Rea e k a ti t vitá t s á k om o pe p n e z n ál á ás á é s é szabályozás

Hasonló dokumentumok
Reaktivitás kompenzálás és szabályozás

Atomenergetikai alapismeretek

Xe- és Sm-mérgezettség üzemviteli vonatkozásai

A teljesítménysűrűség térbeli eloszlása

Reaktortechnika. A reaktortechnikában használatos anyagok II. Reaktivitáskompenzáló, illetve reaktivitásszabályozó

Atomenergetikai alapismeretek

Első magreakciók. Targetmag

ALLEGRO Reaktorral Kapcsolatos Reaktorfizikai Kihívások XV. MNT Szimpózium

VVER-440 (V213) reaktor (főberendezések és legfontosabb üzemi jellemzők)

Atomreaktorok üzemtana. Az üzemelő és leállított reaktor, mint sugárforrás

Magyarországi nukleáris reaktorok

Gazdaságosabb üzemanyag és üzemanyag ciklus a paksi reaktorok növelt teljesítményén

Perturbációk elméleti és kísérleti vizsgálata a BME Oktatóreaktorán

Az atommagtól a konnektorig

Új típusú fűtőelemek bevezetésének megalapozását szolgáló kísérletek, 2015 & 2016

Atomerőmű. Radioaktívhulladék-kezelés

Energetikai mérnökasszisztens Mérnökasszisztens

Fűtőelemek üzemi visel e ked e é d s é e

Az Oktatóreaktor reaktivitástartalékemelésének opciói és ezek biztonsági vonzata

Az Országos Képzési Jegyzékről és az Országos Képzési Jegyzék módosításának eljárásrendjéről szóló 133/2010. (IV. 22.) Korm.

235 U atommag hasadása

Atomenergetikai alapismeretek

Reaktortechnika. A reaktortechnikában használatos anyagok I. Üzemanyagok

Neutronabszorbens minták reaktivitás-értékességének meghatározása

Paks déli részén a 6-os számú főút és a Duna között. Ennek oka: Az atomerőmű működéséhez nagy mennyiségű víz szükséges, amit a Dunából vesznek.

A paksi atomerőmű. Készítette: Szanyi Zoltán RJQ7J0

Új típusú fűtőelemek vízhűtésű reaktorokhoz

Maghasadás (fisszió)

FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS ÉS ATOMENERGIA

A Paksi Atomerőműben végrehajtott teljesítménynövelés

Maghasadás, atomreaktorok

ALLEGRO gázhűtésű gyorsreaktor CATHARE termohidraulikai rendszerkódú számításai

Új fűtőelemek bevezetéséhez, a teljesítménynövelés engedélyezéséhez szükséges számítógépes modellezés

In- és ex-core detektorok Aktívzóna-felügyelet és - monitorozás

ODE SOLVER-ek használata a MATLAB-ban

HPLWR zónatervezési számítások

A nagy aktivitású leszerelési és üzemviteli hulladékok végleges elhelyezése

Trícium ( 3 H) A trícium ( 3 H) a hidrogén hármas tömegszámú izotópja, egy protonból és két neutronból áll.

Az új blokkok üzemanyaga, a tervezési alapon túli balesetek kezelése. Hózer Zoltán MNT szeminárium, március 20.

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Forrócsatorna számítások a csatolt KIKO3D- COBRA kóddal az új blokkok biztonsági elemzéseihez

SUGÁRVÉDELMI HELYZET 2003-BAN

Aktiválódás-számítások a Paksi Atomerőmű leszerelési tervéhez

REAKTOR ÜZEMELTETÉSI GYAKORLAT

Hőmérsékleti sugárzás

PhD beszámoló. 2015/16, 2. félév. Novotny Tamás. Óbudai Egyetem, június 13.

AES Balogh Csaba

Az uránérc bányászata

Gyorsreaktorok szerepe az atomenergetika fenntarthatóságában

Maghasadás Szabályozatlan- és szabályozott láncreakció Atombomba és a hidrogénbomba

Atomenergetikai alapismeretek

Atomenergetikai alapismeretek

Radioizotópok az üzemanyagban

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Euleri és Lagrange szemlélet, avagy a meteorológia deriváltjai

A xenonkoncentráció változásának vizsgálata homogén reaktor esetében

A szabályozott láncreakció PETRÓ MÁTÉ 12.C

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

ÜZEMLÁTOGATÁS AZ MTA CSILLEBÉRCI TELEPHELYÉN

Atomreaktorok. Készítette: Hanusovszky Lívia

Atomerőművek. Záróvizsga tételek

1. TÉTEL 2. TÉTEL 3. TÉTEL

Mag- és neutronfizika 9. elıadás

A VERONA rendszer fejlesztése az emelt teljesítményű, gadolínium tartamú kazettákkal üzemelő zónatöltetek on-line monitorozásához

Környezetbarát elektromos energia az atomerőműből. Pécsi Zsolt Paks, november 24.

Csernobil leckéje (Csernobil 30)

SNAIGĖ STANDART LÁTVÁNY HŰTŐK CD , CD , CD , CD

Nukleáris energetika. Kérdések 2015 tavaszi félév

A PAE 1-4. BLOKK HERMETIKUS TÉR SZIVÁRGÁS-KORLÁT CSÖKKENTÉS LEHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA. Az OAH-ABA-03/16-M1 kutatási jelentés rövid bemutatása

A hő- és füstelvezetés méretezésének alapelvei

Prompt-gamma aktivációs analitika. Révay Zsolt

SUGÁRVÉDELMI EREDMÉNYEK 2016-BAN. Dr. Bujtás Tibor

In- és ex-core detektorok Aktívzóna-felügyelet és - monitorozás

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Typotex Kiadó. Képmelléklet. Dr. Szatmáry Zoltán, Aszódi Attila

Atomerőművi fűtőelemek integritása üzemzavarok és balesetek során

(2) A tényezők jelentése a következő:

A paksi kapacitás-fenntartási projekt bemutatása

A ZR-6 kritikus rendszer méréseinek felhasználása transzport kódok tesztelésére

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Energetikai mérnök MSc képzés, Atomenergetika szakirány záróvizsga tételei. Energetika

Neutron Aktivációs Analitika

Atomerőművi üzemanyag tervezése

ALLEGRO: gázhűtésű gyorsreaktor Közép-Európában. Czifrus Szabolcs BME Nukleáris Technikai Intézet

Atomenergetika Erőművek felépítése

Nukleáris energiatermelés

Reaktor operátor OKJ szóbeli vizsga vizsgakérdései

Középfeszültségű gázszigetelésű kapcsolóberendezések villamos szilárdsági méretezése. Madarász Gy. - Márkus I.- Novák B.

Légköri termodinamika

Közreműködők Erdélyi István Györe Attila Horvát Máté Dr. Semperger Sándor Tihanyi Viktor Dr. Vajda István

Fázisváltó anyagok az energetikában

A hazai nukleáris kapacitás hosszú távú biztosítása

Egyéb reaktortípusok. Atomerőművi technológiák. Boros Ildikó BME NTI

TOL A MEGYEI SZILÁRD LEÓ FIZIKAVERSE Y Szekszárd, március óra 11. osztály

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

Készítette: Sánta Kata Budapest, május 1.

Látogatás egy reprocesszáló üzemben. Nagy Péter. Hajdúszoboszló, ELFT Sugárvédelmi Továbbképző Tanfolyam,

Dr. Berta Miklós egyetemi adjunktus Széchenyi István Egyetem Fizika és Kémia Tanszék

Kriszton Lívia Környezettudomány szakos hallgató Csorba Ottó Mérnök oktató, ELTE Atomfizikai Tanszék Január 15.

Átírás:

Reaktivitás kompenzálás és szabályozás

Reaktivitástartalék ρ tart = a reaktorban felszabadítható maximális ρ nagysága Felszabadítható, ha a neutronabszorbens anyagokat kivonjuk Viszont függ a reaktor állapotától is, így a paraméterek szabályozásával lehet változtatni

Reaktivitástartalék ρ tartalék,névleges Így -> a névleges értékek mellett a neutronabszorbensek kivonásával ρ rejtett a reaktor paramétereinek változtatásával felszabadítható reaktivitás ρ = + ρ ρ t t, n t, r

Kiégési ciklus Kiégés : a hasadóanyagok fogyása,hasadási termékek megjelenése Egymást követő két fűtőelem-átrakás közötti üzem Effektív üzemidő : T eff < T üzemidő T eff = ( T ) P( t) dt P 0

A reaktivitás-tartalék alakulása Indulás -> fölmelegítés üzemi hőmérsékletre Szivattyúval, majd TK fűtőtestekkel 260 -ig, ekkor kb. 3,8 %-kal csökken a reaktivitás 100 %-ra felterheléskor ismét csökken pcm α 15 ami 1,5 %-ot jelent P = (%) P 0 0 C

A reaktivitás-tartalék alakulása A Xe mérgeződés 50 70 óra alatt alakul ki, ami 2,5 %-kal csökkenti a ρ tartalék értékét A Sm további 0,58 %-kal Így összességében 1 hónap alatt lefeleződik a ρ tartalék,ami utána havonta 1%-kal csökken A névleges ρ tartalék mintegy 10,5 effektív hónapra elég

A reaktivitás-tartalék alakulása

A reaktivitás-tartalék alakulása Folyamat Jelölése (l. 15.1. ábra) ρ, % Reaktor felfűtése üzemi hőmérsékletre ρ t,0 ρ t,1 2 4 Teljesítményemelés MET-ről ρ t,1 ρ t,2 1 2 nominális ér-tékre Egyensúlyi ρ Xe,e 2,5 3 xenonmérgezettség Xenon-tranziens csúcs 1 2 Egyensúlyi szamáriummérgezettség ρ sm,e 0,6 0,8 Szamárium-tranziens csúcs 0,2 0,4 Üzemanyag kiégése 5 10 Összesen ρ t,0 12,3 22,2

Reaktivitás kompenzálás és szabályozás ρ =0 esetben stacioner a teljesítmény Ezért ρ -t le kell kötni Eszközei : 1. Kiégő mérgek 2. Szabályozó rudak, ill. kazetták 3. Hűtővízben oldott bórsav alkalmazása Ebből a 10-es izotóp a jelentős 10 B+ 11 B σ 10 = 4000Barn

Alkalmazott anyagok Ritkaföldfémek: Gadolínium Erbium Európium Szamárium Diszprózium Nagy hatáskeresztmetszetű elemek Bór (bór-karbid, bóracél) Kadmium (acél felületén, AgInCd) Indium (AgInCd) Hafnium (szabályozórudak) Ezüst (AgInCd) Kobalt Előfordulásuk bizonyos országokra korlátozódik (Kina, Oroszország, USA ) Ár! Izotópdúsítás

Elem Gadolínium Tulajdonságaik Izotóp Előfordulási arány az elemben, % Abszorpciós hatáskeresztmetszet*, barn Termikus neutronokra Epitermikus neutronokra Gd-152 0,20 7,35 11,7 Gd-154 2,18 42,8 6,56 Gd-155 14,80 15800 41,40 Gd-156 20,47 0,876 3,16 Gd-157 15,65 68700 18,20 Gd-158 24,84 1,03 1,60 Gd-160 21,86 0,389 0,309 Dy-156 0,06 18,1 27,5 Dy-158 0,10 20,5 5,82 Rendszám Olvadáspont, C 64 1312 Dy-160 2,34 30,6 29,3 Diszprózium Dy-161 18,91 287 30,2 66 1407 Európium Erbium Dy-162 25,51 103 66,7 Dy-163 24,90 70,1 41,8 Dy-164 28,18 1240 7,64 EU-151 47,8 4700 61,6 Eu-153 52,2 136 41,2 Er-162 0,14 9,83 13,6 Er-164 1,61 6,89 4,34 Er-166 33,6 9,77 3,18 Er-167 22,95 1280 42,4 Er-168 26,8 1,39 1,29 63 826 68 1497 Er-170 14,9 2,91 1,39 Megjegyzés: */ A táblázatban a termikus (E n < 0,625 ev) és az epitermikus neutronok (E n > 0,625 ev) energiaspektrumára átlagolt hatáskeresztmetszetek szerepelnek a VVER 400 típusú reaktor 3,6% dúsítású üzemanyagában lévő neutronspektrum figyelembevételével

Kiégő mérgek alkalmazása Nagy abszorpciós hatáskeresztmetszettel rendelkező anyag fűtőelembe beépítve (belekeverve vagy felületet bevonva) vagy különálló rudak formájában Nem szabályozható Csak kompenzálásra 1,5 2 éves kampányok egyre inkább terjednek Lokális, a teljesítmény térbeli eloszlását is befolyásolja,így használható az egyenetlenségek kompenzálására is

Kiégő mérgek alkalmazása Követelmények: - elegendően nagy legyen σ a - az üzemanyaggal kompatibilis legyen Miért szükséges? Miért nem elegendő bórsavat 0,006 használni? α T,0, %/⁰C 0,004 0,002 0-0,002-0,004-0,006-0,008-0,01-0,012-0,014 CB=11,5 g/kg CB=kritikus CB=10,0 g/kg CB=8,5 g/kg 107,5 157,5 207,5 257,5 Hőmérséklet T ⁰C)

Kiégő mérgek alkalmazása Kiégő méregként használatos anyagok: - gadolínium - bór - erbium - európium - diszprózium

Kiégő mérgek alkalmazása Bór B C formában Al O 4 2 3 mátrixban ZrB 2 formában Bóracél Boroszilikát A probléma: hidrogént nyel el, felfúvódik 10 7 4 B + n Li+ He

Kiégő mérgek alkalmazása Gadolínium Gd 2 O 3 formában az -ba UO 2 Az egyik legelterjedtebb kiégő méreg Nyomottvizes reaktorokra ez a jellemző Nem változik a gyártástechnológia IFBA=Integral Fuel Burnable Absorber

Kiégő mérgek alkalmazása AP-1000

Kiégő mérgek alkalmazása Különálló rudak formájában Rúd belsejében víz moderátor Wet Annular Burnable Absorber

Kiégő mérgek alkalmazása Különálló rudak formájában Vezetőcsövekben Boroszilikát üvegrudak rozsdamentes acélburkolattal Boroszilikát (PYREX) rudak az AP-1000 -ben

Kiégő mérgek alkalmazási módjai Neutron- Abszorbens Elhelyezése Bór Bór Bór Fűtőelemköteg vezetőcsöveiben UO 2 tabletta felületén Fűtőelemköteg vezetőcsöveiben Gadolínium UO 2 tablettába keverve Bór UO 2 tabletta felületén Erbium UO 2 tablettába keverve Abszorber Boroszilikát Al 2 O 3 / Al 2 O 3 / Gd 2 O 3 / Er ZrB 2 O 3 / anyaga üveg B 4 C B 4 C UO 2 2 UO 2 Burkolat Rozsdamentes Cirkónium Cirkónium - - - anyaga acél Hatásos 10 B 10 B 10 155 Gd, B izotóp 157 10 B 167 Er Gd

A méreg kiégése A gadolínium magsűrűségének változása a kiégés függvényében, a tabletta különböző gyűrűs térfogat-elemében

Szabályozórudak, -kazetták Mozgatható elem Technikai okok miatt korlátozott a számuk A fő cél a reaktivitás szabályozása, így a teljesítmény szabályozása Befolyásolják a fluxuseloszlást Reaktortípus-függő a szerkezetük, elhelyezkedésük, számuk, anyaguk PWR-nél általában hengeres rúd, azonos, vagy kisebb hosszal mint az aktív zóna

Szabályzókazetták Hajtások, hajtóművek Közbenső rudak Fékező mechanizmusok Kilökődésgátló Szabályozóelem Jellemző anyagok: - VVER-440: bóracél - PWR: ezüst-indium-kadmium (AgInCd, 80-15-5%) - BWR: bór-karbid A neutronabszorber anyag megválasztása függ a neutronspektrumtól és attól, hogy durva vagy finom szabályozásra használjuk

Alkalmazott anyagok I. Előnyök Magasabb kezdeti neutronértékesség, mint az AgInCd vagy a Hf esetében Hátrányok Az átalakulási termékek, He, Li és H 3 nagyobb duzzadást okoznak, mint az AgInCd vagy a Hf ese-tében Magas olvadáspont Kompatibilis a burkolattal Alacsony költség Széleskörű sikeres tapasztalat közepes besu-gárzásnál A hőmérséklet-gradiens és a térfogatváltozás pálca-lyukadást és szivárgást okoz az üzemanyaghoz hasonlóan. Gáz halmazállapotú bomlási termékek (hélium) jön-nek létre, amelyek kiszabadulhatnak A hűtőközeggel szemben gyenge korróziós ellenállóképesség A rudakban az átmérő növekedés következtében létrejövő feszültségek felhasadást okozhatnak és kimosódás révén a B 4 C elvész a tervezett nukleáris élettartam lejárta előtt. B 4 C Előnyök Jó abszorber mind az epitermikus, mind a termikus neutronokra Hosszú nukleáris élettartam Alacsony felfúvódási hajlam és jó szerkezeti épség A kis térfogatváltozás és a jó szerkezeti tulajdonságok miatt alacsony hajlam a mechanikai kölcsönhatásra a burkolattal Nincsen gáznemű bomlási termék Könnyű megmunkálni Kompatibilis a burkolattal Hosszú ideje gyűjtött kiváló tapasztalatok Hátrányok Viszonylag alacsony olvadási hőmérséklet, ami baleseti helyzetben problémát okozhat Magas költség Gyenge korrózió-ellenálló képesség a hűtőközeggel szemben Az ezüst felaktiválódása miatt gamma-forrás, amely tárolási és kezelési problémákat okozhat AgInCd

Alkalmazott anyagok II. Előnyök Hátrányok Jó abszorber mind az epitermikus, mind a termikus neutronokra Alacsonyabb kezdeti reaktivitásértékesség, mint a B 4 C esetében Hosszabb nukleáris élettartam, mint a B 4 C és az AgInCd esetében A magas sűrűség más anyaghoz történő illesztését megnehezítheti A reakció- és bomlástermékei más A sugárzás anizotróp térfogatváltozást, -növehafnium izotópok kedést, deformációt okoz, ami tervezési nehézségekre vezet. Jó méretstabilitás Kevés a publikált tapasztalat Jó korrózió-ellenálló képesség. Alkalmas a Viszonylag magas költség hűtőközegben burkolatnélküli felhasználásra Jó tapasztalatok az USA hajóreaktoraiban Hf

PWR szabályzórudak

7.13. ábra. A PWR-ek lehetséges szabályozó rúdnyalábjai (4, 8 és 12 rudas nyalábok)

A szabályozó rúdnyalábok elhelyezése a PWR-ben (EPR) 3 3 5 5 1 3 1 1 P P P 3 2 2 5 4 4 5 1 P 1 P 1 5 4 4 5 2 2 3 P P P 3 1 5 5 1 3 1 3 szabályozórudak szabályozó rúdnyalábok leállító rúdnyalábok 1, 2, 3, 4, 5: teljes hosszúságú szabályozó rúdnyalábok csoportjának sorszáma; P: részhosszúságú szabályozórudak;

7.9. ábra. A BWR fűtőelemmodulja a) b)

BWR szabályzópengék

BWR hajtás Az ABB biztonságvédelmi működtető mechanizmusa Előnyök, hátrányok Több, független rendszer!!!

Átvezetések

A szabályozórudak elhelyezésének szabályai φ φ A A φ r r r Reaktor Reaktor Reaktor Abszorberrúd

VVER-440 37 db szabályozó kazetta Ebből 30 db BV rúd

Reaktivitásértékesség Differenciális: 1 cm-re vonatkozó reaktivitás értékesség,amely függ a fluxus értékétől Integrális: adott mélységbe benyúlt rúd által lekötött reaktivitás Teljes: rúdérték, a teljes mélységig benyomott rúd értékessége Meghatározásuk számítással, illetve méréssel Több paraméter (pl. a többi rúd állapota, bórsavkoncentráció, teljesítmény) függvényei

Differenciális és integrális értékesség 0,014 5. csoport nélküli mozgás 5. csoporttal történő mozgás differ renciális rúdértékesség, %/cm 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0 0 50 100 150 200 250 300 2,5 6. csoport helyzete, cm 2,0 1,5 ρ I, % 1,0 0,5 0,0 0 100 200 6. SZBV csoport mélysége a zónában, cm

Reaktivitásértékesség Hideg állapotban kicsi a szabályozókazetták reaktivitásértékessége, ezért is kell hidegen a bórsav d ρ = dt d ρ dz dz dt 260 0 C dρ $ : = 0,0201 dz cm d ρ = 0,0201 2 = 0,0402 $ dt s dz dt = 2 cm s

Reaktivitás értékesség

Bórsav Elsődlegesen kompenzálásra használatos,csak másodsorban szabályozásra 10 B 11 B σ a = 4000barn σ a = 0, 005barn E n = 0, 025 ev Bórsav oldhatósága 100 g/kg Maximum 40g/kg Pakson 20g/kg

Reaktivitásértékesség különböző SZBV rúd megnevezése Az összes szabályozókaze-ta reaktivitásértékessége a leghatékonyabb fennakadása esetén A leghatékonyabb szabályozókazetta kilökődésekor felszabaduló reaktivitás A 6. SZBV csoport tetszőleges magassága mellett a differenciális reaktivitásértékesség A 6. SZBV csoport integrális reaktivitásértékessége üzemállapotokban Az állapot időpontja a cikluson belül Bóros kampány vége Reaktorállapot: N - reaktorteljesítmény T - moderátorhőmérséklet N = 0 MW T = Reaktivitás - értékesség 7,450 % Ciklus eleje névleges 0,134 % Ciklus vége névleges 0,158 % N = 0 MW Ciklus eleje T = 0,567 % Ciklus vége Ciklus vége N = 0 MW T = N = 0 MW T = 0,597 % 0,0241 $/cm Ciklus eleje N = 0 MW T = 1,890% Ciklus vége névleges 2,254%

Bórsav Leállított reaktornál a primerkörben a C b = 12 g kg maximum 3 A primerkör 200 m vizet tartalmaz Itt a bórsavkoncentráció rövid idő alatt változik

Bórsav A lebórozás 500x A felbórozás 14x lassabb a szabályzó rudak mozgásánál Feladata a lassú folyamatok és a kiégés kompenzálása, valamint a Xe folyamatok követése Lassú rúdmozgások kompenzálása Pl.: teljesítmény növelésekor

Bórsav Kritikus bórsavkoncentráció: önmagában képes lekötni a teljes reaktivitást Tendencia PWR-eknél: Hosszabb kampány,teljesítménysűrűség ség növelése,magasabb hűtőközeg hőmérséklet Induló dúsítás növelése és a bór dúsítása