Оцінка палива на основі торію для 12-річної експлуатації малих модульних реакторів з киплячою водою без перезаправки

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.335730

Ключові слова:

торієве паливо, розширений паливний цикл, нейтронно-емісійні характеристики, 233U, Keff, рівень вигорання, розподіл густини потужності, КПП

Анотація

Об'єктом цього дослідження є активна зона малого модульного реактора з киплячою водою (ММРКВ) потужністю 870 МВт, яка, як очікується, працюватиме 12 років без перезавантаження палива. Основною проблемою, що розглядається, є обмежена тривалість паливного циклу традиційних конструкцій реакторів з киплячою водою (РКВ), яка зазвичай вимагає перезавантаження палива кожні 2–3 роки. Цей короткий період перезавантаження палива збільшує експлуатаційні витрати, призводить до триваліших простоїв на технічне обслуговування та генерує більші обсяги відпрацьованого палива. У цьому дослідженні розглядаються нейтронні характеристики палива на основі торію, а саме (Th-235U)O2 та (Th-233U)O2, та порівнюються зі стандартним паливом UO2 у конфігурації активної зони ММРКВ. Активна зона реактора є гетерогенною, що складається з 3 паливних зон. Для контролю реактивності до палива також додається горюча отрута у вигляді B4C. Нейтронні розрахунки виконуються за допомогою стандартної системи коду аналізу реактора (СКАР) з бібліотекою ядерних даних JENDL-4.0. Код СКАР використовує модуль PIJ для розрахунків рівня паливних елементів та модуль CITATION для розрахунків рівня активної зони реактора. Результати показують, що (Th-233U)O2 пропонує найстабільніший показник Keff протягом 12-річного періоду експлуатації, постійно залишаючись вище порогу критичності для всіх об'ємних часток палива. Крім того, цей тип палива демонструє найрівномірніший розподіл густини потужності та найнижчі значення коефіцієнта пікової потужності (КПП), що зменшує потенціал теплових гарячих точок. Паливо (Th-233U)O2 може досягти рівня вигорання близько 50 000 МВт/тонну, що відповідає стандартам ММРКВ. Палива UO2 та (Th-235U)O2 демонструють більш виражене зниження Keff та менш сприятливі характеристики розподілу потужності. Ці результати підкреслюють потенціал (Th-233U)O2 як перспективного кандидата для тривалоциклових, безперервних застосувань ММРКВ без перезаряджання

Біографії авторів

Boni Lapanporo, Universitas Tanjungpura

Assistant Professor

Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Zaki Su’ud, Institut Teknologi Bandung; Institut Teknologi Bandung

Professor

Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Nuclear Physics & Biophysics Research Division

Посилання

  1. Lapanporo, B. P., Su’ud, Z. (2022). Parametric Study of Thorium Fuel Utilization on Small Modular Pressurized Water Reactors (PWR). Journal of Physics: Conference Series, 2243 (1), 012062. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2243/1/012062
  2. Science, N. (2013). Minor Actinide Burning in Thermal Reactors A Report. Working Party. Nuclear Energy Agency.
  3. Humphrey, U. E., Khandaker, M. U. (2018). Viability of thorium-based nuclear fuel cycle for the next generation nuclear reactor: Issues and prospects. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 97, 259–275. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.08.019
  4. Du Toit, M. H., Van Niekerk, F., Amirkhosravi, S. (2024). Review of thorium-containing fuels in LWRs. Progress in Nuclear Energy, 170, 105136. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2024.105136
  5. Galahom, A. A., Mohsen, M. Y. M., Amrani, N. (2022). Explore the possible advantages of using thorium-based fuel in a pressurized water reactor (PWR) Part 1: Neutronic analysis. Nuclear Engineering and Technology, 54 (1), 1–10. https://doi.org/10.1016/j.net.2021.07.019
  6. Lobo, M. C. A., Stefani, G. L. de. (2024). Thorium as nuclear fuel in Brazil: 1951 to 2023. Nuclear Engineering and Design, 419, 112912. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2024.112912
  7. Gorton, J. P., Collins, B. S., Nelson, A. T., Brown, N. R. (2019). Reactor performance and safety characteristics of ThN-UN fuel concepts in a PWR. Nuclear Engineering and Design, 355, 110317. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2019.110317
  8. Shaposhnik, Y., Shwageraus, E., Elias, E. (2013). Core design options for high conversion BWRs operating in Th–233U fuel cycle. Nuclear Engineering and Design, 263, 193–205. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2013.04.018
  9. Abdelghafar Galahom, A., Bashter, I. I., Aziz, M. (2015). Design of an MCNPX model to simulate the performance of BWRs using thorium as fuel and its validation with HELIOS code. Annals of Nuclear Energy, 77, 393–401. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.11.030
  10. Insulander Björk, K., Fhager, V., Demazière, C. (2011). Comparison of thorium-based fuels with different fissile components in existing boiling water reactors. Progress in Nuclear Energy, 53 (6), 618–625. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2010.03.004
  11. Carvalho, K. de A., Barros, G., Araujo, M. H. S., Vieira, T. A. S., Gonçalves, R. C., Silva, V., Santos, A. A. C. dos. (2025). Neutronic analysis and safety considerations in an innovative nuscale-like core merging thorium dioxide and reprocessed fuel. Nuclear Engineering and Design, 433, 113874. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2025.113874
  12. Lapanporo, B. P., Su’ud, Z., Mustari, A. P. A. (2024). Comparison of the neutronic properties of the (Th-233U)O2, (Th-233U)C, and (Th-233U)N fuels in small long-life PWR cores with 300, 400, and 500 MWth of power. Nukleonika, 69(1), 3–12. https://doi.org/10.2478/nuka-2024-0001
  13. BWRX-300 General Description (2023). GE Hitachi Nuclear Energy. Available at: https://www.gevernova.com/content/dam/gepower-new/global/en_US/images/gas-new-site/en/bwrx-300/005N9751_Rev_BWRX-300_General_Description.pdf
  14. Lapanporo, B. P., Su’ud, Z., Mustari, A. P. A. (2024). Neutronic design of small modular long­life pressurized water reactor using thorium carbide fuel at a power level of 300–500 MWth. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (127)), 18–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.290996
  15. Insulander Björk, K. (2013). A BWR fuel assembly design for efficient use of plutonium in thorium–plutonium fuel. Progress in Nuclear Energy, 65, 56–63. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2013.01.010
Оцінка палива на основі торію для 12-річної експлуатації малих модульних реакторів з киплячою водою без перезаправки

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-08-28

Як цитувати

Lapanporo, B., & Su’ud, Z. (2025). Оцінка палива на основі торію для 12-річної експлуатації малих модульних реакторів з киплячою водою без перезаправки. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5 (136), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.335730

Номер

Том 4 № 5 (136) (2025): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Boni Lapanporo, Zaki Su’ud

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.