دانلود مقاله راکتورهای هسته ای

بخشی از مقاله

-1- تاريخچه راكتورهاي VVER
اولين نيروگاه هسته اي با راكتور آب تحت فشار شوروي سابق، در شهر Novovoronezh در سال 1963 وارد مرحله بهره برداري شد. اين نيروگاه VVER-210 ناميده شد و قدرت الكتريكي آن 265 مگاوات بود. اين طرح در تكنولوژي وستينگهاوس الهام گرفته شده بود و نسبت به آن تفاوتها و كمبودهاي زيادي داشت. دومين راكتور از همين نوع به قدرت 336 مگاوات در همان شهر يعني Novovoronezh ساخته شد. در اين دو نيروگاه كه اولين نسل از نيروگاههاي VVER بود پوشش ايمن براي راكتور در نظر گرفته نشده بود. در واقع اين دو نيروگاه را مي‎توان به عنوان نيروگاههاي آزمايشي براي جمع آوري اطلاعات فني و تجربيات اوليه جهت توسعه نيروگاههاي VVER بعدي در نظر گرفت.

براساس تجربياتي كه از اين راكتورهاي نوع اول بدست آمد طرح استاندارد يك نيروگاه جديد به قدرت 440 مگاوات با راكتور آب تحت فشار از نوع VVER-230 ريخته شد و دو واحد از اين نيروگاه در سال 1972 و 1973 در همان شهر Novovoronezh وارد مرحله بهره برداري شدند.
براساس تجربياتي كه از نسل اول و دوم نيروگاههاي VVER بدست آمد طرح راكتورهاي V-213 تهيه شد و بخشي از كمبودهاي مدل V230 جبران شد.
دو واحد 440 مگاواتي از نوع V-213 كه در شهر Lovisa فنلاند ساخته شده بخصوص از نظر تكامل نيروگاههاي VVER جالب توجه بود. اين دو واحد كه از طرف شوروي سابق ساخته مي‌شد با تكنولوژي پيشرفته كشورهاي غربي بهبود يافت. انجام اين تغييرات در تحول بعدي نيروگاههاي VVER كاملاً مشهود بود.
از سال 1970 طراحي نيروگاههاي VVER به قدرت 1000 مگاوات شروع شد و چند سال بعد ساخت اولين نمونه آن آغاز شد.

اولين نيروگاه 100 مگاواتي شوروري سابق در سال 1980 Novovoronezh به بهره برداري رسيد. با اعمال تغييراتي در طراحي نيروگاه كه در دوران توسعه راكتورهاي 440 مگاواتي بدست آمده بود، منجر به بهبودهاي اساسي در طراحي راكتور VVER-1000 شد. از جمله نوآوريهايي كه در اين نوع راكتورها اعمال شده كه در مدلهاي جديد راكتورهاي 440 مگاواتي نيز به كار رفته است مي‎توان به موارد زير اشاره كرد.
- ايجاد يك پوشش ايمني دوجداره كه جدار خارجي آن از بتن پيش فشرده مي‎باشد.
- پوشانيدن جدار داخلي ديگ فشار از يك لايه فولاد ضد زنگ براي جلوگيري از خوردگي
- افزايش چگالي قدرت قلب راكتور با يكنواخت تر كردن انتقال حرارت در حجم قلب و افزايش سرعت آب خنك كننده.
- بكارگيري مكانيسم هاي الكترومغناطيسي براي حركت دادن چنگك هاي كنترل
- استفاده از اسيد بوريك علاوه بر ميله هاي كنترل براي كنترل راكتور
- استفاده از يك توربين واحد 1000 مگاواتي يا دو توربين موازي.
- توربين ژنراتورهاي هر راكتور در ساختماني جداگانه و به صورت يك مجموعه مجزا در كنار ساختمان راكتور قرار مي گيرند.
اين تغييرات به تدريج در مدلهاي V-302 , V-187 و مدل جديد V-3205 انجام شده است. در طرحهاي جديد نيروگاه 1000 مگاواتي روسي، از اواخر دهه 80 از طرح راكتورهاي جديد V-410 و V-392 استفاده شد و طرحهاي مربوط به آنها به ترتيب NPP-92 , NPP-91 نام گرفته اند. [3]

2-3-3- ديگ فشار
ديگ فشار قسمتي از راكتور هسته اي است كه شامل قلب راكتور، بازتابنده هاي نوترون، لوله هاي عبور دهنده آب خنك كننده و موارد ديگر مي‎باشد. براي ساخت ديگ فشار از آلياژهاي فولاد با تركيب معيني از منگنز- نيكل و موليبدن استفاده مي‎شود.
ديگ فشار به صورت استوانه ها و قطعاتي كه بعداً به يكديگر جوش داده مي‎شوند ساخته مي‎شود. اين ديگ از دو قسمت بالا و پائين تشكيل شده است. قسمت بالا يا سرپوش ديگ از يك تكه فولاد مشابه جنس بدنه تشكيل شده و توسط پيچ و مهره به قسمت پائين متصل مي‎شود. سرپوش ديگ از داخل با قشري از فولاد ضدزنگ پوشانيده شده و سوراخهايي روي آن براي حركت چنگكهاي كنترل و لوازم اندازه گيري در نظر گرفته شده است. [3]
در هنگام ساخت يك ديگ فشار براي راكتور VVER توجه به نكات مهم زيادي لازم است چرا كه راكتور مي بايست بيش از 30 سال كار كند و در طول اين مدت در شرايط مختلف زيادي قرار مي‎گيرد. شرايطي نظير فشار و دماي بالاي خنك كننده، تابش قوي شار نوترون، سرعت بالاي جريان خنك كننده و ساير شرايط سخت ديگر.
2-3-4- مجتمع هاي سوخت در رآكتور VVER-1000
مجتمع سوخت راكتور VVER-1000 مجموعه اي از ميله هاي سوخت است كه به صورت شبكه مثلثي با گام 75/12 ميلي متر در مجتمع سوخت در كنار هم چيده شده اند. هر مجتمع سوخت راكتور VVER-1000 داراي 312 ميله سوخت مي‎باشد.

در هر مجتمع سوخت 18 كانال براي ميله هاي جاذب (هر ميله كنترل شامل 18 ميله جاذب مي‌باشد) و يك كانال هم در مركز براي قرار گرفتن سنسورهاي اندازه گير نوترون وجود دارد. اين كانالها در واقع لوله هايي هستند كه از بالا در كلاهك و از پائين در دنباله توسط جوش محكم مي‎شوند. هر ميله كنترل داراي 18 ميلة جاذب و يك ميلة مركزي مي‎باشد. اين 18 ميله جاذب با پائين آمدن ميلة كنترل وارد 18 كانال موجود در هر مجتمع سوخت مي‎شوند و ميلة سنترال وارد كانال مركزي مجتمع سوخت مي گردد. [محمودي]

سوخت موجود در ميله هاي سوخت دي اكسيد اورانيوم مي‎باشد. كه اورانيوم 235 موجود در سوخت داراي غنايي بين 6/1% تا 4/4% مي‎باشد و مجموع دي اكسيد اورانيوم به كار رفته در يك ميله سوخت حدود 1565 گرم است.
موادي كه در ميله هاي كنترل به عنوان جاذب از آنها استفاده مي‎شود B4C (كاربيد بور) مي‎باشد. كاربيد بور به صورت پودر با تراكم kg/m3 1700 مي‎باشد. كاربيد بور را درون غلافي جا مي دهند كه اين غلاف حاوي كاربيد بورايك ميلة جاذب مي‎نامند. هر ميله كنترل شامل 18 ميله جاذب است. (شكل 2)
در بعضي از مجتمع هاي سوخت از سموم قابل سوخت بجاي تعدادي از ميله هاي سوخت استفاده مي نمايند. اين سموم اولاً شرايطي را مهيا مي سازند تا ميزان تراوش انرژي در قلب راكتور به صورت شعاعي، به طور متعادل و يكنواخت صورت پذيرد و ثانياً تنظيم سوخت سوخت را در مدت زمان معين ميسر مي سازند. ثالثاً موجبات تغييرات يكنواخت تر راكتيويته راكتور را فراهم مي‌كنند.
ماده اي كه به عنوان سم در اينجا مصرف مي‎شود دي بوريد كرم (CrB2) هر كدام از بسته هاي مصرف شدني شامل 18 ميلة محتوي دي بوريد كروم هستند. ساختار اين بسته ها شبيه ساختار ميله هاي كنترل مي‎باشد با اين تفاوت كه اين ميله ها ثابت در جاي خود قرار مي گيرند و در طول مدت يك دوره بهره برداري، از عمل خود حركت نمي كنند. [محمودي]

2-3-5- مولدهاي بخار
مولدهاي بخار راكتورهاي VVER-1000 بر خلاف مولدهاي بخار راكتورهاي PWR به صورت افقي مي باشند. از مزاياي افقي بودن اينگونه مولدهاي بخار مي‎توان به دو برابر بودن حجم آب در گردش آن نسبت به مشابه آن در راكتورهاي PWR ، اشاره كرد. اما عيب عمده آن، احتمال نشت آب از مدار اوليه به مدار ثانويه مي‎باشد. [2]
كاربرد مولدهاي بخار عبارتست از:
- انتقال حرارت خنك كننده مواد اول به آب تغذيه مدار دوم و گرم كردن آن تا رسيدن به درجه حرارت نقطه جوش
- تبديل آب تغذيه مدار دوم به بخار اشباع
- جذب رطوبت بخار و توليد بخار اشباع خشك
اجزاء تشكيل دهنده مولد بخار
- محفظه بخار
- جداكننده رطوبت از بخار
- هدر آب تغذيه اصلي
- هدر آب تغذيه اضطراري
- صفحه مشبك (يكنواخت كننده سرعت بخار)
- تكيه گاه
- كمك فنر اتكاء
- سطح سنجها
- شيرهاي اطمينان
از نظر ترموديناميكي مولدهاي بخار عمودي داراي مزاياي بيشتري نسبت به مولدهاي بخار افقي مي باشند. چرا كه وزن آب باعث حركت ثقلي شده كه اين مسئله بخصوص به هنگام از كار افتادن پمپها و شرايط حادثه انتقال حرارت، حائز اهميت است.

كدهاي محاسباتي نوتروني
مقدمه
كدهاي هسته اي محاسباتي نوتروني به چند دسته صفر، يك، دو و سه بعدي تقسيم مي‎شوند. كدهاي صفر بعدي اثرات فضايي را فقط در يك سلول مورد بررسي قرار مي دهند و در محاسبات مصرف سوخت، رآكتور را به مانند چشم نوتروني نقطه اي فرض مي نمايند و قادر به انجام محاسبات سلولي مي باشند. اصولاً علاوه بر اين كه شكل تغييرات، جريان، شكل هندسي و تركيب قلب نيز به صورت صحيح نشان داده نمي‎شوند كه اينگونه كدها تنها در تخمين محاسبات اوليه، مانند تخمين تغييرات رآكتيويته با مصرف سوخت و يا توليد ثوابت گروهي جهت استفاده در محاسبات سه بعدي و … كاربرد دارند. در ميان اين كدها، كدهايي مانند wims داراي قابليت بيشتري در پرداختن به جزئيات دارند.

براي كاربردهاي طراحي و آناليز قلبهاي چند ناحيه اي معمولاً از مدل نظريه پخش در يك تا سه بعدي و دو تا چهار گروهي براي راكتورهاي آب سبك (LWR) كه خنك كننده آن آب مي‎باشد، مانند PWR استفاده مي‎شود. كدهاي يك بعدي فرض مي‌كند كه نوترونها تنها در يك جهت x مولفه شعاعي جريان دارند، مثلاً در چند شعاعي و قلب به صورت نواحي استوانه اي در نظر گرفته مي‎شود و نشت در جهت محور عمودي با استفاده از كلينگ هندسي تعيين مي‎شود كه نمونه‌اي از اين كدها عبارتند از كدهاي AIM , FOG.
كدهاي دوبعدي نظريه پخش، بررسي مجتمعهاي سوخت و يا قسمتهاي بزرگي از قلب را با دقت و جزئيات قابل توجهي امكانپذير مي نمايند. ميله هاي كنترل، آبراهها، وسايل اندازه گيري و نواحي با غناي متفاوت، در اين كدها منحصراً قابل آناليز هستند و نمونه اي از اين كدها عبارتند از كدهاي EQUIPOISE , EXTERMIWATOR .
كدهاي سه بعدي قادر به حل معادله سه بعدي پخش در چند گروه مي باشند از جمله اين كدها، كدهاي CITATION , TRITON هستند.
2-3- كد محاسبات سلولي wims

تئوري كد wims
در wims از به هم پيوستن مجموعه اي از برنامه ها كه به زبان فرترن 4 نوشته شده، تشكيل يافته است. تغييرات به وجود آمده در اين كد شامل قابليت مدلي كردن هندسه هاي پيچيده مي‎باشد. اين كد قابليت توليد ثوابت گروهي، ضريب تكثير بي نهايت، ضريب تكثير مؤثر و تعداد ديگري از پارامترهاي شبكه راكتور در حالت ايستايي و انجام محاسبات مصرف سوخت را دارد. در اين طرح از كد 1 wins D/4 استفاده شده است. اين كد قابليت انجام محاسبات نوتروني براي اشكال مختلف سوخت (صفحه اي، استوانه اي، كره اي و يا چند ضلعي) را در يك آرايه منظم و يا به صورت خوشه اي دارا مي‎باشد. بانك داده ها در اين كد شامل 14 گروه سريع، 13 گروه رزونانسي و 42 گروه حرارتي است. ابتدا كد مذكور با در نظر گرفتن شكل ساده اي از سلول، كه در آن با توجه به انتخاب كاربر، نواحي مختلفي با عناوين سوخت، غلاف، خنك كننده، كند كننده و بازتابنده وجود دارد، شار نوتروني را براي اين نواحي در 69 گروه انرژي بدست مي‎آورد و سپس براي چند گروهي كه توسط كاربر تعيين مي شود، ثوابت گروهي را براي تمام مواد در سلول انتخاب شده محاسبه مي نمايد. سپس تصحيح حاصل از نشت، توسط باكينگ در جهت شعاعي و عمودي، وارد مي گردد.