vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestifm-287Research ArticleФИЗИКАPHYSICSРЕАКТОРНЫЕ И ПОСЛЕРЕАКТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ НА БЫСТРЫХ КРИТИЧЕСКИХ СБОРКАХ ВЫСОКОПЛОТНОГО НИЗКООБОГАЩЕННОГО УРАН-ЦИРКОНИЕВОГО КАРБОНИТРИДНОГО ТОПЛИВАIN-PILE AND OUT-OF-PILE TESTS AND RESEARCH ON FAST CRITICAL ASSEMBLIES OF HIGH DENSITY URANIUM ZIRCONIUM CARBONITRIDE LEU FUELСикоринС. Н.SikorinS. N.

заведующий лабораторией

лаборатория экспериментальной физики и ядерной безопасности реакторных установок

а/я 119, 220109, г. Минск

Head of the Laboratory of Experimental Physics and Nuclear Safety of Reactor Plants

PO 119, 220109, Minsk

sikorin@sosny.bas-net.byKузьминА. В.KuzminA. V.

кандидат физико-математических наук, генеральный директор

а/я 119, 220109, г. Минск

Ph. D. (Physics and Mathematics), Director General

PO 119, 220109, Minsk

avkuzmin@sosny.bas-net.byMандикС. Г.MandzikS. G.

старший научный сотрудник

а/я 119, 220109, г. Минск

Senior Researcher

PO 119, 220109, Minsk

msg@sosny.bas-net.byПолозовС. А.PolazauS. A.

старший научный сотрудник

а/я 119, 220109, г. Минск

Senior Researcher

PO 119, Minsk, 220109

polazau@sosny.bas-net.byГригоровичТ. К.HryharovichT. K.

научный сотрудник

а/я 119, 220109, г. Минск

Researcher

PO 119, 220109, Minsk

hryharovich@sosny.bas-net.byЗайцевП. А.ZaytsevP. A.

кандидат техниче- ских наук, генеральный директор

24, ул. Железнодорожная, 142100, г. Подольск, Московская обл.

Ph. D. (Engineering), Director General

24, Zheleznodorozhnaya Str., 142100, Podolsk, Moscow Region

npo@sialuch.ruTухватулинШ. Т.TukhvatulinSh. T.

кандидат технических наук, заместитель генерального директора по научной работе – директор отделения 

24, ул. Железнодорожная, 142100, г. Подольск, Московская обл.

Ph. D. (Engineering), Deputy Director General for Research, Director of the Department

24, Zheleznodorozhnaya Str., 142100, Podolsk, Moscow Region

tukhvatulin@sialuch.ruГалевИ. Э.GalevI. E.

заместитель директора отделения

24, ул. Железнодорожная, 142100, г. Подольск, Московская обл.

Deputy Director of the Department

24, Zheleznodorozhnaya St, 142100, Podolsk, Moscow Region

galevie@sialuch.ruБахинА. Н.BakhinA. N.

кандидат технических наук, заведующий лабораторией

24, ул. Железнодорожная, 142100, г. Подольск, Московская обл.

Ph. D. (Engineering), Head of the Laboratory

24, Zheleznodorozhnaya Str., 142100, Podolsk, Moscow Region

bakhinan@sialuch.ruДьяковЕ. К.DiyakovE. K.

доктор технических наук, главный конструктор-технолог

24, ул. Железнодорожная, 142100, г. Подольск, Московская обл.

D. Sc. (Engineering), Chief Designer-Technologist

24, Zheleznodorozhnaya Str., 142100, Podolsk, Moscow Region

ИжутовА. Л.IzhutovA. L.

кандидат технических наук, заместитель директора – научный руководитель

Западное шоссе, 9, 433510, г. Димитровград, Ульяновская обл.

Ph. D. (Engineering), Deputy Director for Research

Zapadnoe Shosse Str., 9, 433510, Dimitrovgrad, Ulyanovsk Region

izhutov@niiar.ruAлексеевВ. Е.V. E. AlekseevV. E.

научный сотрудник

Западное шоссе, 9, 433510, г. Димитровград, Ульяновская обл.

Researcher

Zapadnoe Shosse Str., 9, 433510, Dimitrovgrad, Ulyanovsk Region

КайзерД.KeiserD.

доктор наук, технический специалист

2525 Fremont Ave, Idaho Falls, ID 83402

Ph. D., Technical Specialist

2525 Fremont Ave, Idaho Falls, ID 83402

dennis.keiser@inl.govБольшинскийИ.BolshinskyI.

доктор наук, старший технический советник

2525 Fremont Ave, Idaho Falls, ID 83402

Ph. D., Senior Technical Advisor

2525 Fremont Ave., Idaho Falls, ID 83402

igor.bolshinsky@inl.govГохарЙ.GoharY.

доктор наук, старший ядерный инженер

9700 S. Cass Avenue, Lemont, IL 60439

Ph. D., Program Director, Senior Nuclear Engineer, Argonne Distinguished Fellow

9700 S. Cass Avenue Lemont, IL 60439

gohar@anl.govОбъединенный институт энергетических и ядерных исследований – Сосны Национальной академии наук БеларусиJoint Institute for Power and Nuclear Research – Sosny of the National Academy of Sciences of BelarusНаучно-исследовательский институт Научно-производственное объединение «ЛУЧ»Scientific Research Institute Scientific Industrial Association “LUCH”Государственный научный центр – Научно-исследовательский институт атомных реакторовState Scientific Center – Research Institute of Atomic ReactorsАйдахская национальная лаборатория Министерства энергетики США – INLIdaho National LaboratoryАргонская национальная лаборатория Министерства энергетики США – ANLArgonne National Laboratory20172301201804104112Copyright © Сикорин С.Н., Kузьмин А.В., Mандик С.Г., Полозов С.А., Григорович Т.К., Зайцев П.А., Tухватулин Ш.Т., Галев И.Э., Бахин А.Н., Дьяков Е.К., Ижутов А.Л., Aлексеев В.Е., Кайзер Д., Большинский И., Гохар Й., 20182018Сикорин С.Н., Kузьмин А.В., Mандик С.Г., Полозов С.А., Григорович Т.К., Зайцев П.А., Tухватулин Ш.Т., Галев И.Э., Бахин А.Н., Дьяков Е.К., Ижутов А.Л., Aлексеев В.Е., Кайзер Д., Большинский И., Гохар Й.Sikorin S.N., Kuzmin A.V., Mandzik S.G., Polazau S.A., Hryharovich T.K., Zaytsev P.A., Tukhvatulin S.T., Galev I.E., Bakhin A.N., Diyakov E.K., Izhutov A.L., V. E. Alekseev V.E., Keiser D., Bolshinsky I., Gohar Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/287

Топливо UZrCN представляет собой высокоплотное высокотемпературное топливо, которое может применяться в реакторах различных типов. В прошлом реакторные испытания ВОУ (96% U-235) UzrCN-топлива были выполнены только с низким выгоранием. Вместе с тем данные реакторных испытаний необходимы при высоком выгорании для подтверждения оптимальных характеристик этого типа топлива. Высокопоточный исследовательский реактор СМ-3, расположенный в Государственном научном центре – Научно-исследовательский институт атомных реакторов (г. Димитровград, Россия), будет использоваться для испытания НОУ (19,73% U-235) UzrCN-топлива до ~40 % выгорания. Затем топливо будет исследоваться для определения его характеристик после облучения.

На критических стендах «Гиацинт» и «Кристал» в Объединенном институте энергетических и ядерных исследований – Сосны Национальной академии наук Беларуси (г. Минск, Беларусь) осуществляется подготовка к экспериментам по критичности на размножающих системах, моделирующих физические особенности активных зон с НОУ (19,75% U-235) UzrCN-топливом для использования в работах по новому поколению быстрых реакторов с газообразными и жидкометаллическими теплоносителями. Критические сборки представляют собой однородные гексагональные решетки топливных сборок, каждая из которых состоит из семи топливных стержней и не имеет оболочки. Длина активной части топливного стержня составляет 500 мм. Материал оболочки – нержавеющая сталь или ниобий. Будут исследованы три типа топливных сборок с различным материалом матрицы в них (воздух, алюминий и свинец). Боковой радиальный, верхние и нижние отражатели – бериллий (внутренний слой) и нержавеющая сталь (внешний слой).

В настоящей статье описываются проектные данные эксперимента, который будет осуществлен на реакторе СМ-3, и обсуждаются результаты расчетов, призванные показать, что эксперимент будет отвечать всем поставленным целям. Также представлены описания конструкции и состава критических сборок с топливом UZrCN и результаты их расчетов. 

UZrCN fuel is a high-density, high-temperature fuel that has potential for application in different type reactors. In the past, reactor tests using UZrCN HEU (96% U-235) fuel have been performed to low burnup. However, reactor-testing data are still needed at high burnup to confirm the optimal performance of this-type fuel. The SM-3 research reactor, which is a high-flux reactor located at the State Scientific Center – Research Institute of Atomic Reactors, Dimitrovgrad, Russia, will be used to test a UZrCN LEU (19.73% U-235) fuel to ~40% of burnup. The fuel will then be examined to determine its performance during irradiation.

On the “Giacint” and “Kristal” critical facilities located at the Joint Institute for Power and Nuclear Research – SOSNY of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus, criticality experiments on multiplying systems modeling physical features of cores with UZrCN LEU (19.75% U-235) fuel have been prepared for use in works on fast reactors with gaseous and liquid-metal coolants. Critical assemblies represent uniform hexagonal lattices of fuel assemblies, each of which consists of 7 fuel rods and has no clad. The active fuel length is 500 mm. Clad material is stainless steel or Nb. Three types of fuel assemblies with different matrix material (air, aluminum and lead) are investigated. These are side radial, top and bottom reflectors – beryllium (internal layer) and stainless steel (external layer).

This article desribes the design of the experiment that will be performed in the SM-3 reactor and discusses the results of different calculations that have been performed to show that the experiment design will meet all objectives. The description of construction and composition of critical assemblies with UZrCN fuel and the calculation results are also presented. 

ядерное топливоуран-циркониевый карбонитридреакторные и послереакторные испытаниякритические сборкиnuclear fueluranium zirconium carbonitridein-pile and out-of-pile testscritical assembliesReferencesAlekseyev S. V., Zaitsev V. A. Nitride fuel for nuclear energy. Moscow, Technosfera Publ., 2013. 250 p. (in Russian).Alekseyev S. V., Zaitsev V. A. Nitride fuel for nuclear energy. Moscow, Technosfera Publ., 2013. 250 p. (in Russian).Briesmeister J. F. (ed.) MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 4C. LANL Report LA13709-M, Los Alamos, 2000.Briesmeister J. F. (ed.) MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 4C. LANL Report LA13709-M, Los Alamos, 2000.Application Description and User’s Manual for MCU-PD program. Report №36-10/30-11. NRC “Kurchatov Institute”, 2011. 569 p.Application Description and User’s Manual for MCU-PD program. Report №36-10/30-11. NRC “Kurchatov Institute”, 2011. 569 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.