Некоторые аспекты оптимизации параметров ядерного топлива для ВВЭР

В подавляющем большинстве энергетических реакторов ядерное топливо используется в виде законченных в конструктивном отношении единичных узлов, имеющих строгую геометрию и состав материалов (ТВС) и поступающих на АЭС от заводов-изготовителей. Активная зона формируется для каждого топливного цикла на основании схемы размещения ТВС, выбранный по результатам вариантных нейтронно-физических расчетов. В отечественной практике такие схемы размещения ТВС в конкретном виде разрабатываются соответствующим персоналом АЭС с учетом различных факторов, в том числе установленных нормативных требований и рекомендаций по основным характеристикам активной зоны после очередной перегрузки топлива. С учетом установившегося порядка в топливообеспечении реакторов можно выделить, следовательно, два направления в оптимизации показателей использования топлива, а именно:

совершенствование топливных циклов с применением отработанных ТВС и обоснованных характеристик их работоспособности и

поиск резервов , выявление излишних запасов в конструкционном оформлении топлива и внесение изменений в геометрию решетки и состав используемых материалов; после получения успешных результатов в этом направлении могут возобновляться работы по совершенствованию в первом направлении.

Выход на мировой рынок ядерного топлива требует от отечественных поставщиков определенных усилий в обоих направлениях. Анализ складывающейся ситуации показывает, что для успешной конкуренции необходимо, помимо проводимых работ по первому направлению , обратить серьезное внимание и интенсифицировать работы второго направления. При этом возникает ряд специфических задач, содержание и возможные пути решения которых кратко изложены в данном докладе.

Исходной целью использования ядерного топлива является получение тепловой энергии. Накопленный опыт в проектировании и эксплуатации ТВС указывает на то, что экономичность работы реакторов типа ВВЭР достигается при достаточно высоких тепловых нагрузках топлива. При этом, однако, должны надежно обеспечиваться определенные запасы до некоторых предельных величин с тем, чтобы работа реактора была стабильной и безопасной, особенно в случаях отказа оборудования, т.е. в режимах с нарушением нормальных условий эксплуатации и при постулируемых проектных авариях. Определенный компромисс между стремлением к повышению отводимой тепловой энергии и обеспечением соответствующих запасов достигается и фиксируется в проекте твэл, ТВС и реакторной установки. Основой для компромиссных решений являются, в частности, нормативные документы. По мере накопления опыта успешной эксплуатации ТВС, изготавливаемых на проектной основе, естественно, возникает намерение увеличить энерговыработку топлива. В принципе такое увеличение может быть реально, если не будут нарушены проектные основы и соответствующие нормативные критерии. Для достижения поставленной цели необходим правильный выбор вносимых изменений и проведено достаточное обоснование предлагаемых технических решений. В конечном счете, работы по совершенствованию ТВС должны включать объемный комплекс многоплановых исследований, поскольку в силу специфики ядерного топлива затрагиваются весьма различные и важные аспекты решения указанной проблемы [1].