بخشی از مقاله
.1 مقدمه
انجام تستهای در حین تابش دهی و پس از آن، بر روی سوختهای تولید شده در داخل کشور برای حصول اطمینان از عملکرد ایمن این سوخت ها در معرض شار نوترون درون قلب راکتور، بسیار ضروری بوده و جایگاه ویژه ای در تکمیل موفقیت آمیز چرخه سوخت هسته ای و پروسه تولید سوخت هسته ای در داخل کشور خواهد داشت. بررسی مدارک و مقالات موجود در زمینه تست سوخت در کشورهای دارای این تکنولوژی، حاکی از این واقعیت است که راکتورهای تحقیقاتی ابزار بسیار ارزشمندی برای دستیابی به اطلاعاتی پیرامون نحوه عملکرد سوخت در شرایط کاری داخل راکتور ( اعم از شرایط کارکرد عادی و شرایط حادثه) محسوب می شوند. از این رو ضروری است تا با بهره گیری از پتانسیل راکتور تحقیقاتی تهران به عنوان تنها راکتور تحقیقاتی در حال کار در کشور، امکان تابشدهی و تست سوختهای تولیدی در قلب راکتور تهران فراهم گردد. نخستین گام در این فرایند، آنالیز ایمنی قلب راکتور و محاسبه پارامترهای مرتبط با آن در صورت بارگذاری سوخت مورد آزمایش در قلب راکتور می باشد. اهمیت این مسئله از آن رو است که سوختهای تولید شده بسته به نوع راکتوری که برای آن طراحی و ساخته می شوند از نظر مواد و ابعاد با سوختهای مورد استفاده در راکتور تهران تفاوت دارند. در نتیجه ضروری است تا محاسباتی برای اطمینان از عدم نقض معیار های ایمنی
752
قلب راکتور در هنگام تابشدهی این سوخت ها انجام پذیرد. در این مقاله به بررسی معیار های ترموهیدرولیکی ایمنی ( شامل دمای سطح غلاف، دمای مرکز سوخت، ONB1 و(DNBR2 در صورت تابشدهی مجتمع سوخت میله ای حاوی قرصهای UO2 با غنای طبیعی در قلب راکتور تهران پرداخته شده است.
.2 روش انجام کار 1,2آنالیز ترموهیدرولیک قلب راکتور
در این پروژه به منظور انجام محاسبات ترموهیدرولیکی مربوط به مجتمع های سوخت راکتور تهران از کدهای CAUDVAP 3,6 وTERMIC 4,1 مجموعه MTR-PC 3,0و برای محاسبات ترموهیدرولیکی مجتمع سوخت میله ای از کد COBRA-EN که قابلیت انجام آنالیز زیر کانال (subchannel analysis) را داراست، استفاده شده است. کد CAUDVAP قادر است توزیع جریان خنک کننده را در کانالهای مختلف موجود در قلب یک راکتور از نوع MTR محاسبه نموده و در خروجی، سرعت و آهنگ عبور جریان از هریک از کانالها، افت فشار در کل قلب و نیز مولفه های افت فشار در هر یک از کانالهای قلب را ارائه نماید. [1 ] توزیع سرعت و جریان سیال برای دستیابی به گستره سرعت مورد نیاز در ورودی کد TERMICضروری است. کد TERMIC دمای سوخت و خنک کننده در طول کانالهای مجتمع سوخت، شار حرارتی بحرانی، توان مورد نیاز برای آغاز باز توزیع جریان و نیز حداکثر مقدار مجاز توان و شار حرارتی را به ازای معیارهای ایمنی تعیین شده برای عدم بروز و ناپایداری جریان به صورت تابعی از سرعت خنک کننده محاسبه می نماید.[2]
در شکل 1 چیدمان قلب مورد نظر برای تابشدهی مجتمع سوخت میله ای حاوی قرصهای UO2 با غنای طبیعی نشان داده شده است. لازم به ذکر است به دلیل برخی محدودیتهای ابعادی امکان بارگذاری این مجتمع در قسمتهای مرکزی قلب وجود ندارد. به منظور انجام آنالیز ترموهیدرولیکی در این قلب، ابتدا تمامی مجتمع های سوخت و محفظه های تابش دهی موجود، توسط کد CAUDVAPو با فرض دبی خنک کننده m3/hr 500 در ورودی قلب، مدلسازی شده است.از آنجا که افت فشار در طول قلب برای تمامی این کانال ها یکسان است سرعت خنک کننده و در نتیجه آهنگ عبور جریان در هر کانال بسته به سطح مقطع عبور جریان متفاوت خواهد بود. بدین ترتیب، کسر آهنگ عبور جریان و سرعت عبور جریان از هر بخش کانال هاکه بر اساس تغییرات سطح مقطع عبور جریان در طول کانال از ورودی تا خروجی تقسیم بندی شده اند و نیز مولفه های
1Onset of Nucleate Boiling 2Departure from Nucleate Boiling Ratio
753
افت فشار (برگشت ناپذیر ناشی از تغییر سطح مقطع، اصطکاکی و برگشت پذیر) برای هر بخش توسط کد CAUDVAP محاسبه می شوند.
9 1 2 3 4 5 6 7 8
A IR-BOX SFE SFE SFE SFE SFE IR-BOX Test Fuel GR-BOX
B GR-BOX CFE-RR SFE CFE-SR1 SFE SFE SFE GR-BOXIR-BOX
C GR-BOX SFE SFE SFE SFE CFE-SR4 SFE IR-BOX GR-BOX
D GR-BOX SFE SFE IR-BOX SFE SFE SFE GR-BOX GR-BOX
E IR-BOX SFE CFE-SR2 SFE CFE-SR3 SFE SFE GR-BOX GR-BOX
F GR-BOX SFE SFE SFE SFE SFE IR-BOX GR-BOX GR-BOX
شکل -1چیدمان قلب مورد نظر برای تابشدهی مجتمع سوخت میله ای حاوی قرصهای UO2 با غنای طبیعی
میزان سرعت خنک کننده عبوری از مجاری مابین صفحات سوخت درون مجتمع های سوخت CFE و SFE راکتور تهران و نیز سرعت خنک کننده عبوری از مجاری مابین میله های سوخت در سوخت مورد آزمایش، به عنوان پارامتری در ورودی کدهایTERMIC و COBRA-EN مورد استفاده قرار می گیرد.
برای بررسی این مسئله که آیا در مجتمع های سوخت CFE و SFEدر قلب مورد نظر، تمامی معیارهای ترموهیدرولیکی ایمنی شامل معیار عدم آغاز جوشش هسته ای، معیار نسبت انحراف از جوشش هسته ای، معیار عدم آغاز ناپایداری جریان و نیز معیار دمای مجاز سطح غلاف را برآورده می شوند یا خیر، مجتمع های سوخت راکتور تهران توسط کد TERMIC مدلسازی شده اند. برای محاسبه ONBاز رابطه-Bergles Rohsenow برای DNBاز رابطهMirshak و برای OFIاز Whittle and Forgan استفاده شده است. [3 ] از جمله موارد تاثیر گذار در نتایج مدلسازی توسط این کد سرعت عبور خنک کننده، حداکثر شار حرارتی در راستای محوری و فاکتورهای عدم قطعیت می باشند. فاکتورهای عدم قطعیت از [4] SAR راکتور تهران استخراج شده اند. سرعت عبور خنک کننده با استفاده از کد CAUDVAP و حداکثر شار حرارتی در راستای محوری با استفاده از محاسبات نوترونیک توسط کد MCNP بدست آمده است.
