بخشی از مقاله
چکیده:
در حال حاضر یکی از جدیدترین نسل راکتورهای هسته ای موسوم به راکتورهای ADS به دلایل مختلفی مانند توانایی تولید انرژی و همچنین قابلیت سوزاندن زباله های هسته ای به طریقی تمیز تر و ایمن تر از آنچه در حال حاضر صورت میگیرد مورد توجه قرار گرفته اند. در این تحقیق پارامتر های نوترونی و سنتیکی قلب یک راکتور زیر بحرانی ALMR اصلاح شده واداشته شده با شتاب دهنده الکترونی که به عنوان یک راکتور ADS شناخته شده است با استفاده از کدMCNPX 2.6محاسبهو اثرات الگوهای بارگذاری برای بیشینه کردن بازدهی تبدیل TRU ها به همراه سوخت مورد بررسی و محاسبه قرار گرفته شده است.
مقدمه:
راکتورهایADSبه دلایل مختلفی مانند توانایی تولید انرژی وهمچنین قابلیت به اصطلاح سوزاندن زباله های هسته ای به طریقی تمیزتروایمن تراز آنچه در حال حاضرصورت می گیرد ، مورد توجه قرارگرفتهاند.راکتورهای زیربحرانی می توانند جایگزین قابل اطمینانی برای راکتورهای زایندهی سریع وراکتورگداخت باشند.راکتورهای زیربحرانی با چشمه شتاب دهنده ای پس ازسرگذاشتن مراحل اولیه ارزیابی شان دریک دهه اخیربه عنوان یکی ازانواع راکتورهای قدرت نسل آینده که درکنار تولیدبرق ، دارای قابلیت استحاله مواد رادیواکتیوبانیمه عمربالا وبه حداقل رساندن آلودگی رادیواکتیوکه برای سوخت های مصرف شده سایرراکتورهای قدرت می باشند ، معرفی شده اند.
مزیت های اصلی چنین راکتورهایی عبارت است ازچشمه شتاب دهنده ای آن ها وکاردروضیت زیربحرانی می باشدکه عامل ایجادبرخی خصوصیات ایمن برای این گونه راکتورها است به گونه ای که امکان استفاده ازعناصرفراورانیوم وآکتنیدها رابه عنوان سوخت در آن امکان پذیرمی سازدکه نتیجه آن افزایش آهنگ استحاله زباله های هسته ای وکاهش نیازبه پسمانداری ودفن این گونه زباله ها به روش های معمول می باشد.
عناصرفوق اورانیوم ازجمله ایزوتوپ های پلوتونیم ومحصولات شکافت به همراه آکتنیدهای کم مقدارپسمان های هسته ای راتشکیل می دهند واین پسمان ها دارای اکتیویته بالا، سمیت خطرناک ونیمه عمربلندی می باشند. بنابراین استفاده از راکتورهایADSجهت سوزاندن این پسمآن های هسته ای امکان پذیراست.ازطرفی پیشرفت در تکنولوزی ساخت شتاب دهنده ها وامکان استفاده از آن ها برای تولیدانرژی واز بین بردن پسمان های هسته ای موجب شده است که مراکزتحقیقاتی هسته ای مختلفی روی مدل های ADSتحقیق وبررسی کنند.
در این تحقیق به محاسبه پارامترهای نوترونی یک راکتور زیر بحرانی واداشته با شتاب دهنده الکترونی جهت تبدیل هسته ای محصولات شکافت بلند مدت مانند ایزوتوپ های اورانیوم و پلوتونیوم و آکتنیدهای کم مقدار پرداخته شده است. ضریب تکثیر قلب یک راکتور زیر بحرانی کوچکتر از واحد است که حاصل از یک چشمه نوترون فوتوهسته ای در یک راکتور زیر بحرانی واداشته با شتاب دهنده الکترونی می باشد. در این سیستم طیف نوترون های تولید شده حاصل از واکنش تبدیل هسته ای و شکافت هستند.در این تحقیق، پارامترهایی از قبیل ضریب تکثیر موثر، میزان مصرف سوخت، راکتیویته، توزیع مکانی و زمانی شار و توان وغیره با استفاده از کد MCNPX محاسبه شده است.
روش کار:
در این تحقیق، در مرحله اول یک راکتور سریع فلز مایه پیشرفته - - 1 ،در سطح صنعتی، که با انجام اصلاحاتی در ALMR سیستم راکتور تبدیل به یک راکتور زیر بحرانی واداشته با شتاب دهنده الکترونی شده است برای مدل سازی و محاسبه پارامترهای نوترونی انتخاب شده است. سپس مدل سازی این راکتور با استفاده از کد MCNPX انجام شده است.
در مرحله بعد پارامترهای نوترونی راکتور زیر بحرانیALMR اصلاح شده با استفاده از کد MCNPX محاسبه شده است که عبارتند از : ضریب تکثیر موثر، میزان مصرف سوخت، راکتیویته، توزیع مکانی و زمانی شار و توان. در نهایت با تغییر بعضی از پارامترهای اصلی مانند توزیع و انرژی الکترون، جنس و ضخامت ماده هدف پارامترهای مهم نوترونی دوباره در این راکتور زیر بحرانی واداشته با شتاب دهنده الکترونی محاسبه شده است.در ادامه مشخصات عمومی قلب راکتور زیر بحرانی ALMR اصلاح شده شرح داده خواهد شد.
مشخصات عمومی قلب راکتور زیر بحرانی ALMR اصلاح شده
طراحی یک راکتور جدید برای استفاده در یک ADS الکترون در قلمرو این مطالعه نیست. بنابراین برای استفاده در ساختار طراحی ADSدر طراحی یک راکتور سریع ، تغییراتی داده شد. یک راکتور سریع که از سدیم به عنوان خنک کننده و گرافیت به عنوان بازتابنده استفاده می کند برای قسمت راکتور یک ADS نیاز باشد. یک طراحی راکتور فلز مایع پیشرفتهکه به وسیلهشرکت General Electric تغییر داده شده، برای استفاده در طراحی ADS انتخاب شده است. ALMR یک طراحی راکتور سریع با خنک کننده سدیم است که در طی برنامه راکتور 1IFRدر آمریکا به وسیله وسیلهشرکت General Electric تغییر داده شده است.[2]
بنابراین استفاده از یک راکتوری که قبلا طراحی شده است، این امکان را به ما میدهد که فرض کنیم هیدرولیک های گرمایی و مشخصه های ایمنی قسمت طراحی راکتورADS خیلی نزدیک به مقدار قابل قبول باشد. به عنوان یک نتیجه هیچ تضمینی وجود ندارد که ایمنی و توانایی های حرارتی طراحی اولیه دست نخورده بمانند و یک تحقیقات بیشتری نیاز است که قبل از این که کار را با طراحی راکتور پیشنهاد شده ادامه دهیم، از این بابت مطمن شویم.
بنابراین تا حد امکان تغییرات کوچکی در طراحی ALMR داده شده است تا بتوان آن را در ADS بکاربرد.[2]برای استفاده از قلب راکتورALMR به همراه ADS ،اصلاح اولیه ای که نیاز است اضافه کردن ماده هدف به قلب راکتور است. طراحی ADS با این فرض است که ماده هدف برای همه آنالیزها در مرکز قلب راکتور قرار گرفته است.اما در طراحی قبلیALMR، یک میله کنترل در مرکز قلب قرار گرفته بود.
از آنجایی که توانایی متوقف کردن تولید نوترون با ماده هدف به وسیله بستن شتاب دهنده به عنوان یک ویژگی ایمنی محسوب میشود حذف میله کنترل مرکزی و جا دادن ماده هدف در جای خالی بوجود آمده در این مطالعه مورد قبول فرض میشود.برای طراحی ALMRبا اضافه کردن ماده هدف درون مرکز قلب به صورت افقی و یک لوله پرتو از بالای قلب به سمت هدف به صورت عمودی، دراین تحقیق استفاده شده است.
