Моделирование теплового состояния ВОТК-НОУ реактора ИВГ.1М при отслоении циркониевой матрицы топливного сердечника
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в рамках международной программы по снижению обогащения топлива исследовательских реакторов Национальный ядерный центр РК успешно реализует проект по конверсии исследовательского реактора ИВГ.1М [1]. Конверсия ректора необходима для уменьшения оборота высокообогащенного уранового топлива в мире, так как оно может быть использовано для создания ядерного оружия. Главная цель конверсии заключается в замене действующих ТВС с топливом высокого обогащения на ТВС с низкообогащенным топливом (НОУ), содержащим (до 20 % масс.) уран. Для реализации этой задачи было принято решение об изготовлении комплекта ВОТК-НОУ взамен действующих ВОТК.Сложность конверсии заключалась в необходимости изготовления уникальных твэлов, которые не применимы для других установок. Изготовление таких твэлов в серийном производстве не целесообразно.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1Реактор ИВГ.1М
2Конверсия реактора ИВГ.1М
3 Водоохлаждаемый технологический канал
4 Топливная композиция твэла-НОУ
5 Особенности технологии изготовления твэлов
МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1 Метод Монте-Карло
2 Метод конечных элементов
2.1Понятие компьютерного моделирования
2.2 Обзор программных обеспечений для моделирования физических процессов
2.3 ANSYS Workbench
2.4. Возможности программного обеспечения ANSYS Fluent
2.5. Сеточный генератор Meshing Application
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТСЛОЕНИЯ ТОПЛИВНОГО СЕРДЕЧНИКА НА РЕЖИМ РАБОТЫ ТВЭЛА РЕКТОРА ИВГ 1М
1 Моделирование температурного поля твэла при отслоении топливного сердечника от оболочки по короткой стороне лопасти
2 Моделирование теплового состояния твэла при неравномерном отслоении топливного сердечника от оболочки
3 Трехмерный расчет твэла-НОУ 800 мм с продольным дефектом типа «ковочный крест»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Laura Gil. Countries Move Towards Low Enriched Uranium to Fuel Their Research Reactors // IAEA Bulletin. – November, 2019. – Vol. 60-4, pp. 26-27.
Ганжур О., «133 урановые нити — НПО «Луч» создало инновационное топливо» : отраслевое издание госкорпорации «Росатом». – 2020. http://strana-rosatom.ru/2020/01/20/133-uranovye-niti-npo-luch-sozdalo-inn/Канал водоохлаждаемый технологический с низкообогащенным топливом (ВОТК-НОУ) ВШКЛ.506413.002ПЗ: пояснительная записка к техническому проекту. – ФГУП «НИИ НПО ЛУЧ». – Подольск, 2021.
А.Д. Вурим, А.Н. Колбаенков, В.С. Гныря Описание реактора ИВГ.1М: отчет (Deliverable 2.1 under Contract 0J-30461-0001A) / ДГП ИАЭ РГП НЯЦ РК. рук. – Курчатов, 2010. – 42 с.
И.Н. Андреев И.Н., Чертков Ю.Б. Исследование нейтронно-физических параметров активной зоны реактора ИВГ.1М. Тез. докл. XII междун. научной конференция «Энергия – 2017». Иваново. 2017. Т.2 С 4-6.
Андреев И.Н., Чертков Ю.Б. Исследование возможности использования низкообогащенного керметного топлива в реакторе ИВГ.1М. Сборник материалов L Международной научно практической конференции «Наука и современность 2017». Новосибирск, 2017. С. 88-95.
Прозорова И.В., Киричек Е.А., Гановичев Д.А., Обоснование теплофизических характеристик реактора ИВГ.1М с топливом низкого обогащения // Известия томского политехнического университета. Томск, 2013. Т 322. №4. С. 5-10.
И.Л. Перлин, М.З.Ерманок. Теория волочения. М., «Металлургия», 2 изд., 1971, 448 сВ.Л. Колмогоров. Напряжения, деформации, разрушение. М., «Металлургия», 1970, 229 стр.
И.М. Соболь. Численные методы Монте-Карло. М: Наука, 1973. 312 сMCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5. - Los Alamos National Laboratory, LA-UR-03-1987, 2008.
MCNP6 User’s Manual - Los Alamos National Laboratory, LA-CP-13-00634, 2013.
Реактор ИВГ.1 был разработан и изготовлен в конце 60-х – начале 70-х годов и введен в эксплуатацию в Казахстане в 1975 г. В конце 80-х реактор был модернизирован путем замены газоохлаждаемых каналов на ВОТК и в 1990 г., с названием ИВГ.1М, повторно введен в эксплуатацию после модернизации [3]. Комплект водоохлаждаемых ТВС в составе водоохлаждаемых технологических каналов (ВОТК) успешно и безотказно эксплуатировался до 2021. Твэлы ВОТК изготавливались из сплава U-Zr с содержанием урана 2 – 4 % масс. при обогащении 90 % по изотопу U-235.Большое количество исследовательских реакторов в мире работают на высокообогащённом уране (ВОУ), что создает угрозу распространения ядерного оружия, так как ВОУ может быть использован для его создания. С 1978 года для решения этих проблем, разными странами, эксплуатирующими исследовательские реакторы, были подписаны поддержанные МАГАТЭ международные соглашения о конверсии исследовательских реакторов на низкообогащенное урановое (НОУ) топливо. В начале 2000-х годов в число этих стран вошел Казахстан.В 2010 году в рамках выполнения международных обязательств Республики Казахстан в области нераспространения ядерного оружия Национальным ядерным центром Республики Казахстан были начаты работы по конверсии на НОУ-топливо исследовательских реакторов ИВГ.1М и ИГР. Основными целями этих работ являются снижение обогащения топлива исследовательских реакторах НЯЦ РК до уровня ниже 20% и переработка или утилизация отработавшего ВОУ-топлива этих реакторов.