Методи розрахунків залишкового енерговиділення опроміненого ядерного палива відповідно до міжнародних стандартів ISO 10645/ANS‑5.1

С.П. Ладан^{1, 2}, В.І. Борисенко^{1, 2}

¹ Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, вул. Лисогірська, 12, Київ, 03028, Україна
² Київський академічний університет, бульв. Академіка Вернадського, 36, Київ, 03142 Україна

DOI: doi.org/10.31717/2311-8253.25.2.5

Анотація

Досліджено методи розрахунку залишкового енерговиділення опроміненого ядерного палива згідно з міжнародними стандартами ISO 10645:2022 та ANS‑5.1:2014. Залишкове енерговиділення, що виникає внаслідок розпаду продуктів поділу та трансуранових елементів, є критично важливим параметром для безпечного зберігання, транспортування та поводження з відпрацьованим ядерним паливом. Проведено порівняльний аналіз моделей залишкового енерговиділення: аналітичних розрахунків згідно з ISO/ANS, стандарту СОУ НАЕК 099:2023, а також чисельного моделювання з використанням коду SCALE. Результати свідчать про високу точність ISO/ANS-моделей (розбіжність менше 5% у проміжку 10−1200 діб після зупину реактора) порівняно з результатами моделювання в SCALE. Визначено, що використання у стандарті СОУ НАЕК 099:2023 фіксованої питомої потужності ядерного палива 40 МВт/т U призводить до спрощень, які не враховують особливостей експлуатації та вигоряння палива, що в результаті знижує точність розрахунків. Показано, що ISO/ANS-моделі з використанням сучасного обчислювального середовища забезпечують оперативні, точні та адаптивні розрахунки без потреби в деталізованих вихідних даних. Це дозволяє рекомендувати їх до впровадження в системах внутрішньореакторного контролю ВВЕР та в нормативно-технічних документах ядерної галузі України як більш точний та сучасний інструмент оцінки характеристик відпрацьованого ядерного палива.

Ключові слова: залишкове енерговиділення, опромінене ядерне паливо, SCALE, СОУ НАЕК 099:2023, ISO 10645:2022, ANSI/ANS‑5.1-2014

Список використаної літератури

1. СОУ НАЕК 099:2023. Поводження з ядерним паливом. Радіаційні характеристики і залишкове енерговиділення відпрацьованих тепловидільних збірок ВВЕР‑1000. – Київ, 2023. – 54 с.

2. SCALE Code System / Oak Ridge National Laboratory. – Режим доступу: www.ornl.gov/onramp/scale-code-system.

3. ISO 10645:2022. Nuclear energy – Light water reactors –Decay heat power in non-recycled nuclear fuels. – Geneva :ISO, 2022. – 20 p.

4. ANSI/ANS‑5.1-2014. Decay Heat Power in Light Water Reactors. – La Grange Park, IL : American Nuclear Society, 2014. – 50 p.

5. Борисенко В.І. Активність і залишкове енерговиділення ядерного палива під час експлуатації і зберігання / В.І. Борисенко, В.В. Горанчук, М.С. Юров // Ядерна енергетика та довкілля. – 2023. – № 2 (27). – С. 3−9. – doi.org/10.31717/2311-8253.23.2.1

6. Юров М.С. Активність ядерного палива РБМК‑1000 на момент аварії 26.04.1986 р. / М.С. Юров, В.І. Борисенко // Ядерна енергетика та довкілля. – 2024. – № 3 (31). – С. 29−36. – doi.org/10.31717/2311-8253.24.3.4. Рис. 5. Потужність ЗЕ енерговиділення, розрахована відповідно до ISO 10645/ANS‑5.1 та SCALE

7. Tobias A. Decay heat / A. Tobias // Progress in Nuclear Energy. – 1979. – Vol. 5. – P. 1−93.

8. Compilation of nuclear data experiments for radiation characterisation // IAEA Official website. – Режим доступу: https://www-nds.iaea.org/conderc.

9. The essential decay of pandemonium: A demonstration of errors in complex beta-decay schemes / J.C. Hardy, L.C. Carraz, B. Jonson, P.G. Hansen // Physics Letters B. – 1977. – Vol. 71. – P. 307−310.

10. Jaboulay J.C. Analysis of MERCI decay heat measurement for PWR UO2 fuel rod / J.C. Jaboulay, S. Bourganel // Nuclear Technology. – 2012. – Vol. 177, no, 1. – P. 73−82. – doi.org/10.13182/NT12-A13328.

11. Way K. The Rate of Decay of Fission Products / K. Way, E. P. Wigner // Physical Review. – 1948. – Vol. 73. – P. 1318. – doi.org/10.1103/PhysRev.73.1318.

12. Untermyer S.T. Heat Generation in Irradiated Uranium / S. Untermyer, J.T. Weills. – Chicago : Argonne National Laboratory, 1952. – 20 p. (ANL‑4790). – doi.org/10.2172/4376281.

13. Schrock V.E. Evaluation of decay heating in shutdown reactors / Schrock V.E. // Progress in Nuclear Energy. – 1979. – Vol. 3, no. 2. – P. 125−156. – doi.org/10.1016/0149-1970(79)90013-1.

14. Validation of SCALE5 Decay Heat Predictions for LWR Spent Nuclear Fuel. – Oak Ridge, TN : Oak Ridge National Laboratory, 2006. – 38 p.

15. Ilas G. SCALE6.2.4 Validation for Light Water Reactor Decay Heat Analysis / G. Ilas, J.B. Burns. – Oak Ridge, TN : Oak Ridge National Laboratory, 2018. – 52 p.

16. Benchmarking of decay heat predictions for LWR SNF / R.W. Mills [et al.] // Nuclear Engineering and Technology. – 2020. – Vol. 52. – P. 2130−2136.

Повний текст (PDF)