В.М. Троянов, ОАО ВНИИНМ им. А.А. Бочвара

1. 1 В.М. Троянов, ОАО ВНИИНМ им. А.А. Бочвара Разработка новых видов топлива и конструкционных материалов для крупномасштабной ядерно-энергетической системы России Международная конференция «Атомно-энергетический комплекс Украины:международное сотрудничество и кооперация, инвестиции, ядерно-топливный цикл» Украина, Киев, 23-24.06.2010.

2. 2 ВВЕДЕНИЕ В докладе рассматриваются 2 вопроса, касающиеся разработки ядерного топлива для обеспечения ядерно-энергетической системы России: 1 - топливо для реакторов ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200, 2 - концептуальные подходы к созданию производства смешанного топлива для реакторов на быстрых нейтронах, работающих в замкнутом топливном цикле.

3. 3 ВВЭР-1200 Основные параметры РУ ВВЭР-1200 и ядерного топлива Все изменения рабочих параметров топлива требуют своего обоснования!!!

4. 4 ВВЭР-1200 Топливные циклы АЭС-2006 – Заказчику на выбор!

5. 5 ВВЭР-1200 Конструкция тепловыделяющих элементов основывается на референсном опыте проектов ТВСА и ТВС-2

6. 6 ВВЭР-1200 Топливная композиция и оболочки В качестве выгорающего поглотителя используется окись гадолиния, интегрированная в топливную матрицу с массовой долей до 10%. Оболочки твэлов выполнены из оптимизированного сплава Э-110опт. Топливные таблетки имеют диаметр нар./внутр. 7.6/1.2 мм. Рассматривается в дальнейшем возможность использования таблеток 7.8 мм без отверстия с соответствующим изменением толщины оболочек 9.10х0.57мм.

7. 7 Развитие конструкции твэла ВВЭР-1000 Увеличение загрузки топлива за счет оптимизации размеров топливного сердечника и оболочки при сохранении внешнего размера оболочки.

8. 8 Эффект от использования «толстых» таблеток в ВВЭР-1000 – увеличение загрузки. Применение в настоящее время – блок №1 Калининской АЭС

9. 9 21-я топливная загрузка на 1-м блоке Калининской АЭС (2005-2006 год) 30 ТВСА - 7,57/1,4 10 ТВСА - 7,60/1,2 1 ТВСА - 7,60/1,2 + 18 твэлов 7,6/0,0 1 ТВСА - 7,60/1,2 +18 твэлов 7,8/0,0 - твэлы 7,8/0,0 или 7,6/0,0 (4,4 %) - твэлы 7,6/1,2 (4,4 %) - твэлы 7,6/1,2 (4,95 %)

10. 10 Картограмма размещения ТВС в 22-й топливной загрузке на 1-м блоке Калининской АЭС (2006-2007 год) 18 ТВСА - 7,57 / 1,4 18 ТВСА - 7,60 / 1,2 6 ТВСА - 7,80 / 0,0 1 ТВСА - 7,60/1,2 + 18 твэлов 7,6/0,0 (~28 МВт*сут/кгU) 1 ТВСА - 7,60/1,2 + 18 твэлов 7,8/0,0 (~28 МВт*сут/кгU)

11. 11 Состояние поверхности твэлов ТВСА после 2-х лет эксплуатации Область 2-й ДР Область 13-й ДР

12. 12 Картограмма размещения ТВС в 24-й топливной загрузке на 1-м блоке Калининской АЭС (2008-2009 год) 36 ТВСА - 7,80 / 0,0 6 ТВСА - 7,80 / 0,0 1 ТВСА - 7,60/1,2 + 18 твэлов 7,6/0,0 (~55 МВт*сут/кгU) 1 ТВСА - 7,60/1,2 + 18 твэлов 7,8/0,0 (~55 МВт*сут/кгU)

13. 13 ВВЭР-1200 Обоснование коррозионной стойкости выполнено для новых параметров реактора, включая повышенное до 11,4% вес. паросодержание в теплоносителе. Массовое расчетное паросодержание на выходе максимально «горячей» ячейки в течение кампании (реальные параметры для топливного цикла 5х1 год) показано на рисунке.

14. 14 Корректировка 2007 г. ТУ по Fe для Э110 Э110 оптимизированный Э110 штатный Модернизация сплава Э110– увеличение O и Fe 200 750 300 100 450

15. 15 Зависимость радиационного формоизменения от содержания железа в оболочечных трубах из сплава Э110при облучение в реакторе в БОР-60 Радиационный рост время облучения 4200 час

16. 16 Основные требования к материалам оболочек твэлов • Повышение надежности твэлов нового поколения (циркониевая губка, утонение стенки 0.65  0.57 мм) • Обеспечение конкурентоспособности (свойства по коррозии и формоизменению) • Технологичность Характеристики твэлов нового поколения и штатных твэлов

17. 17 ЗАКЛЮЧЕНИЕ по ВВЭР-1000: Эволюция топлива на энергоблоках

18. Смешанное топливо для БР Федеральная целевая программа «Ядерные энерготехнологии нового поколения…» определяет приоритетным направлением создание замкнутого топливного цикла (ЗТЦ) с регенерацией плутония из отработавших ТВС для использования его в качестве топлива реакторов на быстрых нейтронах.

19. Смешанное топливо для БР Обоснованным вариантом вовлечения плутония в топливный цикл является изготовление таблеточного смешанного оксидного топлива (МОКС-топлива) для реакторов типа БН. На ПО «Маяк» накоплен опыт по получению на заводе РТ-1 регенерированного диоксида плутония и опытно-промышленному изготовлению ТВС с таблеточным МОКС-топливом для БН-350 и БН-600. Всего испытано 53 таких ТВС до максимальной глубины выгорания 11,8 % т.а. с повреждающей дозой на оболочке до 82 сна. В БН-600 проходят испытания три экспериментальных ТВС с таблеточным МОКС-топливом в конструктиве БН-800, отличающемся, главным образом, наличием в верхней части поглощающих элементов вместо торцевого экрана.

20. Смешанное топливо для БР Перспективным направлением развития топливных технологий является переход на так называемые плотные виды смешанного топлива: нитриды, карбиды, металлические сплавы и композиционные топливные материалы на их основе. В исследовательских реакторах испытано значительное количество экспериментальных твэлов с различным видом плотного топлива, включая нитридное и металлическое смешанное топливо.

21. Реализация принципа универсальности таблеточного производств

22. Твэлы с МОХ-топливом: BN-600 • BN-800

23. EP 450 Irradiation-induced swelling – criterion of structural material choice Аустенитная сталь Swelling,% Феррито-мартенситная сталь

24. Перспективы усовершенствования топлива в БН‑600

25. Некоторые параметры эксплуатации топлива в БН‑800

26. Некоторые параметры эксплуатации топлива в БН‑1200

27. Реакторные испытания для подтверждения работоспособности твэлов БН-1200 сна Material science assembly, BN-600

28. 28 Спасибо за внимание!