Published 2023 | Version v1
Journal article

Characteristics of space NPPs with low enriched uranium fuel

  • 1. A.I. Leipunsky Institute of Physics and Power Energy, Obninsk (Russian Federation)

Description

The article presents the results of computational studies of the replacement of high-enriched uranium (HEU) nuclear fuel with low-enriched uranium (LEU) nuclear fuel in space nuclear power plants (SNNPs). The change in the weight and dimensional characteristics of the reactor and radiation shield, and the change in thermal power evaluated. In addition, the change in thr activity of fission products an actinides, accumulated during operation was evaluated. Reactors with intermediate (with moderator) and fast neutron spectrum were studied, both with liquid metal and gas coolant. Variants of SNPPs with HEU and LEU were compared using reactors of the same reactivity margin. The geometric parameters of the reactors were changed leading to changes in their masses, masses of radiation protection and thermal power. The thermal calculation of average thermal power based on the calculation of the power of a single fuel element. Not only the influence of geometric parameters was taken into account while estimating the thermal power of a reactor, but also the reactor's neutron-physical characteristics, namely the uneven energy release along the cores height and radius. The mass of radiation protection was calculated based on the ratios used for determining the maximal absorbed dose of gamma radiation (Si) and the maximal fluence of neutrons with energies above 0.1 MeV at the payload location. The calculations showed that for intermediate neutron reactors the mass of SNPP increases by 1.5-2 times, while it increases by 5-6 times for fast neutron reactors. The radiation safety of SNPPs with LEU was estimated as the activity of fission products and actinides generated during the operation period. Hundreds of years after shutting down, the actinides activity level in a LEU reactor is an order of magnitude higher than in a HEU reactor.

Abstract (Russian)

В статье приведены результаты проведенных расчетных исследований по замене ядерного топлива из высокообогащенного урана (ВОУ) на ядерное топливо из низкообогащенного урана (НОУ) применительно к космическим ядерным энергетическим установкам (КЯЭУ). Оценивалось изменение массогабаритных характеристик реакторов и радиационной защиты, изменение максимальной рабочей тепловой мощности. Кроме того, оценивалось изменение величины активности продуктов деления и актинидов, наработанных за время эксплуатации. Рассматривались реакторы с промежуточным (с замедлителем) и быстрым спектром нейтронов. С жидкометаллическим и газовым теплоносителем. При сравнении вариантов КЯЭУ с ВОУ и НОУ рассматривались реакторы, имеющие один и тот же запас реактивности. Изменялись геометрические параметры реакторов, что приводило к изменению их масс, масс радиационной защиты, максимальной рабочей тепловой мощности. Средняя максимально рабочая тепловая мощность реактора оценивалась на основании расчета мощности одного ТВЭЛа. При оценке максимальной рабочей величины тепловой мощности реактора учитывалось влияние не только геометрических параметров, но и нейтронно-физические характеристик, а именно неравномерности энерговыделения по высоте и радиусу активной зоны. Масса радиационной защиты определялась исходя из соотношений для определения предельной поглощенной дозы гамма излучения (Si) и предельного флюенса нейтронов, с энергией выше 0,1 МэВ в точке расположения полезной нагрузки. Расчеты показали, что с реакторами на промежуточных нейтронах увеличение массы КЯЭУ составляет 1,5-2 раза, с реакторами на быстрых нейтронах - 5-6 раз. Оценена радиационная безопасность КЯЭУ с НОУ по величине активности продуктов деления и актинидов, наработанных за время эксплуатации. Активности актинидов по прошествии нескольких сотен лет в остановленном реакторе с НОУ на порядок выше активности в остановленном реакторе с ВОУ.

Additional details

Additional titles

Original title (Russian)
Характеристики космических YAEHU с топливом из низкообогащенного урана

Publishing Information

Journal Title
Voprosy Atomnoj Nauki i Tekhniki. Seriya: Yaderno-Reaktornye Konstanty
Journal Issue
no.3
Journal Page Range
p. 76-85
ISSN
2414-1038

INIS

Country of Publication
Russian Federation
Country of Input or Organization
Russian Federation
INIS RN
55106286
Subject category
S21: SPECIFIC NUCLEAR REACTORS AND ASSOCIATED PLANTS;
Descriptors DEI
RADIATION PROTECTION; REACTORS; SAFETY ANALYSIS; SLIGHTLY ENRICHED URANIUM; SPACE POWER REACTORS
Descriptors DEC
ACTINIDES; ELEMENTS; ENRICHED URANIUM; ISOTOPE ENRICHED MATERIALS; MATERIALS; METALS; MOBILE REACTORS; POWER REACTORS; REACTORS; URANIUM

Optional Information

Notes
16 refs., 3 figs., 4 tab.