Национальный ядерный центр рк (ргп няц рк) Дочернее государственное предприятие институт геофизических исследований (ДГП ИГИ ргп няц рк) (стр. 3 из 4)

Для уменьшения дозы от нейтронного излучения при газовом заполнении полости контейнера оценивалось влияние различных вариантов расположения нейтронной защиты в конструкции контейнера на ослабление потока нейтронов. В вариантах рассматривается контейнер из чугуна добавлением DUO₂.

В первом варианте рассмотрено влияние наличия дистанционирующей решетки (корзины) содержащей карбид бора (толщина – 1 см) окружающей все ОТВС контейнера. Во втором и третьем варианте рассмотрено влияние добавления оксида гадолиния в защиту из чугуна и DUO₂ - 1% и 10% от объема защиты соответственно. Результаты сравнения вариантов конструкции приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты влияния различных вариантов расположения нейтронной защиты в конструкции контейнера на ослабление потока нейтронов

Реактор	Кол-во ОТВС	Внутренний радиус, см	Толщина защиты	Масса ТУК, тонна	Мощность дозы на поверхности, мЗв/час
					γ-кванты	нейтроны	общая
Без дистанционирующей решетки
ВВЭР-1000	3	50	40	83	0.59	0.98	1.57
Дистанционирующая решетка с карбидом бора (толщина – 1 см)
ВВЭР-1000	3	50	40	83	0.59	0.97	1.56
Без Gd2O3
ВВЭР-1000	7	60	40	98	0.85	1.80	2.65
1% Gd2O3
ВВЭР-1000	7	60	40	98	0.85	1.70	2.54
10% Gd2O3
ВВЭР-1000	7	60	40	98	0.85	1.51	2.36

НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

В качестве отражателя рассматривался бесконечный слой стали.

При расчетах загрузки контейнера ОТВС различных реакторов при газовом охлаждении сборки располагались по квадратной плотноупакованной решётке.

Результаты расчета загрузки контейнера ОТВС различных реакторов при газовом охлаждении приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зависимость критичности от загрузки ОТВС при газовом охлаждении

Результаты расчета загрузки контейнера ОТВС различных реакторов при водяном охлаждении (та же квадратная плотноупакованная решётка, что и для случая газового охлаждения) приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимость критичности от загрузки ОТВС при водяном охлаждении (плотноупакованная решётка)

Поскольку загрузка контейнера ОТВС по плотноупакованной решётке оказалась очень мала, так же рассматривался вариант расположения сборок по квадратной разреженной решётке (в шахматном порядке).

Результаты расчета загрузки контейнера ОТВС различных реакторов, расположенных по разреженной решётке при водяном охлаждении приведены на рисунке 24.

Рисунок 3 – Зависимость критичности от загрузки ОТВС при водяном охлаждении (разреженная решётка)

Кроме того, для случая водяного охлаждения исследовался вариант расположения сборок по квадратной плотноупакованной решётке в корзине из сплава MBL05. Этот материал представляет собой сплав алюминия с карбидом бора (5%) с естественным обогащением по ¹⁰В. Результаты расчета загрузки контейнера ОТВС различных реакторов для этого варианта приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 – Зависимость критичности от загрузки ОТВС при водяном охлаждении (плотноупакованная решётка, корзина из сплава MBL05)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расчет защиты от радиации:

Из рассмотренных вариантов конструкций наибольшую загрузку обеспечивают контейнеры с добавлением в защиту оксида обеднённого урана, причем защита на основе чугуна показывает наилучшие результаты. Наименьшую загрузку обеспечивает контейнер с защитой из чистого железобетона.

Вклад в формирование мощности дозы на поверхности контейнера от нейтронного и гамма излучений существенно зависит от типа используемой защиты. Так, при использовании защиты на основе железобетона основной вклад приходится на гамма излучение (мощность дозы от нейтронного излучения меньше на 1-3 порядка). А при использовании защиты на основе чугуна уже мощность дозы от гамма излучения в 3-10 раз меньше чем мощность дозы от нейтронов.

Влияние массогабаритных ограничений к конструкции контейнера несколько отличается при использовании различных вариантов защит. Так для защит на основе железобетона основным ограничивающим параметром выступают геометрические размеры контейнера, а для защит на основе чугуна – масса контейнера.

При жидкостном заполнении полости контейнера для большинства вариантов происходит уменьшение размеров контейнера по сравнению с вариантами с газонаполненным контейнером. Однако при отсутствии поглотителя в корзине, варианты с жидкостным заполнением полости чаще отличаются меньшей загрузкой ОТВС, из-за необходимости большего дистанционирования ОТВС друг от друга для непревышения ограничений по критичности.

Анализ результатов оценки применимости различных вариантов нейтронной защиты для газового заполнения полости контейнера показывает, что её влияние на мощность дозы от нейтронного излучения на поверхности контейнера пренебрежимо мало. Это объясняется большой долей нейтронов с высокими энергиями в спектре излучения источников, в то время как рассмотренные материалы нейтронной защиты способны хорошо поглощать низкоэнергетические нейтроны.

Нейтронно-физические расчеты:

Из рассмотренных вариантов заполнения контейнера газовой или жидкостной средой, наименьшую критичность обеспечивает заполнение внутренней полости газами, причем разница по критичности для разных газов минимальна.

При газовом заполнении контейнера основным ограничивающим фактором на загрузку ОТВС является размер внутренней полости, а при жидкостном – расположение ОТВС и материал корзины.

При жидкостном заполнении полости контейнера наименьшая загрузка обеспечивается при расположении ОТВС по плотной решётке без поглощающего нейтроны материала корзины.

И для газового и для жидкостного охлаждения наименьшее значение критичности и, соответственно, наибольшая загрузка, наблюдается у ОТВС реактора ABWR, а наибольшее – у ОТВС реактора AP1000. Это объясняется как меньшей массой топлива в ОТВС ABWR, так и меньшим обогащением.

Результаты применения ограничений к конструкции контейнера, сформулированных на основании проведённых нейтронно-физических, расчетов радиационной защиты и других расчетов сведены в таблицу 4.

Таблица 4 – Рекомендуемые параметры контейнеров загруженных ОТВС различных реакторов для нескольких вариантов защит и охлаждения

Вариант	Количество ОТВС						Внутренний радиус, см	Толщина защиты		Масса ТУК, тонна
	ABWR	AP1000	AP600	ВВЭР-1000	ВБЭР-300
Газовое охлаждение (или жидкостное по плотной решётке в корзине с поглотителем нейтронов)
Ж/б	9	4	5	3	3		40	85		104
Ж/б+DUO2	37	8	12	9	9		80	45		129
Чугун	21	6	9	7	7		60	60		130
Чугун+DUO2	36	8	12	9	11		75	45		130
Жидкостное охлаждение (по разреженной решётке в корзине без поглотителя нейтронов)
Ж/б	8	4	4	4	4	45		80	103
Ж/б+DUO2	25	8	12	8	8	75		45	125
Чугун	21	5	7	8	8	70		50	130
Чугун+DUO2	21	6	9	8	8	65		45	129

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ