پایان نامه با کلید واژه های شبیه سازی، اطلاعات مربوط، اجرای برنامه

باشد که این نکته یک حاشیه ایمنی، Safety Margin ، خوب می باشد. تحقیقی که دردانشگاه MIT بر روی راکتورهای وستینگهاوس انجام شده این قضیه راثابت می کند وشکل 3-3 نشانگرآن است [21].
شکل3-3 :مقایسه پیک دمایی سوختهای حلقوی نسبت به سوختهای معمول درراکتورهایPWR [21].
دمای کمترسوخت درطراحی راکتورهای PWR باسوخت حلقوی رامی توان با دلایل زیرتوجیه کرد:
1- افزایش سطح انتقال حرارت در معرض خنک کننده
2- کاهش ضخامت مسیر شارش گرما درسوختهای حلقوی
دمای پایینتر سوخت درمدل سوختها ی حلقوی کاهش انرژی گرمایی انباشته درسوخت رابه دنبال خواهد داشت ومتعاقب آن انرژی کمتری درزمان حادثه از دست دادن خنک کننده (LOCA) برای رفع این حادثه مورد نیاز خواهد بود [26]. همچنین درسوخت ها ی حلقوی مقدار گازآزاد شده حاصل از شکافت نیز نسبت به سوختهای معمول PWR کمترخواهد بود [21].
تحت شرایط عملیاتی نرمال، دمای متوسط سوخت برای سوختها ی معمولی برابر با 900 درجه کلوین می باشد واین عدد برای سوخت ها ی حلقوی باتوان 100درصدمعادل 600 درجه کلوین خواهد بود [21] و این عدد برای سطح توان 150 درصد معادل 800 درجه کلوین است. همچنین پیک دمای سوخت درسوختهای معمولی حدود 1800 درجه کلوین می باشد [21] که این پیک دمایی سوخت برای راکتورهای با سوخت حلقوی با توان 100 درصد معادل 900 درجه کلوین است (به شکل 3-2 مراجعه شود).
در مورد راکتورهای روسی، VVER ، تحقیقات بسیار بسیار کمی صورت گرفته است به گونه ای که تحقیق کنونی را می توان در زمره اولین تحقیقات پیرامون سوخت حلقوی در راکتور های VVER روسی قلمداد کرد.
در این تحقیق در راستای بدست آوردن دو ضریب ایمنی ، قلب راکتور با سوخت های حلقوی شبیه سازی شده است و تحقیقات بر روی این قلب شبیه سازی شده که در نوع خود جدید است انجام گرفته است و در انتها برخی نتایج با موارد متناظر خود در راکتور مرجع که راکتور VVER-1000 بوشهر می باشد مورد مقایسه قرار گرفته است.
فصل چهارم
4- شیوه انجام تحقیق
هدف از انجام این تحقیق بدست آوردن ضرایب ایمنی برای قلب راکتور VVER-1000 که شامل مجمو عه های سوخت حلقوی است ، در ابتدای سیکل کاری راکتور (
Beginning Of Cycle(BOC)) می باشد.
برای این منظور راکتور بوشهر که از نوع VVER-1000 است را بعنوان راکتور مرجع در نظر گرفته ایم. همانطور که قبلا گفته شد در رهیافت بالا تر بردن چگالی توان راکتور با استفاده از سوخت های حلقوی، هندسه قلب تغییری نمی کند و فقط هندسه میله های سوخت و تعداد میله های سوخت در یک مجتمع سوخت دستخوش تغییر قرار می گیرند.
در انجام این تحقیق به ترتیب موارد زیر انجام شد:
1- ابتدا قلب با سوخت های حلقوی شبیه سازی شد؛ که برای این منظور تمام جزئیات قلب راکتور مرجع مشخص گردید که برای اینکار با استفاده از مدارک FSAR نیروگاه بوشهر، جزئیات و اطلاعات مربوط به ابعاد و طراحی قلب استخراج شد.
2- دراین مرحله با محاسبه موارد مورد نیاز از قبیل ابعاد، درصدهای وزنی مواد مختلف موجود در ساختار اجزا قلب از قبیل سوخت، غلاف، میله های کنترل، میله های جاذب، محفظه راکتور وغیره، اطلاعات مور نیاز برای ورودی کد و انجام شبیه سازی آماده شد.
3- شبیه سازی با توجه به موارد 1 و2 و به وسیله نوشتن کد ورودی نرم افزار MCNP انجام شد.
4- با اعمال تغییرات بر روی برنامه قلب شبیه سازی شده و اجرای برنامه در شرایط مختلف و انجام مجاسبات دستی ضرائب ایمنی مورد نظر محاسبه شدند.
تمامی مراحل گفته شده در بالا به تفضیل و گام به گام در ادامه این فصل و فصل بعد آمده است.
4-1- اجزا راکتور مرجع
برای بیان اجزا قلب راکتور مرجع، ابتدا به بررسی تک تک اجزا آن پرداخته می شود و بعد با ترکیب آنها مدل قلب تکمیل می شود.
4-1-1- میله های سوخت
سوخت این راکتور قرص های اکسید اورانیوم با چهار غنای مختلف 1.6% ، 2.4% ، 3.3% و 3.7% می باشد. این قرص ها دارای یک حفره مرکزی هستند که باعث شده است که این نوع راکتور به عنوان راکتور منحصربفردی در میان راکتورهای جهان شناخته شود.
در واقع این حفره نقش مهمی در کارکرد و ایمنی راکتور ایفا می کند، اولین مزیت وجود این حفره کاهش Hot Spot Factor ها می باشد. به دلیل توزیع بسلی شار نوترون در راستای شعاعی توان راکتور د راستای شعاعی تغییر می کند که در این صورت در وسط میله های سوخت بیشترین دما وجود دارد که افزایش این دما ممکن است برای سوخت در این ناحیه ایجاد مشکل نماید و در نهایت منجر به ذوب شدن آن سوخت شود. در راکتور VVER-1000 با قرار دادن حفره ای در وسط سوخت پیک دمایی را از میان برداشته و احتمال بروز حادثه بسیار کاهش یافته است. نقش دیگر این سوراخ ایجاد فضایی برای تجمع گازهای حاصل از مصرف سوخت راکتور در حین انجام واکنش شکافت می باشد، که ایجاد این فضا باعث عدم افزایش فشار در داخل میله سوخت می شود.
در اطراف سوخت باز هم فضای خالی وجود دارد که با گاز هلیم پر شده است. بعد از این فضا نوبت به غلاف می رسد. غلاف میله های سوخت این راکتور آلیاژی از مواد مختلفی است که عمده ترین آنها زیرکونیوم ،Zr ، نوبیدیم ،Nb و هافنیم، Hf می باشند، که با نام تجاری زیرکالوی 2 و 4 سناخته می شوند[6].
در راکتور کنونی میله های سوخت دارای حفره مرکزی به قطر 1.5 سانتیمتر می باشند.
دانسیته تئوری سوخت 10.95 گرم بر سانتی متر مکعب است، اما رسیدن دقیق به این عدد کار مشکلی است، معمولا چگالی قرص های سوخت دارای انحرافی در حدود 10.4 تا 10.7 گرم بر سانتی متر مکعب می باشند.
میله های سوخت راکتور شامل قرص های سوخت UO2 ، تیوپ زیرکالوی 2 و قسمت های ابتدایی و انتهایی است که در قسمت بالایی تیوب یک فضای خالی برای جمع آوری محصولات شکافت گازی وجود دارد که در ابتدا با گاز هلیم پر می شود[6].
شکل 4-1، یک میله سوخت راکتور مرجع را نشان می دهد.
شکل 4-1: یک میله سوخت راکتورVVER-1000 بوشهر[6].
4-1-2- میله های جاذب سوختنی (23BAR)
میله های جاذب سوختنی (BAR)، میله هایی هستند که به طور ثابت در ساختار شبکه های سوختی قرار می گیرند و با توجه به اینکه جاذب نوترون می باشند دو نقش عمده بر عهده دارند که عبارتند از :
1- اولین نقش BAR ها با توجه به توزیع آنها در قلب یکنواخت کردن توان راکتور (Power Flatting) در راستای شعایی است.
2- دومین نقش BAR ها جلوگیری ازکاهش ضریب تکثیر در ابتدای سیکل کارکرد راکتور می باشد، یعنی در هنگامی که سوخت ها Burn up چندانی ندیده اند.
پس از این توضیح نوبت به شرح ساختار این میله ها می رسد. BAR ها از جنس CrB2+Al می باشند. در قلب راکتور دو غلظت مختلف بور برای این میله ها وجود دارد.
یعنی سه نوع BAR از نظر غلظت بور داخل قلب وجود دارد. این غلظت ها عبارتند از:
1- 0.020×〖10〗^3 kg/m^3
2- 0.036×〖10〗^3 kg/m^3
چگالی ماده جاذب داخل این میله ها 2.8×〖10〗^3 kg/m^3 می باشد. شکل 4-2 طرح شماتیک یک میله جاذب سوختنی را نشان می دهد.همانگونه که در شکل پیداست BAR ها از غلافی با جنس Zr +1%Nb پوشانده شده اند که چگالی آن 06.55×〖10〗^3 kg/m^3 می باشد[6].
شکل 4-2: طرح شماتیک یک میله جاذب سوختنی[6].
4-1-3- میله های کنترل (CPS AR24)
این نوع میله ها میله های متحرکی هستند که در شرایط مختلف کارکرد راکتور جابجا می شوند. یک چنگک میله کنترل از 18 میله جاذب تشکیل شده است. کاربرد میله های کنترل به صورت زیر می باشند:
1- تنظیم قدرت راکتور در توان مورد نظر.
با جابجایی میله کنترل در قلب راکتور میزان جذب نوترون در داخل راکتور تغییر می کند، این تغییر باعث تغییر شار نوترون در قلب گردیده و در نتیجه منجر به تغییر میزان واکنش شکافت می شود. تغییر در میزان واکنش شکافت در قلب باعث تغییر قدرت راکتور می شود.
2- یکنواخت کردن توان در میله های سوخت در راستای محوری.
قرارگیری میله های کنترل در ارتفاع های مختلف باعث تغییر توزیع شار در آن ناحیه می شود. با توجه به توزیع کوسینوسی شار و توان در راستای محوری، قرار گیری میله کنترل در مرکز باعث کاهش شار در آن ناحیه و در نتیجه یکنواخت تر شدن توزیع توان می شود.
3- خنثی کردن تاثیر سموم از قبیل زینان، Xe ، و ساماریوم، Sm در قلب راکتور.
در حین کارکرد راکتور در اثر انجام واکنش شکافت، پاره های شکافت تولید می شوند که برخی از آنها مانند زینان و ساماریوم جاذب شدید نوترون بوده و باعث تزریق راکتیویته منفی به سیستم می شود. برای جلوگیری از خاموش شدن راکتور باید با تزریق راکتیویته مثبت تاثیر سموم خنثی شود، این کار با جابجایی میله های کنترل (خارج کردن قسمتی از میله از داخل قلب) انجام می گردد.
درون میله های کنترل مواد جاذب از جنس B4C + Dy2O3TiO2 قرار دارد.
دانسیته مواد جاذب در درون میله های کنترل برای هر کدام از مواد جاذب در زیر شرح داده شده است:
B_4 C≡Boron Carbide : 1.7×〖10〗^3 kg/m^3
〖Dy〗_2 O_3 TiO_2≡Dispersiom Titanate : 4.9×〖10〗^3 kg/m^3
10 گروه کاری برای میله های کنترل وجود دارد، که هر گروه وظیفه خاصی را ایفا می کنند.
شکل 4-3 نشان دهنده توزیع این گروهها در قلب می باشد[6].
آنچه در این پروژه مهم می باشد میله های کنترل نوع 10 می باشند. میله های کنترل نوع 10 که در شش مجتمع سوخت وجود دارند، وظیفه تنظیم قدرت راکتور و تغییر از حالتی به حالت دیگر را به عهده دارند. جابجایی میله های کنترل 9 گروه دیگر تنها در هنگام وقوع حوادث اضطراری یا شرایطی مشابه با آن انجام می گیرد[6].
نکته دیگرای که در اینجا به آن باید اشاره شود این است که برای ثابت نگه داشتن توان راکتور علاوه بر میله های کنترل ، با تغییر غلظت اسید بوریک در خنک کننده نیز کنترل کردن انجام می گیرد. با توجه به اینکه بور جاذب قوی نوترون هاست باعث کاهش شار نوترونی میگردد. پس با کم وزیاد کردن میزان بور در خنک کننده شار ثابت نگه داشته می شود که باعث ثابت نگه داشتن توان می شود.
شکل 4-4 و شکل 4-5، به ترتیب نشان دهنده چنگک میله کنترل و یک میله کنترل است.
شکل 4-3: نشان دهنده توزیع گروههای مختلف میله های کنترل درون قلب راکتور،
عدد بالایی شماره مجتمع سوخت است و عدد پایینی نوع میله کنترل
موجود در آن مجتمع سوخت را بیان میکند[6].
شکل 4-4 : چنگک میله کنترل[6].
شکل 4-5 : میله کنترل ( ابعاد بر حسب میلیمتر ) [6].
4-1-4- کانال های هدایت کننده ، کانال مرکزی وکانال اندازه گیری
این سه نوع میله در واقع دارای ساختاری شبیه به همدیگر هستند. کانال مرکزی میله ای است که تنها شامل یک غلاف

دیدگاهتان را بنویسید