ҚОРҒАСЫН ЖЫЛУ ТАСЫҒЫШЫ БАР ШАПШАҢ НЕЙТРОНДАРДАҒЫ РЕСЕЙЛІК РЕАКТОРДЫҢ ПЕРСПЕКТИВАЛЫҚ АРАЛАС НИТРИДТІ УРАН-ПЛУТОНИЙ ОТЫНЫН СЫНАУ (БРЕСТ-ОД-300)

Ұлттық ядролық орталықтың 30 жылдығына – 30 жоба!

№ 28 жоба. 2019-2022 жж. ҚОРҒАСЫН ЖЫЛУ ТАСЫҒЫШЫ БАР ШАПШАҢ НЕЙТРОНДАРДАҒЫ РЕСЕЙЛІК РЕАКТОРДЫҢ ПЕРСПЕКТИВАЛЫҚ АРАЛАС НИТРИДТІ УРАН-ПЛУТОНИЙ ОТЫНЫН СЫНАУ (БРЕСТ-ОД-300)

БРЕСТ – қазіргі уақытта Ресейде әзірленіп жатқан қорғасын жылу тасығышы, турбинаға жылу бұрудың екі контурлы схемасы және будың асқын шекті параметрлері бар шапшаң нейтрондардағы реакторлар желісінің жобасы.

Қазіргі уақытта әзірлеушілер өз күштерін БРЕСТ-ОД-300 реакторлық қондырғысына («тәжірибелік демонстрациялық») шоғырландырды, онда көптеген жаңа конструктивті шешімдерді пысықтау қажет. Таңдалған 300 МВт (эл.) және 700 МВт (жылу) қуаты бірлікке тең актив аймақта отынды өндіру коэффициентін алу үшін ең төменгі қажетті болып табылады.

Росатом өкілдері БРЕСТті шапшаң нейтрондардағы жоғары қуатты реакторларды, тұйық ядролық отын циклі технологияларын, сондай-ақ ядролық энергетиканың жаңа сапасына қол жеткізуге бағдарланған отын мен материалдардың жаңа түрлерін әзірлеу жобаларын шоғырландыратын «Прорыв» жобасының құрамдас бөлігі ретінде қарастырады.

БРЕСТ реакторының ерекшеліктеріне твэлдер конструкциясын жатқызуға болады. Отын ретінде уран-плутонийдің мононитридті композициясы (АНУП-отын) және минорлық актиноидтар (нептуний (Np-237), америций (Am-241, Am-243) және кюрий (Cm-242, Cm-244, Cm-245 изотоптары) пайдаланылады.

Мононитридті отыны бар шапшаң нейтрондардағы реакторлардың сенімділігі мен қауіпсіздігінің дәлелі ретінде орындалатын талдамалық бағалаудың оң нәтижелеріне қарамастан жобаны әзірлеушілер отынның жұмысқа қабілеттілігінің декларацияланатын параметрлерін эксперименттік тексеруді, соның ішінде реакторды пайдаланудың өтпелі және авариялық режимдеріндегі АНУП-отынының сенімділігі мен жұмысқа қабілеттілігін негіздеуді іске асырады.

2016 жылы «ҒЗКЭТИ» АҚ мамандары (Брест жобасын әзірлеуші, Мәскеу қ.), әсіресе ҚР ҰЯО РМК персоналының бұрын және қазіргі уақытта осындай зерттеулер жүргізудегі бірегей тәжірибесін ескере отырып, шекті режимдерде отын сынақтарын жүргізу үшін ИГР реакторын осы мақсаттар үшін неғұрлым қолайлы деп таңдады.

Нәтижесінде ҚР ҰЯО РМК «ҒЗКЭТИ» АҚ-мен екі коммерциялық келісімшарт шеңберінде «ҒЗКЭТИ» АҚ таңдаған сәулелендіру құрылғысының (СҚ) конструкциясын және эксперименттер жүргізу схемасын пайдалана отырып қауіпсіздікті есептік негіздеуді қоса алғанда, эксперименттер жүргізу мүмкіндігінің негіздемесін орындады. Бұл ретте ҚР ҰЯО мамандары сынақтар жүргізу кезінде ИГР реакторының жұмыс режимдерін таңдау және негіздеу процесінде ғана емес, сонымен қатар олардың нәтижелерін есептік талдау үшін де пайдаланылған есептеу құралдарының қажетті жиынтығын әзірлеуді қамтамасыз етті.

Сынаққа 5 СҚ жеткізілді, олардың әрқайсысына «БМЖТҒЗИ» АҚ дайындаған АНУП-отыны бар үш модельдік твэл орналастырылды (твэлдер «АРҒЗИ» АҚ-да СҚ-ға орнатылды, Ресей Федерациясы).

АНУП-отынының отын композициясының негізін жұтаңдаған уран (уран-235 мөлшері – 0,2%) және келесі изотоптық құрамдағы плутоний құрады: Pu-238/Pu-239/Pu-240/Pu241/Pu-242=0,03/95,58/4,25/0,12/0,02%.

Әрбір СҚ-ға орнатылған үш твэлдің екеуі параметрлерді өлшеу құралдарымен (твэл қабықшасының температурасы, отын температурасы, твэл компенсациялық көлеміндегі қысым) жабдықталды. Штаттық деп аталатын твэлдердің бірінде датчиктердің твэлдің жұмысқа қабілеттілігіне әсерін болдырмау үшін параметрлерді өлшеу құралдары болған жоқ.

Әрбір СҚ-датвэл параметрлерінен басқа мыналар өлшенді:

– твэлдер орнатылған ампула қабықшасының температурасы;

– қорғасын (жылу тасығыш)температурасы;

– ампуладағы қысым;

– ампуладағы нейтрон ағыны.

Сынақтың нысаналы параметрі твэл конструкциясының қайтымсыз өзгерістері (отын фрагментациясы, твэлдің қабықшасының оның балқуына дейін әртүрлі бұзылу механизмдері арқылы герметиксізденуі) болатын отынның орташа радиалды энтальпиясының шекті мәндері болды.

АНУП-отынын сынау «жарқыл» және «импульс» режимдерінде жүргізілген әдістемелік және зерттеулік іске қосуды қамтыды.

Әдістемелік іске қосу нәтижелері бойынша (үш эксперимент) есептік модельдер мен есептеу нәтижелері тексеріліп, зерттеулік іске қосу кезінде ИГР реакторы жүйелерін баптау параметрлері нақтыланды. Бұдан басқа, параметрлерді өлшеу құралдары тексерілді, гамма-сәулеленуді бақылау детекторларының және нейтрон ағынының шағын масштабты детекторларының дәлдігі өлшенді.

Зерттеулік іске қосулар реактивтілік аварияларға тән қуат жарқылдарын модельдеу жағдайында тұрақты қуаттағы энергия бөлінуінің номинал пайдалану деңгейінен бастап энергия бөлінуінің шекті мәндеріне дейінгі мәндердің кең диапазонында отында энергия бөлінуін іске асыру үшін жоспарланды және жүргізілді. Бұл реттеАНУП-отынында іске асырылған жүктемелер диапазонының жоғарғы шегі отын энтальпиясының қауіпсіз мәндерінің аймағын кепілді жапты, оның ішінде твэлдердің зақымдануы жоқ.

ИГР реакторында жүргізілген АНУП-отыны сынақтары БРЕСТ-ОД-300 реакторын әзірлеушілерге реакторды пайдалану қауіпсіздігін негіздеудің дәлелді базасын кеңейту үшін пайдаланылатын бірегей ақпарат берді. Сонымен қатар, эксперименттік нәтижелердің статистикалық сенімділігін арттыру қажеттілігі айқын болып табылады, бұл ретте ҚР ҰЯО РМК және «ҒЗКЭТИ» АҚ мамандарының пікірі сәйкес келеді. Осыған байланысты екі зерттеу тобы да ИГР реакторындағы эксперименттерді олардың көлемін кеңейте отырып, АНУП-отынының жылу-техникалық сенімділігіне әсер етуі мүмкін негізгі факторларды терең зерделеуге назар аудара отырып жалғастыру керек деген бірауызды пікірде.

Сынақтар аяқталғаннан кейін барлық сәулелендіру құрылғылары реактордан кейінгі зерттеулерді жүргізу үшін «АРҒЗИ» АҚ-ға (Димитровград қ.) Ресей Федерациясына қайтарылды.