بخشی از مقاله
چكیده
هدف از ارائه این مقاله تحلیل پارامترهای نوترونی قلب رآکتور V-1000 به عنوان مدلی از رآکتور VVER-1000 می باشد. در این تحقیق راکتور با بكارگیری کدهای WIMS، CITATION و MCNPX شبیه سازی گردید و در راستای اطمینان از صحت مدلسازی انجام شده، پارامترهای اصلی رآکتور نظیر توزیع توان حرارتی، شار نوتورنهای حرارتی و سریع و ضریب تكثیر موثر مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. شبیه سازی در کد MCNPX با تعداد 100 هزار تاریخچه در هر سیكل و300 سیكل فعال با دستور KCODE انجام شد، به طوری که میانگین خطای نسبی محاسبات Keff حدود 0/0001 به دست آمد. نتایج نشان دادند که سازگاری خوبی با نتایج ارائه شده در روش وجود دارد.
مقدمه
جهت پیش بینی و بررسی رفتار نوترونی یك راکتور در شرایط مختلف کاری و به دلیل غیر عملی بودن انجام آزمایش های ایمنی هسته ای در یك راکتور واقعی، نیاز به طراحی و ساخت راکتورهای تحقیقاتی Mock-up با مقیاس های مختلف نسبت به اندازه واقعی قلب یك راکتور قدرت می باشد. نشان داده شده است که پیشرفت در زمینه نیروگاه های هسته ای نیاز به ابزار شبیه سازی و برنامه های آزمایشگاهی مکمل برای اعتبارسنجی دارد. درطول دهه های گذشته راکتورهای تحقیقاتی Mock-up در حوزه های مختلف علمی مربوط به راکتورهای هسته ای - به عنوان تسهیالت آزمایشگاهی، پشتیبانی فنی به نهادهای نظارتی، مؤسسات پژوهشی و ... - برای بهبود دانش در زمینه فیزیك راکتور و داده های هسته ای - کاهش عدم قطعیت داده ها، برآورد بهتر پارامتر اساسی مانند ضریب تکثیر موثر، کسر نوترون های تاخیری، نقش قدرت و... - کمك فراوانی به این حوزه نموده اند.
به عنوان یك
بازخورد مثبت از راکتورهای تحقیقاتی Mock-up، می توان به بهبود رقابت توسعه فناوری نیروگاه های هسته ای - افزایش بیشتر مصرف سوخت، طراحی سوخت جدید، طراحی قلب راکتور جدید و غیره - ، افزایش زمان بهره برداری، بهبود ایمنی راکتور و پیشنهاد کتابخانه داده های جدید بر اساس داده های هسته ای بدست آمده از آزمایشات مختلف، اشاره نمود. به طور کلی راکتورهای تحقیقاتی Mock-up اهمیت ویژه ای برای دانشمندان، مهندسان و تیم اجرایی در زمینه توسعه راکتورهای هستهای - راکتور تحقیقاتی یا راکتورهای قدرت - دارند. در حال حاضر بیش از نیم قرن از به کارگیری انواع راکتورهای Mock-up به عنوان شبیه ساز رفتار نوترونی و دینامیکی راکتورهای قدرت می گذرد به گونه ای توسعه بسیاری از انواع کدهای هسته ای، اسناد و مقاالت منتشر شده در این زمینه برمبنای آزمایشات انجام شده در این راکتورها است.
Bignan و همکارانش طی مقاله ای به بررسی نقش کلیدی تسهیالت Mock-up در ارزیابی نوترونی راکتورهای پیشرفته نسل جدید پرداختند Michal Košťál .]1[ و همکارانش ازمرکز تحقیقات هستهای جمهوری چك با ارائه چندین مقاله به بررسی رفتار نوترونی، دینامیکی، حفاظ و شرایط کاری رآکتور VVER-1000 با استفاده از راکتور تحقیقاتی صفر قدرت LR-0 به عنوان Mock-up راکتور VVER-1000 پرداختند Marinoni .]4-2[و همکارانش طی مقاله ای در ژورنال Annals of Nuclear Energy به بررسی طیف سریع نوترون ها در راکتور BN-600 بااستفاده تسهیالت Mock-up صفر قدرت BFS-2 و همچنین مقایسه نتایج با کد MCNPX پرداختند.
Robbe .]5[ و همکارانش طی مقاله ای به بررسی و مقایسه مدل های مختلف درهم گسیختگی قلبراکتور MARA 10 به عنوان Mock-up راکتور سوپرفنیکس پرداختند. Hudelot .]6[ و همکارانش طی مقاله ای در کنفرانس ژاپن به بررسی مجموعه آزمایشات OSMOSE در راکتور-Mock up، MINERVE در ارزیابی داده های سطح مقاطع آکتنیدها پرداختند Fougeras .]7[ و همکارانش طی مقاله ای تسهیالت بحرانی CEA را در ارزیابی فیزیك نوترون راکتورهای آب سبك مورد بررسی قرار دادند .]8[
روش کار
راکتور V-1000 به دلیل آنکه مدل کاملی از راکتورVVER-1000 می باشد، جزئیات ساختاری قلب آن سوخت ومجتمع های آن دقیقاً مشابه راکتورهای VVER-1000 است. این راکتور از کنار هم قرار دادن 163 مجتمع سوخت در آرایش شش ضلعی ساخته می شود. در V-1000 مجتمع های سوخت در سیکلاول دارای غناهای %1.6 ، %3.0 ، %4.4 و %3.6+4.4 - البته به طورمتوسط - است و به گونه ای آرایش یافته اند که کل قلب دارای تقارن یك ششم می باشد. توان تولیدی حرارتی قلب در شرایطکاری استاندارد کامال مشابه راکتور است.
در شکل 1 نمایی از قلب راکتور V-1000 نشان داده شده است. همچنین در جدول 1 مشخصات مجتمع های سوخت آورده شده است.در این مقاله، رفتار نوترونی قلب رآکتور V-1000 مورد بررسی قرار گرفته است. جهت انجام محاسبات نوترونی از کدهای نظیر WIMS و CITATION و کد MCNP استفاده شد. دلیل بکارگیری دو کد مذکور، به قابلیت های متفاوت این دو کد و نقاط ضعف و قوت هر کدام در تحلیل نوترونی رآکتورها بر می گردد که بایستی بطور دقیق مورد ارزیابی قرار گیرد. کدهای WIMS و CITATION بر اساس محاسبات قطعی با حل معادله ترابرد وپخش نوترونها به تعیین ضریب تکثیر و توزیع شار و توان حرارتی می پردازند.
در حالیکه در کد MCNP با بهره گیری از روش آماری مونت کارلو این محاسبات صورت می پذیرد. در شکل 2 نحوه تنظیم آرایه های مجتمع سوخت در کد WIMS نشان داده شده است. همچنین در شکلهای 3 و 4 مدلسازی انجام شده در کدهای CITATION و MCNP نشان داده شده است. در کدCITATION، قلب راکتور به صورت مش های مثلثی در نظرگرفته شده که هر مجتمع سوخت آن شامل 24 مش مثلثی است.این درحالیست که در کد MCNP قلب رآکتور با استفاده از دستور KCODE که برای چشمه محاسبات بحرانی استفاده می شود باتعداد 100 هزار تاریخچه در هر سیکل و تعداد 300 سیکل فعال شبیه سازی گردید. پارامترهای نوترونی که در این تحقیق محاسبه شده است عبارتند از: ضریب تکثیر موثر - Keff - ، توزیع توان حرارتی و توزیع شار محوری و شعاعی نوترون.
نتایج
.1 محاسبات بحرانیت راکتور
ضریب تکثیر موثر - Keff - در داخل قلب، با استفاده از کدهای CITATION و MCNP در جدول 2 با یکدیگر مقایسه شدهاند.
