20.05.2019
ФЭИ: моделирование реакторов будущего
Специальный репортаж Антона Подковенко
Критический стенд БФС-1 предназначен для экспериментальных исследований полномасштабных моделей проектируемых исследовательских и энергетических быстрых реакторов мощностью до 1000 МВт (тепл.) с различными видами топлива, воспроизводящих материалов, теплоносителя (Na, Pb, Pb-Bi, вода, газ), различными компоновками активных зон и экранов, а также нейтронно-физических характеристик сборок простого состава – бенчмарков. Критический стенд БФС-1 также используется для экспериментальных исследований в обоснование ядерной безопасности технологий и производств топливного цикла.
Возможности cтенда
На критическом стенде БФС-1 может моделироваться металлическое, оксидное, монокарбидное и нитридное топливо. Количество делящихся материалов позволяет собирать полномасштабные модели активных зон и зон воспроизводства быстрых реакторов малой и средней мощности.
Наличие значительного количества диоксида нептуния и металлического тория позволяет проводить экспериментальные исследования активных зон быстрых реакторов, предназначенных для сжигания (трансмутации) младших актиноидов или наработки урана-233.
При исследовании критических сборок используются широкий набор методик, откалиброванных в международных экспериментах.
Техническое описание
Критический стенд БФС-1 имеет в своём составе критическую сборку, позволяющую моделировать реакторы на быстрых нейтронах с натриевым или тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями, реакторы типа ВВЭР с имитацией воды (блочками полиэтилена), с различными видами ядерного топлива.
Корпус критического стенда БФС-1 представляет собой вертикальный стальной бак диаметром 2 м и высотой 2,2 м. Бак полностью заполняется стальными или алюминиевыми трубами (~ 1500 шт.) диаметром 50×1 мм. В трубы загружаются таблетки топливных, воспроизводящих, конструкционных материалов и теплоносителя в порядке, количестве и пропорциях, в которых эти материалы входят в состав активных зон, зон воспроизводства и отражателей моделируемых реакторов.
Часть труб, размещенных в центральной части бака, выполняют функции органов аварийной защиты, компенсации реактивности и регулирования цепной реакции в активной зоне.
В качестве ядерного топлива используется композиция блочков металлического плутония, и/или урана, и/или диоксида урана (обогащение по 235U 36 % или 90 %) с блочками воспроизводящих или сырьевых материалов – металлического тория, урана и/или диоксида обеднённого урана.
Основные технические характеристики
| Мощность | 0,2 кВт |
Замедлитель при моделировании легководных реакторов |
Дистиллят, раствор борной кислоты, полиэтилен, графит |
| Моделируемый теплоноситель | Na, Pb, Pb-Bi, вода, газ |
| Отражатель | U, UO2, Pb, Pb-Bi, сталь и др. |
| Плотность потока быстрых нейтронов, макс. | до 1010 см–2·с–1 |
| Охлаждение активной зоны | Естественная конвекция или принудительное воздушное охлаждение |
Основные результаты и достижения
Критический стенд БФС-1 был введен в эксплуатацию в 1961 году.
На критическом стенде БФС-1:
- изучались модели активных зон быстрых реакторов ИБР-2, БОР-60 и БН-350, МБИР, СВБР, а также модели зарубежных реакторов с целью обоснования проектных характеристик;
- проведены уникальные исследования спектральных распределений нейтронов методом времени пролета с использованием ускорителя электронов – микротрона М-30;
- выполнены исследования в обоснование безопасной эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах с натриевым или свинцовым теплоносителем и реакторов типа ВВЭР с МОХ-топливом;
- разработаны и внедрены новые методики определения нейтронно-физических характеристик реакторов на быстрых нейтронах и реакторов типа ВВЭР;
- выполнены эксперименты для верификации методик, уточнения нейтронных данных и программ расчёта нейтронно-физических характеристик реакторов на быстрых нейтронах и реакторов типа ВВЭР;
- выполнены эксперименты по обоснованию безопасности топливного цикла и захоронения ЯМ в геологических формациях.
Планируемые эксперименты
В рамках Федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения» проведено техническое перевооружение критического стенда БФС.
Стенд БФС-1 планируется использовать как для проведения экспериментальных исследований в обоснование российских проектов быстрых реакторов нового поколения, так и для международного научно-технического сотрудничества.
Обучение персонала
На критическом стенде БФС-1 проводится обучение студентов НИЯУ МИФИ и специалистов организаций отрасли.