования реактивности и активной зоной контейнерного типа с перфорированным днищем, затем топливо в активной зоне расплавляют и через отверстия в днище контейнера выводят из зоны, снова гранулируют и подают по циркуляционному контуру на вход активной зоны (патент РФ N 2031455, кл. G 21 C 1/00, 3/42, 1990). The closest in technical essence and the achieved result to the proposed technical solution is a method of operating a nuclear energy complex, which consists in the fact that spent fuel from thermal and / or fast nuclear reactors is loaded in the form of granules into a fast homogeneous reactor with a liquid metal coolant equipped with reactivity control organs and a container-type core with a perforated bottom, then the fuel in the core is melted and through holes in the bottom of the container and outputted from the area again granulated and fed through the circulation circuit to the input of the active zone (patent of RF N 2031455, cl. G 21 C 1/00, 3/42, 1990).

Использование в указанном энергетическом комплексе быстрого гомогенного реактора с жидкометаллическим теплоносителем позволяет исключить из процесса производства вторичного топлива химическую переработку и упростить технологию изготовления тепловыделяющих элементов. The use of a fast homogeneous reactor with a liquid metal coolant in this energy complex allows us to exclude chemical processing from the secondary fuel production process and simplify the manufacturing technology of fuel elements.

Однако и у данного комплекса есть недостатки. Один из самых существенных недостатков заключается в том, что этот комплекс не позволяет сжигать находящиеся во вторичном топливе минорные актиноиды (нептуний, америций, кюрий), поэтому отмеченный способ не решает, хотя бы частично, проблему экологической безопасности ядерной энергетики. However, this complex also has drawbacks. One of the most significant drawbacks is that this complex does not allow the burning of minor actinides (neptunium, americium, curium) in secondary fuel, therefore, this method does not solve, at least partially, the problem of environmental safety of nuclear energy.

Кроме того, в данном комплексе при работе быстрого реактора накапливается избыточное топливо, содержащее плутоний, а также летучие и газообразные продукты деления. В свете прекращения гонки вооружений рост количества плутония нежелателен, потому что неясно, во-первых, где и как можно надежно захоронить наработанный плутоний, и, во-вторых, каким образом обеспечить - в свете международных договоров - его нераспространение, т.е. сохранность все увеличивающейся массы плутония. In addition, in this complex during operation of a fast reactor accumulates excess fuel containing plutonium, as well as volatile and gaseous fission products. In the light of the cessation of the arms race, an increase in the quantity of plutonium is undesirable because it is unclear, firstly, where and how to reliably bury the produced plutonium, and secondly, how to ensure, in the light of international treaties, its non-proliferation, i.e. the safety of an ever-increasing mass of plutonium.

Что же касается продуктов деления (ПД), то их присутствие в циркуляционном контуре ведет - из-за сложности удержания газообразных веществ вообще и большой протяженности контура в частности - к опасности попадания ПД за пределы атомной станции. As for the fission products (PD), their presence in the circulation circuit leads, due to the difficulty in retaining gaseous substances in general and the great length of the circuit in particular, to the danger of PD entering outside the nuclear power plant.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение безопасности ядерной энергетики и, в том числе, экологической безопасности. The task to which the invention is directed is to increase the safety of nuclear energy and, including environmental safety.

Технический результат, достигаемый с помощью настоящего изобретения, заключается в уничтожении (сжигании) высокорадиоактивных и долгоживущих продуктов облучения ядерного топлива - минорных актиноидов, снижения массы наработанного плутония и радиоактивных отходов, подлежащих захоронению. The technical result achieved using the present invention is the destruction (burning) of highly radioactive and long-lived products of irradiation of nuclear fuel - minor actinides, reducing the mass of accumulated plutonium and radioactive waste to be disposed of.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе эксплуатации ядерного энергетического комплекса, заключающемся в том, что отработанное топливо из тепловых и/или быстрых реакторов загружают в виде гранул в быстрый гомогенный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, снабженный органами регулирования реактивности и активной зоной контейнерного типа с перфорированным днищем, затем топливо в активной зоне расплавляют и через отверстия в днище контейнера выводят из зоны, снова гранулируют и по циркуляционному контуру опять подают на вход активной зоны, из отработанного топлива извлекают минорные актиноиды (МА), гранулируют их, затем равномерно перемешивают гранулы МА с гранулами алюминия и образуют из этих ингредиентов топливную смесь, содержащую 12-13,5 ат.%% МА, для первоначальной загрузки быстрого гомогенного реактора, после загрузки этой топливной смеси в активную зону и ее расплавления доводят быстрый гомогенный реактор до критического состояния и производят выжигание МА, из циркуляционного контура производят отгрузку части выгоревшего топлива и удаляют продукты деления, дозагружают активную зону топливной смесью (для сохранения критичности реактора), а также алюминием, и доводят содержание МА в топливной смеси до 3-3,5 ат.%%, после чего поддерживают содержание МА в активной зоне быстрого гомогенного реактора до конца процесса выжигания МА на достигнутом уровне, кроме того, для расплавления топливной смеси в активную зону быстрого гомогенного ядерного реактора помещают пусковую тепловыделяющую сборку и/или частично и/или полностью выводят из активной зоны органы регулирования реактивности, кроме того, для расплавления топливной смеси осуществляют нагрев контейнера активной зоны быстрого гомогенного ядерного реактора, кроме того, после извлечения МА из облученного топлива из них и алюминия изготавливают сплав Al+MA, который перед загрузкой в активную зону быстрого гомогенного ядерного реактора гранулируют. The specified technical result is achieved by the fact that in the method of operating the nuclear energy complex, which consists in the fact that spent fuel from thermal and / or fast reactors is loaded in the form of pellets into a fast homogeneous reactor with a liquid metal coolant equipped with reactivity control organs and a container-type core with perforated bottom, then the fuel in the core is melted and removed through the holes in the bottom of the container from the zone, granulated again and circulated around five are fed to the entrance of the active zone, minor actinides (MA) are extracted from the spent fuel, granulated, then MA granules are mixed uniformly with aluminum granules and a fuel mixture containing 12-13.5 at.% MA is formed from these ingredients for the initial loading a fast homogeneous reactor, after loading this fuel mixture into the core and melting it, bring the fast homogeneous reactor to a critical state and burn out the MA, some of the burned fuel is unloaded from the circulation loop and The fission products are added, the core is charged with the fuel mixture (to maintain the criticality of the reactor), as well as aluminum, and the MA content in the fuel mixture is adjusted to 3-3.5 at. %%, after which the MA content in the active zone of the fast homogeneous reactor is maintained up to the end of the MA burning process at the achieved level, in addition, for the fuel mixture to melt into the active zone of a fast homogeneous nuclear reactor, the starting fuel assembly is placed and / or the reaction control organs are partially and / or completely removed from the active zone vnosti furthermore to melt the fuel mixture is carried out heating the container core rapid homogeneous nuclear reactor, in addition, after extracting MA from irradiated fuel from them and aluminum manufactured Alloy Al + MA, which is before loading into the core of rapid homogeneous nuclear reactor is granulated.

Сущность изобретения поясняется при помощи теплогидравлической схемы быстрого гомогенного ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, представленной на фиг. 1. The invention is illustrated using a thermohydraulic circuit of a fast homogeneous nuclear reactor with a liquid metal coolant, shown in FIG. one.

Быстрый гомогенный ядерный реактор содержит активную зону 1 контейнерного типа. Стенки контейнера 2 могут быть сделаны охлаждаемыми "чистым" натрием, циркулирующим по отдельному контуру (на чертеже не показан). A fast homogeneous nuclear reactor contains a container-type core 1. The walls of the container 2 can be made cooled by "pure" sodium circulating in a separate circuit (not shown in the drawing).

В контейнер 2 помещены пусковая сборка 3 и органы регулирования реактивности 4. Launcher assembly 3 and reactivity control elements 4 are placed in container 2.

В днище 5 контейнера 2 выполнены отверстия 6 и под днищем 5 расположена газовая камера 7, которая при работе реактора заполняется каким-нибудь нейтральным газом, например аргоном, заканчивающаяся бассейном 8 для натрия. Openings 6 are made in the bottom 5 of the container 2 and a gas chamber 7 is located under the bottom 5, which, when the reactor is in operation, is filled with some neutral gas, for example argon, ending in a sodium pool 8.

Газовая камера 7 соединена с устройством 9 для подачи "чистого" газа и - через трубопровод 10 - с устройством для очистки от газообразных и летучих продуктов деления 11. The gas chamber 7 is connected to a device 9 for supplying "clean" gas and - through a pipe 10 - with a device for cleaning from gaseous and volatile fission products 11.

Бассейн 8 через дисперсный теплообменник 12 сообщен с вихревым гидроцклоном 13, соединенным с активной зоной 1, и с помощью трубопровода 14, который снабжен нормально открытым клапаном 15, - с промежуточным теплообменником 16. The pool 8 through a dispersed heat exchanger 12 is in communication with a vortex hydroclone 13 connected to the active zone 1, and using a pipe 14, which is equipped with a normally open valve 15, with an intermediate heat exchanger 16.

За промежуточным теплообменником 16 следует коллектор низкого давления 17, который сообщен с камерой для сбора натрия 18 над активной зоной 1 и - через циркуляционный насос 19 - с коллектором высокого давления 20, к которому подключены впрыски 21 контура циркуляции топлива и других устройств. The intermediate heat exchanger 16 is followed by a low-pressure manifold 17, which is in communication with the sodium collection chamber 18 above the active zone 1 and, through a circulation pump 19, with a high-pressure manifold 20, to which injections 21 of the fuel circulation circuit and other devices are connected.

Для ввода топлива в контур циркуляции на трубопроводе 22, ведущем от коллектора высокого давления 20 к бункеру 23 со "свежим" топливом, соединенным с дисперсным теплообменником 12, установлен вентиль 24. To enter the fuel into the circulation circuit on the pipeline 22, leading from the high pressure manifold 20 to the hopper 23 with the "fresh" fuel connected to the dispersed heat exchanger 12, a valve 24 is installed.

Выгоревшее топливо удаляют в бункер 25 для складирования отработанного топлива по трубопроводу (на чертеже не обозначен), "врезанному" в циркуляционный контур на участке между дисперсным теплообменником 12 и вихревым гидроциклоном 13. The burned-out fuel is removed into the hopper 25 for storing spent fuel through a pipeline (not indicated in the drawing), "embedded" in the circulation circuit in the area between the dispersed heat exchanger 12 and the vortex hydrocyclone 13.

К бункеру 25 также протянут байпасный трубопровод 26 с нормально закрытым клапаном 27. A bypass pipe 26 with a normally closed valve 27 is also extended to the bunker 25.

Ядерный энергетический комплекс эксплуатируют следующим образом. The nuclear power complex is operated as follows.

В процессе эксплуатации или по завершении кампании какого-либо из ядерных реакторов на быстрых или тепловых нейтронах из них выгружают частично или полностью выгоревшее топливо. Из входящих в состав этого топлива компонентов отделяют (например, в плавильной ванне) минорные актиноиды, которые затем гранулируют для получения гомогенного топлива в "холодном" твердом состоянии и для транспортировки топлива теплоносителем. Здесь же или непосредственно перед загрузкой топлива в гомогенный быстрый реактор гранулы МА равномерно перемешивают с гранулами алюминия (Al) и получают топливную смесь, содержащую 12-13,5 ат.%% МА, остальное - Al, для первоначальной загрузки в быстрый гомогенный реактор с жидкометаллическим теплоносителем. During operation or at the end of the campaign of any of the fast or thermal neutron reactors, partially or completely burnt fuel is unloaded from them. Minor actinides are separated from the components of this fuel (for example, in a smelting bath), which are then granulated to obtain homogeneous fuel in a "cold" solid state and for transporting fuel with a coolant. Here, or immediately before loading fuel into a homogeneous fast reactor, MA granules are uniformly mixed with aluminum (Al) granules and a fuel mixture containing 12-13.5 at. %% MA is obtained, the rest is Al, for initial loading into a fast homogeneous reactor with liquid metal coolant.

Такой состав топливной смеси обусловлен тем, что при значении содержания МА меньшей 12 ат. % топливная смесь в объеме активной зоны не достигает критичности, тогда как при значении МА больше 13,5 ат.% реактивность становится чрезмерно высокой, что ведет к неоправданному усложнению и удорожанию системы управления и защиты реактора. This composition of the fuel mixture is due to the fact that when the MA content is less than 12 at. % of the fuel mixture in the core volume does not reach criticality, whereas when the MA value is more than 13.5 at.%, the reactivity becomes excessively high, which leads to unjustified complication and cost of the reactor control and protection system.

Чтобы сократить число операций по получению топлива нужного состава, проводимых непосредственно на промплощадке атомной станции, процесс изготовления топливной смеси может быть произведен в заводских условиях. В этом случае сначала изготавливают сплав Al+MA, содержащий 12-13,5 ат.%% MA, остальное - Al, а затем его гранулируют. To reduce the number of operations to obtain fuel of the required composition, carried out directly at the industrial site of a nuclear power plant, the process of manufacturing the fuel mixture can be carried out in the factory. In this case, the Al + MA alloy is first made containing 12-13.5 at. %% MA, the rest is Al, and then it is granulated.

Тогда перед пуском реактора контейнер 2 активной зоны 1 заполняют гранулами топливной смеси MA+Al, содержащими 12-13,5 ат.%% MA, остальное - Al. Then, before starting the reactor, the container 2 of the active zone 1 is filled with granules of the fuel mixture MA + Al containing 12-13.5 at. %% MA, the rest is Al.

Ввод топлива в контур циркуляции производится гидравлическим способом путем открытия вентиля 24. Топливо из бункера 22 потоком натрия подается в дисперсный теплообменник 12, а из него - в активную зону 1, после чего вентиль 24 закрывается. The fuel is introduced into the circulation circuit hydraulically by opening the valve 24. Fuel from the hopper 22 is fed by a sodium stream into the dispersed heat exchanger 12, and from it into the core 1, after which the valve 24 closes.

Контур охлаждения (на чертеже не показан) контейнера 2 активной зоны 1 может быть снабжен, например, электронагревателем (на чертеже не показан). Горячий натрий, нагретый электронагревателем, подается к контейнеру 2 и через стенки нагревают и расплавляет гранулы топлива. Первоначальное расплавление топлива можно обеспечить также с помощью пусковой сборки 3 и/или органов регулирования реактивности 4, которые могут полностью и/или частично выводиться из активной зоны 1. The cooling circuit (not shown) of the container 2 of the core 1 may be provided, for example, with an electric heater (not shown). Hot sodium, heated by an electric heater, is supplied to the container 2 and heated and melts the fuel granules through the walls. The initial melting of the fuel can also be achieved using the launch assembly 3 and / or reactivity control 4, which can be completely and / or partially removed from the core 1.

Расплавленное в активной зоне 1 топливо через отверстия 6 в днище 5 контейнера 2 вытекает тонкими струями в газовую камеру 7, заполненную аргоном, где под действием силы тяжести струи топлива разрываются на капли. Капли жидкого топлива падают в натриевый бассейн 8, гранулируются без использования какого бы то ни было вспомогательного оборудования и нагревают натрий. Высокая температура жидкого топлива и большая поверхность струй и капель жидкого топлива способствует эффективному выходу газовых и летучих продуктов деления в газовой камере 7. Подключение к ней системы очистки от газовых и летучих продуктов деления 11 позволяет существенно повысить уровень безопасности быстрого реактора и ядерного энергокомплекса в целом. The fuel melted in the core 1 through holes 6 in the bottom 5 of the container 2 flows in thin jets into a gas chamber 7 filled with argon, where, under the influence of gravity, the fuel jets burst into droplets. Drops of liquid fuel fall into the sodium pool 8, granulate without the use of any auxiliary equipment, and heat the sodium. The high temperature of liquid fuel and the large surface of jets and droplets of liquid fuel contribute to the efficient exit of gas and volatile fission products in gas chamber 7. Connecting to it a cleaning system for gas and volatile fission products 11 can significantly increase the safety level of a fast reactor and the nuclear power complex as a whole.

Из бассейна 8 гранулы топлива потоком натрия вновь через дисперсный теплообменник 12 выносятся к вихревому гидроциклону 13, где они отделяются от нагретого натрия, который уходит в промежуточный теплообменник 16 и там отдает тепло во второй контур. From the pool 8, the fuel granules are again discharged through the dispersed heat exchanger 12 to the vortex hydrocyclone 13 through the dispersed heat exchanger 12, where they are separated from the heated sodium, which goes into the intermediate heat exchanger 16 and transfers heat to the secondary circuit there.

Гранулы же топлива вместе с небольшой частью натрия (объемные доли топлива и теплоносителя примерно равны) опускаются (через камеру для сбора натрия 18) до верхней части активной зоны 1, ограниченной уровнем расплавленного топлива, и входят в расплавленное топливо активной зоны 1. Натрий, как более легкая фракция (натрий в несколько раз легче топлива), всплывает и отводится из камеры 18 в коллектор низкого давления 17, а гранулы топлива под действием силы тяжести движутся по активной зоне 1 сверху вниз и расплавляются. Granules of fuel, together with a small part of sodium (volume fractions of fuel and coolant are approximately equal), are lowered (through the chamber for collecting sodium 18) to the upper part of the active zone 1, limited by the level of molten fuel, and enter the molten fuel of the active zone 1. Sodium, as the lighter fraction (sodium is several times lighter than fuel), floats and is diverted from the chamber 18 to the low pressure collector 17, and the fuel granules move down the core 1 from the top by gravity and melt.

Из промежуточного теплообменника 16 охлажденный натрий через коллектор низкого давления 17 поступает на циркуляционный насос 19, из него - в коллектор высокого давления 20, а оттуда натрий поступает на впрыски 21 контура циркуляции топлива и других устройств и в частности бункера 23 для подпитки реактора "свежим" топливом. From the intermediate heat exchanger 16, the cooled sodium through the low pressure manifold 17 enters the circulation pump 19, from it into the high pressure manifold 20, and from there the sodium enters the injections 21 of the fuel circuit and other devices, and in particular the hopper 23 for feeding the reactor “fresh” fuel.

По мере необходимости топливо с выгоревшими МА и содержащее твердые и, частично, газообразные и летучие продукты деления отводят в бункер 25, для чего нормально закрытым клапаном 27 открывают трубопровод 26 и нормально открытым клапаном 15 перекрывают трубопровод 14, в результате чего натрий выносит топливные гранулы в бункер 25 для складирования отработанного топлива (откуда оно может быть отправлено на переработку), после чего клапаны 15 и 27 приводятся в нормальное состояние. If necessary, fuel with burned-out MA and containing solid and, partially, gaseous and volatile fission products is diverted to the hopper 25, for which purpose a pipeline 26 is opened by a normally closed valve 27 and the pipeline 14 is closed by a normally open valve 15, as a result of which sodium discharges the fuel granules into a hopper 25 for storing spent fuel (from where it can be sent for reprocessing), after which the valves 15 and 27 are brought into normal condition.

В процессе работы быстрого гомогенного реактора происходит не только подпитка реактора "свежим" топливом начального состава и удаления ПД, но и образование в активной зоне более эффективных с точки зрения создания критичности делящихся изотопов урана и плутония. Поэтому, чтобы обеспечить равновесный состав топлива в активной зоне 1, содержание МА в нем постепенно снижают до 3-3,5 ат.%% MA, а высвобождающийся от МА объем активной зоны 1 заполняют алюминием. In the process of operation of a fast homogeneous reactor, not only is the reactor fed with “fresh” fuel of the initial composition and PD removal, but also the formation of more efficient fissile uranium and plutonium isotopes in the core is critical. Therefore, in order to ensure the equilibrium composition of the fuel in the active zone 1, the MA content in it is gradually reduced to 3-3.5 at. %% MA, and the volume of the active zone 1 released from MA is filled with aluminum.

При таком составе топливной смеси реактор выходит на стационарный режим работы с избыточной реактивностью близкой к нулю. Дальнейшее снижение содержания в МА топливе, т.е. менее 3 ат.%%, ведет к тому, что топливная смесь в объеме активной зоны не достигает критичности, тогда как при содержании МА больше 3,5 ат.%% появляется высокая избыточная реактивность, которая ведет к снижению безопасности реактора. With this composition of the fuel mixture, the reactor enters a stationary mode of operation with excess reactivity close to zero. A further decrease in the content in MA fuel, i.e. less than 3 at. %%, leads to the fact that the fuel mixture in the core does not reach criticality, while when the MA content is more than 3.5 at. %%, a high excess reactivity appears, which leads to a decrease in reactor safety.

После того, как топливная смесь достигает указанного равновесного состава, т.е. содержания МА 3-3,5 ат.%%, эксплуатация гомогенного быстрого реактора с жидкометаллическим теплоносителем может продолжаться до сжигания всех накопленных на данный момент в запасе актиноидов. After the fuel mixture reaches the specified equilibrium composition, i.e. MA content of 3-3.5 at. %%, the operation of a homogeneous fast reactor with a liquid metal coolant may continue until all actinides currently stored in the reserve are burned.

Claims (4)

1. Способ эксплуатации ядерного энергетического комплекса, заключающийся в том, что отработанное топливо из тепловых и/или быстрых ядерных реакторов загружают в виде гранул в быстрый гомогенный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, снабженный органами регулирования реактивности и активной зоной контейнерного типа с перфорированным днищем, затем топливо в активной зоне расплавляют и через отверстия в днище контейнера выводят из зоны, снова гранулируют и по циркуляционному контуру опять подают на вход активной зоны, отличающийся тем, что из отработанного топлива извлекают минорные активоиды (МА), гранулируют их, затем равномерно перемешивают гранулы МА с гранулами алюминия и образуют из этих ингредиентов топливную смесь, содержащую 12 - 13,5 ат. %% МА, для первоначальной загрузки быстрого гомогенного реактора, после загрузки этой топливной смеси в активную зону и ее расплавления доводят быстрый гомогенный реактор до критического состояния и производят выжигание МА, из циркуляционного контура производят отгрузку части выгоревшего топлива и удаляют продукты деления, дозагружают активную зону топливной смесью для сохранения ее критичности, а также алюминием, и доводят содержание МА в топливной смеси до 3 - 3,5 ат.%%, после чего поддерживают содержание МА в активной зоне быстрого гомогенного реактора до конца процесса выжигания МА на достигнутом уровне. 1. The method of operation of the nuclear energy complex, which consists in the fact that spent fuel from thermal and / or fast nuclear reactors is loaded in the form of granules into a fast homogeneous reactor with a liquid metal coolant equipped with reactivity regulators and a container-type core with a perforated bottom, then the fuel in the core it is melted and taken out of the zone through openings in the bottom of the container, granulated again and again fed to the core inlet along the circulation loop in that the spent fuel removed from minor aktivoidy (MA), granulated them, then uniformly stirred MA granules with granules of aluminum and is formed from a fuel mixture of these ingredients, containing 12 - 13.5 at. %% MA, for the initial loading of a fast homogeneous reactor, after loading this fuel mixture into the active zone and its melting, the fast homogeneous reactor is brought to a critical state and MA is burned, some of the burned fuel is unloaded from the circulation loop and fission products are removed, the core is loaded fuel mixture to maintain its criticality, as well as aluminum, and bring the MA content in the fuel mixture to 3 - 3.5 at. %%, and then maintain the MA content in the active zone of fast homogenization reactor to the end of the process of burning MA at the achieved level. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для расплавления топливной смеси в активную зону быстрого гомогенного реактора помещают пусковую тепловыделяющую сборку и/или частично и/или полностью выводят органы регулирования реактивности. 2. The method according to claim 1, characterized in that in order to melt the fuel mixture in the active zone of a fast homogeneous reactor, a starting fuel assembly is placed and / or reactivity control organs are partially and / or completely withdrawn. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для расплавления топливной смеси осуществляют нагрев контейнера активной зоны быстрого гомогенного ядерного реактора. 3. The method according to claim 1, characterized in that for melting the fuel mixture, the container of the active zone of a fast homogeneous nuclear reactor is heated. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после извлечения минорных актиноидов из облученного топлива из них и алюминия изготавливают сплав Al + МА, который перед загрузкой в активную зону быстрого гомогенного ядерного реактора гранулируют. 4. The method according to claim 1, characterized in that after the extraction of minor actinides from the irradiated fuel, an Al + MA alloy is made from them and aluminum, which is granulated before loading into the active zone of a fast homogeneous nuclear reactor.
RU97116939/25A 1997-10-10 1997-10-10 Nuclear power system operating process RU2122750C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97116939/25A RU2122750C1 (en) 1997-10-10 1997-10-10 Nuclear power system operating process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97116939/25A RU2122750C1 (en) 1997-10-10 1997-10-10 Nuclear power system operating process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2122750C1 true RU2122750C1 (en) 1998-11-27
RU97116939A RU97116939A (en) 1999-02-20

Family

ID=20197984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97116939/25A RU2122750C1 (en) 1997-10-10 1997-10-10 Nuclear power system operating process

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2122750C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2157006C1 (en) * 1999-04-20 2000-09-27 Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники" Homogeneous fast reactor reactivity control process
RU2316067C1 (en) * 2006-06-13 2008-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" Solid-cooled thermal-neutron power reactor
RU2542740C1 (en) * 2013-11-11 2015-02-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Nuclear reactor for combustion of transuranic chemical elements
RU2549369C2 (en) * 2010-02-04 2015-04-27 Дженерал Атомикс Modular reactor for converting nuclear fission wastes
RU2672668C1 (en) * 2013-11-21 2018-11-19 ТерраПауэр, ЭлЭлСи Method and system for generating nuclear reactor core loading distribution

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3349001A (en) * 1966-07-22 1967-10-24 Stanton Richard Myles Molten metal proton target assembly
RU2031455C1 (en) * 1990-01-23 1995-03-20 Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники Method of operation of nuclear power complex

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3349001A (en) * 1966-07-22 1967-10-24 Stanton Richard Myles Molten metal proton target assembly
RU2031455C1 (en) * 1990-01-23 1995-03-20 Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники Method of operation of nuclear power complex

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2. Кесслер Г. Ядерная энергетика. - М.: Энергоиздат, 1986, с.182. 3. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2157006C1 (en) * 1999-04-20 2000-09-27 Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники" Homogeneous fast reactor reactivity control process
RU2316067C1 (en) * 2006-06-13 2008-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" Solid-cooled thermal-neutron power reactor
RU2549369C2 (en) * 2010-02-04 2015-04-27 Дженерал Атомикс Modular reactor for converting nuclear fission wastes
RU2542740C1 (en) * 2013-11-11 2015-02-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Nuclear reactor for combustion of transuranic chemical elements
RU2672668C1 (en) * 2013-11-21 2018-11-19 ТерраПауэр, ЭлЭлСи Method and system for generating nuclear reactor core loading distribution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0725967B1 (en) An energy amplifier for "clean" nuclear energy production driven by a particle beam accelerator
Chang The integral fast reactor
US3866424A (en) Heat source containing radioactive nuclear waste
KO et al. THE METHOD OF CORIUM COOLING IN A CORE CATCHER OF A LIGHT-WATER NUCLEAR REACTOR.
RU2122750C1 (en) Nuclear power system operating process
Mac Donald et al. Design of an Actinide-Burning, Lead or Lead-Bismuth Cooled Reactor that Produces Low-Cost Electricity
Natarajan et al. Technology development of fast reactor fuel reprocessing in India
Cipiti et al. Fusion transmutation of waste: design and analysis of the in-zinerator concept
RU2184995C2 (en) Method for servicing fast homogeneous reactor
Li et al. Influence of active and passive equipment for advanced pressurized water reactor on thermal hydraulic and source term behavior in severe accidents
Bostelmann et al. Non-LWR Fuel Cycle Scenarios for SCALE and MELCOR Modeling Capability Demonstration
Broeders et al. Fuel cycle options for the production and utilization of denatured plutonium
Taube et al. Reactor with very low fission product inventory
RU97116939A (en) METHOD FOR OPERATING A NUCLEAR ENERGY COMPLEX
Bacher C. Rubbia’s hybrid plant concept: a preliminary technical and economic analysis
Languille et al. Nuclear fuels for actinides burning CAPRA and SPIN programmes status
RU2017242C1 (en) Nuclear reactor
Yamano Design features and safety assessment of a sodium-cooled fast reactor in Japan for mitigation of severe accidents
Frank et al. Comparative Safety Assessment of Upflow Versus Downflow GCFR Core Designs
Hongrun et al. Analysis of steam generator tube rupture as a severe accident using MELCOR 1.8. 4
Pilate et al. Americium targets in fast reactors
Basov et al. Transmutation of high-level fission products and actinides in a laser-driven fusion reactor
Louthan et al. Disposal of aluminum based spent fuels in a repository
Mayorshin et al. Advanced fuel cycle on the basis of pyroelectrochemical process for irradiated fuel reprocessing and vibropacking technology
Han-Chul In Plant Accident Management

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041011