1 июня 2009

Для перевода на НОУ исследовательского реактора MURR потребуются новые виды топлива

В Соединённых Штатах продолжаются работы по подготовке к переводу на низкообогащённое урановое топливо исследовательского реактора MURR в университете Миссури. О текущем состоянии этой программы говорится в докладе, представленном коллективом авторов из университета на международном конгрессе RERTR-2008.

Многоцелевой исследовательский и образовательный реактор MURR был впервые выведен на критику 13 октября 1966 года. Это легководная установка открытого бассейнового типа.

По проекту предполагалось, что он сможет эксплуатироваться на мощности 10 МВт(тепловых), однако первоначальная лицензия ограничила его мощность 5 МВт. Выйти на номинальный уровень аппарат смог в 1974 году после завершения монтажа дополнительного охлаждающего оборудования и внесения изменений в систему КИПиА.

Активная зона MURR расположена внутри внешнего цилиндрического алюминиевого корпуса диаметром 3 метра и глубиной 9,1 метров. Зона состоит из трёх частей - топливной, управляющей и отражателя.

Топливная часть активной зоны реактора MURR состоит из 8 топливных сборок, расположенных по кругу между двумя внутренними алюминиевыми стенками. Каждая из сборок набрана из 24 топливных элементов с ураном обогащением 93% по 235U.

С внешней стороны от топлива находятся 5 управляющих элементов (4 из бора и 1 из нержавеющей стали), а ещё далее по радиусу располагается двухкомпонентный отражатель, состоящий из бериллия (внутренний отражатель) и графита (внешний отражатель). Кроме того, на реакторе имеется шесть типов экспериментальных устройств, включая нейтронную ловушку, пневмопочту, пучки и тепловую колонну.

В настоящее время MURR работает на топливных элементах, первоначально разработанных национальной инженерной лабораторией Айдахо для высокопоточного реактора ATR и таких исследовательских реакторов, как материаловедческий аппарат MTR и реактор для инженерных испытаний ETR.

Эксплуатация реактора MURR производится на постоянной основе с одним остановом в неделю. В среднем за весь свой срок службы реактор работал на полной мощности (определявшейся текущими условиями лицензии) 6,3 суток в неделю. За период останова персонал имеет возможность заменить и переставить местами топливные элементы, выгрузить облучённые образцы и произвести ремонтные работы, если потребуется.

Компактная активная зона MURR накладывает ограничения на избыточную реактивность и веса управляющих элементов. Максимальное выгорание топливных элементов составляет 150 МВт×сут, а их среднее по зоне выгорание на момент начала компании выбирается, как правило, равным 75 МВт×сут.

Сложность перевода реактора MURR на низкообогащённое топливо заключается в том, что доступные типы топливных элементов с НОУ для исследовательских реакторов не могут быть использованы в этом аппарате.

Объём активной зоны MURR чрезвычайно мал - всего лишь 33 литра - поэтому для его работы требуется топливо с высокой плотностью по 235U. Как удалось установить расчётчикам университета, при переходе на широко распространённое уран-кремниевое низкообогащённое топливо с плотностью по урану 7,2 г/см3 даже в свежем состоянии Kэфф реактора MURR окажется меньшим единицы.

Для того, чтобы конверсия MURR на НОУ смогла бы стать реальной, специалистам университета и ряда других американских научных организаций пришлось рассматривать альтернативные виды топлив и фактически заниматься обратным конструированием - то есть, формулировать собственные требования к топливным элементам.

Взор американцев остановился на уран-молибденовом топливе (10% молибдена) обогащением по 235U 19,75% и плотностью по топливной композиции 3 г/см3. В этом случае при сохранении геометрии активной зоны для реактора MURR удастся обеспечить приемлемые нейтронно-физические параметры.

Теперь для реактора MURR предстоит выполнить большой объём расчётных работ в обоснование безопасности и - самое главное - уточнить с производителями топлива их возможности по выпуску предложенных расчётчиками топливных элементов.