Гибридная «синтез-деление» реакторная установка на ториевом топливе с источником дополнительных термоядерных нейтронов

В работе представлены результаты полномасштабного численного моделирования процессов, протекающих в гибридной «синтез-деление» реакторной установке на торийсодержащем топливе в условиях ее управления через источник термоядерных D-T нейтронов. Установка представляет собой комплекс, состоящий из активной зоны высокотемпературного газоохлаждаемого ядерного реактора и аксиально симметричного протяженного плазменного источника дополнительных термоядерных нейтронов, размещенного в приосевой области его активной зоны. Созданные в работе расчетные модели активной зоны (бланкета реактора) и плазменного генератора D-T нейтронов позволили провести исследование нейтронных характеристик установки в стационарном и импульсно-периодическом режимах работы. Результаты исследования дают основу для концептуального рассмотрения конструкции безопасного источника энергии на ториевом топливе, работающего в многолетнем рабочем цикле по гибридной «синтез-деление» схеме при эпитепловом спектре нейтронов.

1. Shamanin I., Bedenko S., Chertkov Y., Gubaydulinet I. Gas-Cooled Thorium Reactor with Fuel Block of the Unified Design. Advances in Materials Science and Engineering, 2015, vol. 2015, p. 392721. DOI 10.1155/2015/392721

2. Shamanin I. V., Grachev V. M., ChertkovYu. B. et al. Neutronic properties of hightemperature gas-cooled reactors with thorium fuel. Annals of Nuclear Energy, 2018, vol. 113, p. 286–293.

3. Arzhannikov A. V., Anikeev A. B., Beklemishev A. D. et al. Subcritical Assembly with Thermonuclear Neutron Source as Device for Studies of Neutron-physical Characteristics of Thorium Fuel. AIP Conference Proceedings, 2016, vol. 1771, p. 090004. DOI 10.1063/1.4964246

4. Arzhannikov A. V., Bedenko S. V., Ivanov A. A. et al. Isotopic Composition Changes in the Fuel Assembly of a Hybrid Reactor with a Neutron Source Based on D-D Reaction in Plasma Column (Computer Simulation of a Long Operation Cycle). Siberian Journal of Physics, 2018, vol. 13, no. 4, p. 5–24. (in Russ.)

5. Arzhannikov A., Bedenko S., Shmakov V. et al. Gas-cooled thorium reactor at various fuel loadings and its modification by a plasma source of extra neutrons. Nuclear Science and Techniques, 2019, vol. 30 (181). DOI 10.1007/s41365-019-0707-y

6. Arzhannikov A. V., Shmakov V. M., Modestov D. G. et al. Facility to study neutronic properties of a hybrid thorium reactor with a source of thermonuclear neutrons based on a magnetic trap. Nuclear Engineering and Technology, 2020, vol. 52 (11), p. 2460–2470.

7. Shamanin I. V., Bedenko S. V., Shmakov V. M. et al. Power density dynamics in a nuclear reactor with an extended in-core pulse-periodic neutron source based on a magnetic trap. Izvestiya Wysshikh Uchebnykh Zawedeniy, Yadernaya Energetika, 2020, vol. 2, p. 17–26.

8. Beklemishev A., Anikeev A., Astrelin V. et al. Novosibirsk Project of Gas-Dynamic Multiple-Mirror Trap. Fusion Science and Technology, 2013, vol. 63, p. 46–51.

9. Anikeev A. V., Bagryansky P. A., Beklemishev A. D. et al. The GDT Experiment: Status and Recent Progress in Plasma Parameters. Fusion Science and Technology, 2015, vol. 68 (1), p. 1–7.

10. Gandini A., Salvatores M. The Physics of Subcritical Multiplying Systems. Journal of Nuclear Science and Technology, 2002, vol. 39 (6), p. 673–686.

11. Shiroya S., Yamamotoc A., Shina K. et al. Basic study on neutronics of future neutron source based on accelerator driven subcritical reactor concept in Kyoto University Research Reactor Institute (KURRI). Progress in Nuclear Energy, 2002, vol. 40 (3–4), p. 489–496.

12. Knastera J., Arbeiter F., Carac P. et al. IFMIF, the European-Japanese efforts under the Broader Approach agreement towards a Li(d, xn) neutron source: Current status and future options. Nuclear Materials and Energy, 2016, vol. 9, p. 46–54.

13. Wu Y. Design and R&D Progress of China Lead-Based Reactor for ADS Research Facility. Engineering, 2016, vol. 2 (1), p. 124–131.

14. Abderrahim H. A., Baeten P., Bruyn D. D., Fernandez R. MYRRHA – A multi-purpose fast spectrum research reactor. Energy Conversion and Management, 2012, vol. 63, p. 4–10.

15. Yang L., Zhan W. A New Concept for ADS Spallation Target: Gravity-Driven Dense Granular Flow Targets. Thorium Energy for the World. Springer, Cham, 2016.

16. Gudowski W., Arzhanov V., Broeders C. et al. Review of the European project – Impact of Accelerator-Based Technologies on nuclear fission safety (IABAT). Progress in Nuclear Energy, 2001, vol. 38, p. 135–151.

17. Bedenko S. V., Ghal-Eh N., Lutsik I. O., Shamanin I. V. A fuel for generation IV nuclear energy system: Isotopic composition and radiation characteristics. Applied Radiation and Isotopes, 2019, vol. 147, p. 189–196.

18. Yurov D. V., Prikhodko V. V., Tsidulko Yu. A. Nonstationary Model of an Axisymmetric Mirror Trap with Nonequilibrium Plasma. Plasma Physics Reports, 2016, vol. 42 (3), p. 210–225.

19. Kandiev Y. Z., Kashaeva E. A., Khatuntsev K. E. et al. PRIZMA status. Annals of Nuclear Energy, 2015, vol. 82, p. 116–120.

20. Evaluated Nuclear Data Library Descriptions, Nuclear Energy Agency. URL: https://oecdnea.org/dbdata/data/nds_eval_libs.htm(2020) (accessed 03.03.2019).

21. Leppaanen J., Pusa M., Viitanen T., Valtavirta V., Kaltiaisenaho T. The Serpent Monte Carlo code: Status, development and applications in 2013. Annals of Nuclear Energy, 2015, vol. 82, p. 142–150.

22. Kotelnikov I. A., Chernoshtanov I. S., Prikhodko V. V. Stability of the Drift-Cyclotron Loss-Cone and Double-Humped Modes in Multispecies Plasmas. Plasma and Fusion Research, 2019, vol. 14, p. 2403001. DOI 10.1585/pfr.14.2403001

23. Linnik S. A., Gaydachuk A. V., Shamanin I. V. Istochnik plazmy tlejushhego razrjada s effektom pologe katoda dlja modifikacii svojstv poverhnosti i nanesenija pokrytij. Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta, 2011, vol. 318, p. 86–88. (in Russ.)