Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Получение расчетно-математического обоснования возможности учета отраженных нейтронов от различных слоев отражателя в рамках модели уравнения “обратных часов” быстрого реактора с внутренним и внешним свинцовым отражателем. Нейтроны из отражателя по физической природе являются мгновенными, а по своим характеристикам – запаздывающими для цепной реакции деления (ЦРД), т.к. они вносят свой вклад в ЦРД с некоторым запаздыванием по времени, которое необходимо нейтронам на замедление и диффузию из активной зоны в отражатель и обратно. В отличие от запаздывающих нейтронов (ЗН), а также мгновенных нейтронов, не побывавших в отражателе, у нейтронов отражателя всегда есть “мертвое” время, в течение которого они в принципе не могут внести свой вклад в ЦРД. Это “мертвое” время образуется как сумма времени диффузии от активной зоны к отражателю и диффузии из отражателя к активной зоне. Эта особенность нейтронов отражателя благоприятна для безопасности реактора, но она не отражена в уравнении “обратных часов” поскольку нейтроны отражателя моделируются по аналогии с ЗН. Рассмотрены две модели реакторов с отражателями, в которых отражатель учитывается путем введения дополнительной точки (двухточечная модель кинетики), а также путем введения дополнительных групп ЗН. Второй подход моделирует энергетический спектр отраженных нейтронов, а разработанная модель – отраженные нейтроны слоев отражателя. Однако в обеих моделях в итоге отражатель моделируется одинаковым образом – дополнительными группами ЗН. При разработке модели получены следующие научные результаты. 1. Разработанная модель уравнения “обратных часов” является симбиозом двухточечной модели и модели дополнительных групп ЗН, поскольку в разработанной модели отражатель разбит на несколько слоев (точек), а каждый слой описывается аналогично запаздывающим нейтронам, но без учета “мертвого” времени. 2. Разработанная модель проста, наглядна и внутренне непротиворечива, поскольку отражатель учитывается в виде дополнительных групп ЗН, которые определяются теми же характеристиками, что и обычные ЗН: долей группы ЗН (реактивностью слоя отражателя) и средним временем жизни эмиттеров группы ЗН (среднее время жизни нейтронов слоя отражателя). 3. Разработанная модель для учета нейтронов отражателя может быть использована не только для внешнего отражателя, но также и для внутреннего отражателя, когда свинец-208 находится внутри активной зоны быстрого реактора. 2. Выбор оптимальной физической модели отражателя, описывающей кинетику быстрого реактора в переходных процессах при реактивностях как больше, так и меньше эффективной доли традиционных запаздывающих нейтронов. Расчеты выполнены в рамках сферической модели быстрого реактора типа БРЕСТ с помощью программы TIME26 с отражателем толщиной 4 м. Рассмотрены следующие модели отражателя. Модель активной зоны без учета отражателя (голая активная зона); активная зона с отражателем как одно целое. Далее отражатель рассматривался отдельно от активной зоны в виде: одного слоя толщиной 4 м (1-точечная модель отражателя); 2-х слоев по 2 м (2-точечная модель); 4-х слоев по 1 м (4-точечная); 8-и слоев по 0.5 м (8-точечная); первый слой 0.5 м и 14 слоев по 0.25 м (15-точечная). Указанные модели должны учитывать мгновенные нейтроны активной зоны со средним временем жизни, 6 групп запаздывающих нейтронов, а также несколько групп нейтронов отражателя. Для этого необходимо перейти с известной одноточечной модели кинетики с запаздывающими нейтронами на многоточечную модель. Результаты моделирования физически толстого 4-х метрового отражателя из свинца-208 быстрого реактора для корректного рассмотрения его кинетики. 1. Простая одноточечная модель реактора с одной группой запаздывающих нейтронов качественно согласуется с реактором с многоточечной моделью отражателя. 2. Одноточечная модель реактора с отражателем, использующая среднее время жизни мгновенных нейтронов, хорошо описывает переходный и установившийся процессы кинетики при не слишком больших реактивностях (меньше полутора долей ЗН) и, соответственно, не слишком малых асимптотических периодах разгона реактора (более нескольких десятых долей секунды). 3. Отражатель необходимо учитывать, причем, в виде отдельной зоны. 4. При скачках реактивности меньше доли запаздывающих нейтронов достаточно представление отражателя в виде слоев толщиной 1-2 м. 5. При сачках реактивности больше доли запаздывающих нейтронов необходимо учитывать отражатель в виде слоев толщиной 0.5 м. 6. Разбиение отражателя на более тонкие слои видимо не требуется. 3. Оценка эффективности использования нейтронов отражателя в цепной реакции деления и рекомендации по увеличению эффективности. Для эффективного использования нейтронов, возвращающихся из отражателя в активную зону, необходимо выяснить их пространственно-энергетические распределение. Пространственно-энергетическое распределение нейтронов в активной зоне и отражателе определяется известным уравнением по поиску собственного значения (Кэф) и собственную функцию (распределение нейтронов). Для оценки плотности потока нейтронов, возвращающихся из отражателя в активную зону, использовались расчеты с постоянным источником нейтронов в активной зоне и переменной толщиной отражателя от нуля до четырех метров через каждые полметра. При оценке эффективность использования нейтронов отражателя в цепной реакции деления получены следующие результаты. 1. Разработан подход и алгоритм оценки эффективности использования нейтронов отражателя в цепной реакции деления. А именно, поскольку нейтроны отражателя вносят свой вклад в цепную реакцию вызывая деление, то поглощение приводящее к радиационному захвату нейтронов будем рассматривать как бесполезный расход, а поглощение приводящее к делению, как полезное использование нейтронов. 2. Показано, что на предполагаемом уран-плутониевом нитридном топливе для быстрого реактора типа БРЕСТ большая часть (55 %) наиболее ценных нейтронов, возвращающихся из глубоких слоев отражателя, используется по назначению, т.е. в цепной реакции деления. 3. Предложен способ по увеличению доли использования нейтронов отражателя (до 75 %) путем замены плутония на уран-233 только во внешнем слое тепловыделяющих сборок активной зоны.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Такие нейтронно-ядерные свойства изотопа свинца 208Pb, как большой атомный вес, малое сечение поглощение и высокий порог неупругого рассеяния, приводят к ряду особенностей кинетики быстрого реактора с отражателем из 208Pb, которые могут существенным образом повысить ядерную безопасность реактора. А именно: Дополнительные запаздывающие нейтроны. В глубине отражателя формируется спектр замедленных нейтронов, которые диффундируя к активной зоне, по свои характеристикам приближаются к запаздывающим нейтронам и тем самым служат дополнительными запаздывающими нейтронами. “Мертвое” время дополнительных запаздывающих нейтронов. У нейтронов отражателя всегда есть “мертвое” время, в течение которого они в принципе не могут внести свой вклад в разгон реактора. Это “мертвое” время образуется как сумма времени диффузии от активной зоны к отражателю и обратно. Устойчивость цепной реакции деления к скачкообразному росту энерговыделения. Благодаря возросшей доле запаздывающих нейтронов даже при введении реактивности, превышающей долю осколочных запаздывающих нейтронов (но меньше суммарной доли осколочных и отражательных запаздывающих нейтронов), реактор будет разгоняться на запаздывающих нейтронах отражателя, среднее время жизни которых на несколько порядков больше, чем мгновенных нейтронов. Формирование дополнительных запаздывающих нейтронов. Запаздывающие нейтроны отражателя по своему определению формируются вне активной зоны, значит, есть возможность формировать как спектр времени жизни, так и доли запаздывающих нейтронов отражателя, используя различные одно- и многослойные отражатели. Есть возможность повышения величины Доплер-эффекта в активной зоне, путем целенаправленного формирования нейтронов резонансных энергий, возвращающихся из отражателя в активную зону. 1. Оценка влияния на характеристики безопасности данных и параметров свинцового отражателя (ядерных данных, толщины, изотопного состава, примесей), а также изменения нуклидного состава активной зоны, включая накопление продуктов деления. На основании расчетных оценок получены следующие результаты по влиянию на характеристики безопасности. 1. Целесообразно уточнить ядерные данные свинца-208, однако это, по-видимому, не приведет к существенному изменению имеющихся благоприятных характеристик отражателя на основе свинца-208. 2. Оптимальной с точки зрения достижения характеристик безопасности и экономии свинца-208 представляется толщина отражателя из свинца-208 около 2-3 метром. 3. Для достижения достаточно высоких характеристик свинцового отражателя его обогащение по свинцу-208 должно быть более 99%, остальное - свинец-207. 4. При стандартной очистке свинца как теплоносителя от примесей оставшиеся примеси практически не сказываются на его характеристиках на протяжении всего периода эксплуатации реактора. 5. Изменение нуклидного состава свинцового отражателя почти не влияет на его характеристики в течение всего срока эксплуатации реактора. 6. Однажды приготовленный свинец может использоваться в качестве отражателя без потери своих характеристик неограниченно долгое время. 7. Изменение нуклидного состава топлива и особенно накопление продуктов деления в активной зоне несколько понижают характеристики отражателя, однако, не существенным образом. 2. Оценка временной задержки в выделении тепла при скачках реактивности как меньше, так и больше эффективной доли традиционных запаздывающих нейтронов. Расчеты показали следующую временную задержку в выделении тепла благодаря использованию в быстром реакторе отражателя из свинца-208. 1. Использование физически толстого отражателя из свинца-208 в быстром реакторе типа БРЕСТ существенно отодвигает во времени выделение избыточной (не отведенной) энергии от топлива, что повышает устойчивость реактора к реактивностной аварии. 2. Указанный эффект проявляется в большей степени при реактивностях больше эффективной доли запаздывающих нейтронах, т.е. в наиболее опасных авариях. 3. Оценка величины постоянной времени твэла, необходимой для сохранения целостности твэлов при вводе реактивности больше эффективной доли традиционных запаздывающих нейтронов за счет срабатывания отрицательной (благоприятной) обратной связи по теплоносителю. Рассмотрение сопротивляемости цепной реакции деления (ЦРД) разгону при разной постоянной времени твэла (характерное время стекания тепла из топлива в теплоноситель) привело к следующим результатам. 1. Сопротивляемость ЦРД быстрого реактора с отражателем из свинца-208 превосходит сопротивляемость аналогичного реактора, но с отражателем из природного свинца при переходе на твэлы с уменьшенной постоянной времени от 1 до 0.1, 0.01 и 0.001 с более, чем на порядок. 2. Преимущество по безопасности быстрого реактора от использования отражателя из свинца-208 особенно ярко проявляется при перехода на твэлы с малой постоянной времени. 4. Разработка модели и алгоритма расчета эффекта Доплера с учетом возвращающихся нейтронов отражателя. В результате разработки модели эффекта Доплера с учетом нейтронов отражателя, возвращающихся в активную зону быстрого реактора, получены следующие результаты. 1. Эффект Доплера будет проявляться не мгновенно, как принято в традиционном случае, а носит растянутый по времени характер из-за возвращающихся с задержкой нейтронов отражателя. 2. Величина эффекта Доплера возрастет существенным образом, поскольку возвращающиеся нейтроны отражателя являются не быстрыми, как в активной зоне, а резонансными и эпитепловыми, которые определяют величину эффекта Доплера. 3. Эффект Доплера будет иметь мгновенную составляющую, определяемую нейтронами активной зоны, после которой он будет расти на нейтронах отражателя. 4. Подобное изменение эффекта Доплер во времени нужно учитывать при анализе переходных процессов в динамике реакторов с физически толстым отражателем. 5. Отражатель из свинца-208 повысит безопасность быстрого реактора за счет повышения величины эффекта Доплера и растяжения его во времени.