بخشی از مقاله
چکیده :
در راکتورهای بسترگلولهای، قلب با هزاران گلوله گرافیت و سوخت پر شده است. گلولههای سوخت در این راکتور حاوی ذرات پوشش داده شدهای است که به صورت تصادفی در شبکه گرافیتی جا داده شدهاند. همچنین قلب راکتور با گلولههای سوخت و کندکننده به صورت تصادفی و با نسبت غیریکسان پر شده است. در این پژوهش راکتور بسترگلولهای HTR-10 با در نظر گرفتن این دو ماهیت تصادفی، با استفاده از کدهای مونت کارلویی SUPER MC و MCNPx2.7 شبیه سازی شده است. پس از شبیه سازی، به انجام محاسبات نوترونیک قلب پرداخته شده است و نتایج حاصل از این شبیه سازی با مدارک آژانس بین المللی انرژی اتمی راستی آزمایی گردیده است.
مقدمه:
امروزه، استفاده از انرژی هستهای به عنوان یک انرژی پاک و دارای چگالی انرژی بالاتر نسبت به دیگر منابعِ انرژی غیر قابل اجتناب است. بر این اساس نسل جدیدی با نام نسل چهارم راکتورهای هستهای معرفی شدهاند که مهمترین ویژگی آنها ایمنی بالاتر آنها نسبت به نسلهای گذشته است. راکتور گازی با دمای خیلی بالا - VHTR1 - یکی از نامزدهای معرفی شده این نسل است. این نوع از راکتورها از گاز هلیوم به عنوان خنککننده و از گرافیت به عنوان کند کننده استفاده میکنند و میتوانند به دماهای بالاتر از1200 کلوین برسند.
راکتورهای با دما بسیار بالا خود به دو نوع منشوری2و بسترگلولهای 3 تقسیم میشوند. در نوع بسترگلولهای، عناصر سوخت گلولههایی با قطر 6 cm هستند که هزاران ذره سوخت پوشش داده شده را به صورت تصادفی در شبکه گرافیتی جا دادهاند.[1] همچنین قلب راکتور با گلولههای سوخت و کندکننده به صورت تصادفی و با نسبت غیریکسان پر شدهاست. به این دو ماهیت تصادفی راکتورهای بسترگلولهای،صطلاحاَ ناهمگونی دوگانه گفته میشود.[2] راکتیویته اضافه به دلیل وجود قابلیت تعویض سوخت در حین کار در راکتورهای بسترگلولهای بسیار ناچیز است و این موضوع از دید ایمنی راکتور بسیار حائز اهمیت است.
قابلیت تعویض سوخت در حین کار علاوه بر مزیت فوق منجر به افزایش ضریب ظرفیت4 ، داشتن قابلیت تغییر نسبت کندکننده و سوخت در قلب[3]، بهره برداری بهینه تر از سوخت به عبارتی دیگر فرسایش سوخت بیشتر و در نتیجه اقتصاد سوخت بهتر میشود. در این پژوهش از دادههای راکتور تحقیقاتی چین، HTR-10، که از نوع بسترگلولهای میباشد، استفاده شدهاست5]و[6 و این راکتور با استفاده از کدهای مونتکارلوییMCNP وSUPER MC شبیه سازی میشود.
SUPER MC یک کد مونتکارلویی و جامع برای طراحی و ارزیابی سیتمهای هستهای است که تمام محاسبات نوترونیک، ترابرد پرتو در مواد، تخلیه انرژی، دوز و میزان فعالیت آنها را انجام میدهد. همچنین این کد قادر است محاسبات جفت شدگی را به صورت رایانش ابری محاسبه کند. از جمله قابلیتهای مهم آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد: - 1 تعریف هندسه به صورت ویژوال، که کار با آن را خیلی راحتتر از کد MCNP میکند. - 2 توانایی تبدیل فایل ورودی خود به فرمت کدهای FLUKA، MCNP، GEANT4، TRIPOLI، PHITS را دارد. - 3 ترسیم هندسه در آن نسبت به visual MCNPx خیلی سریعتر است.
روش کار:
روند شبیهسازی به این صورت بوده که از کوچک ترین جزء راکتور که TRISOها هستند، شبیه سازی شروع شده است. این ذرات شبیهسازی شده که تعداد آنها بین 8000 تا 9000 در نظر گرفته شده است، به صورتکاملاَ تصادفی و به نحوی که جرم اورانیوم داخل گلوله سوخت 5 g باشد، درون گلوله سوخت قرار داده شدهاند. در ادامه این گلوله سوخت به همراه گلوله کندکننده با نسبت غیریکسان وبه طور کاملاَ تصادفی درون صادفی TRISOها درون گلوله سوخت و همچنین قرارگیری تصادفی گلوله های سوخت و کندکننده با نسبت غیریکسان 57 به 43، درون قلب راکتور، با استفاده از زبان برنامه نویسی فرترن ماتریسهایی تولید شده است.
