4.1 Критерії фізичного проектування активної зони і методики розрахунків
При фізичному проектуванні реактора, що полягає у виборі складу і геометрії активної зони, конструкції твелів і ТВС, профілювання паливного завантаження, визначенні фізичних, потужних і паливних характеристик ТВЗ при роботі в сталому режимі часткових перевантажень, були прийняті наступні узагальнені критерії, продиктовані вимогами безпеки, економіки і нерозповсюдження ядерної зброї:
відтворення палива в активній зоні повинно компенсувати зниження реактивності внаслідок його вигоряння (КВА 1);
зміна реактивності через вигоряння палива в інтервалі між перевантаженнями має бути істотно менше ефф;
відносно високий вигоряння вивантажується палива (Вmax 10% Т.А.) при обмеженій тривалості кампанії не більше 5 років, інтервалі між перевантаженнями (мікрокампаніі) не менше року і коефіцієнті використання потужності 80%;
розподіл потужності по радіусу активної зони повинно бути стабільним протягом мікрокампаніі і забезпечувати вирівняні розподіл температури оболонок твелів і рівномірний підігрів свинцю;
негативні, невеликі за величиною температурний і мощностной ефекти при відносно високих коефіцієнтах реактивності, що забезпечують саморегулювання реактора і невеликий сумарний запас реактивності;
виняток аварії з розгоном на миттєвих нейтронах при несправності СУЗ або помилки управління за рахунок зниження запасу реактивності до рівня, що не перевищує ефективної частки запізнілих нейтронів ефф в будь-який момент мікрокампаніі;
негативний ефект реактивності при зниженні рівня свинцю в активній зоні і відбивачах;
робоча температура свинцю, що забезпечує гарантований запас (Т> 50 о C) до точки замерзання свинцю;
низька робоча температура палива, при якій забезпечується великий запас до температури фазових переходів і плавлення палива;
забезпечення закритичних параметрів паротурбінного контуру, високого ККД термодинамічної циклу і економічно прийнятного вигоряння при обмеженій кампанії, помірних питомої потужності палива і підігріві теплоносія;
виняток напрацювання плутонію збройової якості, краще вирівнювання енерговиділення в активній зоні, гарантований негативний пустотний ефект і низький плотностной коефіцієнт реактивності за рахунок заміни традиційних для швидких реакторів уранових екранів на відбивачі зі свинцю;
повинні бути передбачені зворотні зв'язки по витраті і температурі свинцю порогового дії;
Викладені принципи дозволили розробити і обґрунтувати розрахунками конструкцію, що забезпечує концептуальний принцип повного відтворення ядерного палива і природної безпеки РУ.
Слідуючи вищевикладеним критеріям, були прийняті наступні технічні рішення, що забезпечують властивості природної безпеки:
в якості теплоносія використовується важкий рідкометалевий теплоносій - свинець, який не вступає в екзотермічне взаємодія з водою, повітрям і конструкційними матеріалами; він радіаційно стійок, слабо активується і дозволяє здійснити тепловідвід при низькому тиску і великому запасі до кипіння (Ткип 2300 С при тиску Р1МПа);
з умов сумісності зі свинцем і сталевими оболонками твелів, технологічних якостей, стійкості до високого вигоряння використовується змішане мононітрідное уран-плутонієве паливо (UN + PuN), що має високу плотность 13г / см 3. теплопровідність 18 Вт / (м. К ) і температуру плавлення Тпл = 3100 К;
між паливної таблеткою і оболонкою твела є свинцевий подслой, що виключає термомеханічне взаємодія палива з оболонкою і забезпечує швидке відведення тепла від твела, низьку робочу температуру палива (Тср620 С і Тmax <900 С), низкий выход газообразных осколков деления и низкое их давление на оболочку твэла при достаточно большом выгорании (В 10% т.а.), низкую постоянную твэла 1с;
конструкція твела, його висока теплопровідність і склад палива забезпечують необхідні характеристики відтворення (КВА 1), невеликий ефект реактивності при вигорянні палива (виг <<эфф ), небольшие мощностной и суммарный эффект реактивности (tot эфф ).
квадратна "широка" решітка твелів і бесчехловие тепловиділяючі збірки (ТВЗ) дозволяють виключити втрату тепла з-за локального перекриття прохідного перетину на вході в ТВЗ, збільшити прохідний перетин по теплоносія і рівень його природної циркуляції;
трьохзонний радіальне профілювання потужності і витрати теплоносія в активній зоні шляхом використання твелів з різним діаметром, але однаковим складом палива і кроком розміщення твелів в ТВЗ, забезпечує вирівнювання підігріву свинцю і температур оболонок твелів в усіх ТВЗ, а також стабілізацію цих параметрів протягом мікрокампаніі;
свинцевий відбивач забезпечує великий негативний ефект реактивності при зниженні рівня свинцю в реакторі і значно знижує плотностной коефіцієнт реактивності;
для реалізації пасивної зворотного зв'язку реактивності з витратою теплоносія у відбивачі передбачені спеціальні канали ПОС зі стовпами свинцю, рівень яких визначається напором на вході в активну зону;
для реалізації пасивної зворотного зв'язку реактивності з витратою теплоносія порогового дії передбачена гідроуправляемая пасивно-активний захист (ПАЗ), що забезпечує пасивне заглушення реактора при відключенні примусової циркуляції теплоносія;
для реалізації пасивної зворотного зв'язку реактивності з температурою теплоносія порогового дії в частині виконавчих механізмів ПАЗ передбачені пристрої, що спрацьовують при перевищенні уставки по температурі свинцю на виході з активної зони і призводять до заглушених реактора.