بخشی از مقاله
چکیده :
راکتور تحقیقاتی تهران نیز همچون اغلب راکتور های تحقیقاتی دیگر دنیا از آب سبک به عنوان کند کننده و خنک کننده استفاده می نماید. در این راکتور از آشکارسازهای نوترون در اطراف قلب برای سنجش قدرت راکتور استفاده می شود .
در مقاله حاضر بر اساس روش دیگری بر مبنای اندازه گیری نوترون های تاخیری ناشی از واکنش 17 O - n,p - 17 N کانال دیگری برای اندازه گیری قدرت راکتور طراحی و تعبیه شده است .اندازه گیری نوترون های تاخیری حاصل از تلاشی 17 N ، پس از کالیبراسیون، مقدار قدرت را در گستره بالاتر از 5kW تعیین می نماید .مقایسه نتایج اندازه گیری با سایر کانالهای موجود حاکی از تطابق خوب اندازه گیری ها و خطی بودن نتایج با قدرت واقعی در بازه مزبور دارد .استقرار سیستم فوق موجب ایمنی بیشتر راکتور از طریق افزایش افزونگی - - redundancy و تنوع - diversity - می گردد.
مقدمه
با توجه به اهمیت مبحث ایمنی، اندازه گیری مقدار دقیق توان راکتور جایگاه ویژه ای در این ارتباط دارد. در راکتور تحقیقاتی تهران روش هایی که برای اندازه گیری قدرت مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
1 - ابزارهای اندازه گیری شار نوترون که عبارتند از : اتاقک شکافت1، شمارنده با روکش داخلی بور2، اتاقک یونیزاسیون جبران نشده3، اتاقک یونیزاسیون جبران شده4
2 - روش ترموهیدرولیکی - 5 کالریمتری و اندازه گیری دمای آب ورودی وخروجی از قلب -
3 - اندازه گیری قدرت توسط سیستم - 6 - 16 N
4 - اندازهگیری قدرت توسط اشعه چرنکوف.
روشی دیگر که برای اندازه گیری قدرت به کار می رود روشی است که دراین مقاله سعی شده است به شرح آن پرداخته شود.
در راکتور تحقیقاتی تهران از آب سبک به عنوان کند کننده و خنک کننده استفاده می شود. یکی از ایزوتوپ های طبیعی اکسیژن، 17O است که %0,039 از اکسیژن طبیعی را تشکیل می دهد و واکنش نوترون های سریع با آن می تواند بالقوه راهی برای تعیین قدرت راکتور علاوه بر روش های جاری باشد.
این پروسه بر این اساس استوار است که بر اثر برهمکنش نوترون های تند با هسته 17O، ایزوتوپ رادیو اکتیو 17N* تولید میشود که این ایزوتوپ با نیمه عمر 4,17 ثانیه واپاشیده می شود، واپاشی آن به 16N همراه با تابش نوترون های تاخیری و بتا است. تولید 17N* متناسب با شار نوترون های سریع در قلب و لذا توان راکتور است. بنابراین آشکار سازی نوترون های تاخیری در اطراف لوله خروجی آب خنک کننده راکتور ، از آن جا که میزان آن متناسب با شار نوترون سریع از قلب راکتور است راهی برای اندازه گیری توان راکتور خواهد بود .
واکنش 17O - n,p - 17N دارای انرژی آستانه10.5 MeV با سطح مقطع 0.007mb است .>2@ و لذا تنها نوترون هایی از قلب که دارای انرژی بالاتر از این مقدار هستند منجر به واکنش فوق خواهند شد و با توجه به انرژی متوسط نوترونهای شکافت - حدود - 2MeV و با نیزطیف عمدتاً حرارتی نوترون ها در داخل آب و درصد فوق العاده کم ایزوتوپ 17O ،میزان تولید 17N بسیار ناچیز خواهد بود، لذا میزان تولید آنها باید در حد قابل قبولی باشد تا آشکارسازی میسر باشد.
با استفاده از کد MCNP محاسبه میانگین شار نوترونی در کل قلب راکتور در قدرت 5MW میسر گردید.>3@ در جدول 1 این مقدار تعیین شده است :
شکل .1 محل قرار گرفتن آشکارساز در کنار لوله سیال خنک کننده خروجی جدول.1 میانگین شار نوترونی در کل قلب راکتور - شامل سوخت، کانال های تابش دهی و بسته های گرافیتی -
از قلب راکتور
محاسبات نشان می دهد که در قدرت 5 مگاوات پس از یک نیمه عمر به طور تقریبی در هر سانتی متر مکعب آب در لوله خروجی نوترون تاخیری تولید خواهد شد و بنابراین با این میزان تولید،امکان اندازه گیری قدرت راکتور بر اساس میزان نوترون های آشکار سازی شده وجود خواهد داشت.
برای انجام کار از آشکارساز های تناسبی اتاقک BF3 و شمارنده تناسبی شکافت - Fission counter - استفاده شد. و آشکارسازها بر روی لوله 10 اینچی آب خروجی خنک کننده قلب راکتور، در فاصله حدود 11متری از خروجی قلب ، همان گونه که در شکل - - 1 مشخص گردیده است قرار گرفتند.
نتایج و بحث
با بررسی اندازه گیری ها مشاهده می شود که شمارشات نوترون های تأخیری نشانگر درستی از عملکرد سیستم اندازه گیری است چرا که میزان شدت حضور آنها در کنار لوله خروجی سیال خنک کننده به طور خطی با توان راکتور افزایش می یابد. قابل ذکر است که ضریب وابستگی بین شمارش نوترون تأخیری و هر یک از کانالهای یاد شده قدرت در کلیه موارد بهتر از 0.99 میباشد که خود حاکی از رابطه کاملاً خطی بین نوترونهای تأخیری ازت-17 و قدرت راکتور میباشد.با اینکه این نتایج اندازهگیری در شیفتهای متفاوت و زمانهای متفاوت اخذ شده اند، اما در همه موارد خطی بودن پاسخ آشکارساز نسبت به قدرت راکتور همچنان حفظ گردیده است. این البته به نوعی خود حاکی از پایداری و تکرارپذیری سیستم است.
برای بررسی وفاداری7 سیستم استقرار یافته برای سنجش نوترونهای تأخیری، آزمایشاتی ترتیب داده شد که قدرت از یک مقدار ماکزیمم بهیک مقدار مینیمم کاهش یافته و سپس در یک روند معکوس مجداداً به مقدار نهایی آن بازگردد. چنانچه شمارشات ثبت شده در هر پله قدرت در هر دو روند افزایش و کاهش آن با هم همخوانی داشته باشند به این معنی است که سیستم ما وفادار است. این مطلب در شکل - 2 - به نمایش درآمده است.
شکل.2 بررسی وفاداری سیستم ازت-17، در روند کاهش و افزایش قدرت
شکل.3 بررسی میزان حساسیت سیستم در تغییرات %5 و %10 قدرت راکتور
