Кроме того, часть энергии деления ядра уносится за пределы активной зоны вместе с нейтронами и g-излучением (см. § 1.5). Если учесть эту потерю коэффициентом hа.з и деление 238U коэффициентом m, то в общем случае количество выгоревшего 235U при работе ЯР на мощности N (МВт) в течение времени t (сут)
mвыг u-235=((1.05*(1+a))/m*hа.з)*N*t г (2.8)
Для 239Pu (см приложение 9 и задачу 2.1.2)-
mвыг Pu=0,063*N (МВт) t (ч) = 1,52*N (МВт) t (сут) г. (2.1.9) 2.9
Один из важнейших показателей экономичности ЯР (ЯЭУ и АЭС в целом) - глубина выгорания топлива. Чаще всего среднюю глубину выгорания В определяют как количество энергии, полученной с единицы массы топлива, загруженного в ЯР, за время его пребывания в активной зоне. Это есть удельное энерговыделение.
Если ЯР с загрузкой mтоп (кг) выработал N (МВт)*t (сут) =Qк (МВт*сут) энергии, то глубина выгорания
В = Qк/^mтоп = N*t/mтоп МВт.сут/кг.(2.1.10) 2.10
Иногда mтоп выражают в тоннах, a В в мегаватт-сутках на тонну (МВт-сут/т). В этом случае можно записать
В =Рm (МВт/т; кВт/кг)*t (сут) МВт-сут/т,
где Рm - энергонапряженность _ядерного топлива (1.5.2).
Для металлического урана В составляет 3 - 3,5 МВт-сут/кг, а для его соединений может быть значительно больше. В современных ВВЭР с обогащением 3 - 5 % при кампании 2 - 3 года с использованием частичных перегрузок В достигает значения 30 - 40 МВт-сут/кг, а в максимально напряженных твэлах и больше. ВВЭР-440 при кампании_ топлива 2 - 3 года с частичной перегрузкой 1 раз в год имеет В = 28 МВт-сут/кг. В быстрых и высокотемпературных ЯР В =100 - 150 МВт-сут/кг. В экспериментальном БР (Франция) достигнуто выгорание 210 МВт-сут/кг (ГВт-сут/т). Максимальная глубина выгорания в отдельных твэлах всегда больше В на величину, пропорциональную коэффициентам неравномерности (см. § 1.5). Предельная глубина выгорания определяется технологической стойкостью твэлов в зависимости от обогащения топлива, типа теплоносителя, материала оболочки и конструкции твэла.
В ЯР на мощности N (МВт) со строго установленным временем между очередными частичными перегрузками tяр (кампания ЯР, эф. ч) за время пребывания топлива (твэлов) в активной зоне tтоп=n*tяр (кампания топлива, эф. ч), т. е. после n перегрузок,
В=((N*n)/24mu)* tяр (МВт*сут)/кг U (2.1.11) 2.11
Для ВВЭР-1000 основным вариантом принят режим работы с п =3, tяр=7000 ч, начальным обогащением х=3,5 - 4,5 %, при этом В=30-40 МВт-сут/кг U. В тепловых ВВР при трех частичных перегрузках в выгружаемом топливе можно добиться глубины выгорания, практически равной начальному обогащению:
при х=3 % (30 кг 235u/тu) B=30 МВт-сут/кг U (30 кг 235u/tu), при x=40 % B=40 МВт-сут/кг U и т. д.
Глубину выгорания можно также выражать отношением масс выгоревшего делящегося нуклида, например 235U (mвыг, кг), и загруженного топлива (mтоп,т):
В1=mвыг/mтоп кг/т (2.1.12) 2.12
Так как энергии в 1 МВт-сут соответствует 1,23*10-3 кг выгоревшего 235U [см. (2.5)], то с учетом (2.9)
В1= mвыг(кг)/ mu(кг)= ((1,23*10-3*N*t)/ 10-3* mu(кг))* В кг/т
В= В1 МВт*сут/т , или В= 0.81В1 МВт*сут/кг (2.1.13) 2.13
Если mвыг и mu брать в одинаковых единицах, то глубину выгорания можно выражать в процентах:
В2=( mвыг /mu)-100 % = 0,1 В1%. (2.1.14) 2.14
Следовательно, В1 (кг/т) =10 B2 (%) (см. задачу 2.10).
Можно относить выгоревший делящийся нуклид (mвыг) к загруженному делящемуся нуклиду (mU-235, mPu-239)
В3 =( mвыг /mu-235,Рu-239)*100 % (^выг/^и-235. Рu-239 )• 100 %;(2.1.15) 2.15
или уменьшение ядерной концентрации делящегося нуклида за кампанию Т к ее первоначальному значению: В3= 100(N°u-235-Nu-235(T))/N°u-235 %• Это удобно для высокообогащенного топлива, используемого в ЯР с одной перегрузкой. В транспортных судовых ЯР, а также в небольших теплофикационных или исследовательских ЯР за кампанию выгорает 30 - 40 % начальной загрузки делящегося нуклида.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.