مقدمه

راکتورهای زیربحرانی، راکتورهاییکاملاً آموزشی و تحقیقاتی هستند. ایمنی ذاتی بالا، کم حجم بودن و تأسیسات جانبی کم مورد نیاز، ساخت این راکتورها را در موسسات دانشگاهی و پژوهشی امکان پذیر ساخته و به تحقق دانش هسته ای در ایران کمک زیادی خواهد کرد. با توجه به مزیت های ذکر شده در مورد این نوع از راکتورها، یک راکتور زیربحرانی با استفاده از مجتمع های سوخت قابل ساخت در کشور طراحی گردیده است. هدف از این مقاله بررسی رفتار ترموهیدرولیکی راکتور طراحی شده در شرایط حادثه تزریق راکتیویته مثبت می باشد.

روش کار

PARETیک کد نوترونیک – ترموهیدرولیک می باشد که برای تخمین حوادث تزریق راکتیویته غیر مخرب در قلب راکتورهای تحقیقاتی استفاده می شود و در شرایط مخرب و یا زمانی که تغییرات فضایی – زمانی در شار نوترون وجود دارد، قابل استفاده نیست. نشان داده شده که PARET پیش بینی های دقیقی در زمینه قدرت قلب راکتورهای تحقیقاتی، ماکزیمم دمای سوخت، غلاف و خنک کننده دارد. هرچند محدود به یک میله سوخت و کانال می باشد.[۱] قلب راکتور از مجتمع های سوخت مربعی که در شکل ۱ (الف) نشان داده شده و به صورت ۹×۹ چیده

شده، تشکیل شده است. محاسبات برای دو سوخت U با غلاف Al و UO2 با غلاف Zr-Nb 1 با غنای

۶۷۳

طبیعی انجام شده است. آب سبک به عنوان خنک کننده و بازتابنده استفاده شده است. بعلاوه جهت بازگشت نوترون ها به راکتور و حفظ اقتصاد نوترونی از بازتابند بریلیم در اطراف قلب استفاده شده است. از آنجا که مجموعه زیربحرانی برای فعالیت نیاز به یک چشمه نوترونی خارجی دارد، از چشمه Am-Be با اکتیویته Ci 5 استفاده شده است.پارامترهای بدست آمده از طراحی نوترونیک مجموعه زیربحرانی در جدول ۱ گردآوری شده است.

(الف) (ب)

شکل: ۱ (الف): مدل میله و مجتمع سوخت راکتور زیربحرانی طراحی شده در کد MCNPX و (ب): ابعاد کانال در نظر گرفته

شده در کد PARET

جدول :۱ پارامترهای اصلی بدست آمده از طراحی نوترونیک مجموعه زیربحرانی بوسیله کد MCNPX

پارامتر راکتور با سوخت U راکتور با سوخت UO2
ضریب تکثیر ۰/۸۳۰۳۹ ۰/۰۰۰۴۹ ۰/۷۹۰۴۹ ۰/۰۰۰۴۸
شار جرمی کانال خنک کننده (kg/s.m2) 0/09970 (گردش طبیعی) ۰/۰۹۹۷۰ (گردش طبیعی)
کسر نوترون های تأخیری ۰/۰۰۶۹۰ ۰/۰۰۶۳۰
مدت زمان تولید نوترون های آنی (s) 1/63469E-04 2/41880E-04
ضریب راکتیویته دمایی سوخت ( $/ -۰/۰۰۷۶ -۰/۰۳۴۱۲
)
ضریب راکتیویته دمایی کندکننده ( ($/ -۰/۰۲۶۲ -۰/۰۱۴۰۴
ضریب خلأ( ($/ ۴۴/۴ ۳۶/۷

مدل ورودی PARET برای راکتور زیربحرانی مورد نظر امکان شبیه سازی نوترونیک و ترموهیدرولیک قلب راکتور را در حالت تزریق راکتیویته فراهم می کند. هدف از شبیه سازی این حادثه، تأیید خود حفاظی راکتور زیربحرانی طراحی شده در صورت ورود راکتیویته به آن می باشد.

برای این راکتور دو کانال داغ و متوسط انتخاب شده است که کانال داغ شامل داغ ترین میله سوخت یعنی میله ای که بیشترین فاکتور پیک قدرت را دارد و شعاعی از آب اطراف آن به عنوان خنک کننده می باشد. برای کانال متوسط نیز یکی از میله های سوخت با فاکتور پیک قدرت متوسط به همراه شعاعی از آب مشابه با کانال داغ به عنوان خنک کننده انتخاب شده که نمایانگر رفتار متوسط قلب خواهد بود. هر یک از کانال ها به ۲۰ قسمت محوری و هر قسمت محوری به ۸ قسمت شعاعی تقسیم بندی شده است. در شکل ۱ (ب) ابعاد کانال شامل میله سوخت و خنک کننده اطراف آن نشان داده شده است. لازم به ذکر است که دمای ورودی خنک کننده ۲۰ و در فشار۱E05Pa در نظر گرفته شده است.

۶۷۴