مقدمه

مهمترین عامل در محاسبات فرسایش سوخت داشتن کتابخانه سطح مقطع نوترونی، فوتونی و الکترونی قابل اعتماد می باشد ولیکن کدهای محاسباتی با استفاده از کتابخانه های عمومی اقدام به محاسبات فرسایش سوخت می نماید. از آن جمله کدها می توان به کد کامپیوتری (Oak Ridge Generation and Depletion) ORIGEN به عنوان ابزاری همه کاره جهت محاسبات تولید رادیو نوکلیدها در موارد هسته ای نوشته شده است، اشاره کرد. به طور کلی این کد با هدف شبیه سازی چرخه سوخت هسته ای و محاسبه میزان رادیونوکلیدهای تولید شده، طراحی و نوشته شده است . با بررسی همه جانبه کارکرد یک چرخه سوخت به طور تجربی و تطابق نتایج به دست آمده از این آزمایشات با جواب های ORIGEN مشاهده شد که در گستره وسیعی این داده ها با هم یکسان هستند . [۱] و [۲]اهمیت تعریف و به کارگیری برنامه ی ORIGEN2 برای راکتور تحقیقاتی تهران شامل موارد ذیل می باشد:

-۱ تحلیل محاسبات فرسایش سوخت که کارکرد اصلی برنامه ی ORIGEN2 می باشد .

-۲ تحلیل پرتودهی یا فعالسازی مواد غیرسوخت

-۳ مدیریت سوخت قلب راکتور

۷۱۷

-۴ تطبیق پذیری برنامه ی ORIGEN2 با استفاده از سری داده های جدید

روش کار

در ابتدا مطالعات اولیه راکتور TRR انجام پذیرفته است و همچنین نوع سوخت و ایزوتوپهای مهمی که هنگام بهره برداری تولید می شوند شناسایی میگردند. در ادامه محاسبات سوختن توسط کد ORIGEN 2 با کتابخانه جدید صورت گرفته و با محاسباتی که با کتابخانه موجود در کد بدست آمده مقایسه می شود .

در مبحث برنامه ی مورد نظر، مجموعه داده های ضـروری ORIGEN2 (واپاشی، سطح مقطع، محصولات شــکافت و فوتون ) برای رآکتورهایی با مدل های مختلف گنجانده شــده اســت . چنانچه مدل رآکتور مورد استفاده کاربر در بسته لحاظ شده باشد می توان بدون آماده سازی به سهولت از برنامه استفاده کند . [۵] و [۶] و در صــورتی که موجود نباشــد ، کاربر می بایســت »نزدیکترین« و »شــبیه ترین« مدل به رآکتور موردنظر را برگزیند و یا در غیر اینصـورت مجموعه داده های ORIGEN2 آماده نمود. چنانچه کاربری تصمیم به آماده سـازی این مورد داشـته باشد، همچنین بایستی سطح مقاطع اکتینید وابسته به فرسایش سوخت را که باید در خود برنامه ی ORIGEN2 تنظیم شده باشد را نیز آماده سازد . [۵] و [۳]
بنابراین باتوجه به موارد مذکور بررسی سه محور اصلی ضروری به نظر می رسد: .

• ساختار کتابخانه ENDF(VII) و نحوه ی استخراج داده های سطح مقطع

• ســاختار کتابخانه ســطح مقطع ORIGEN2 و نحوه ی تولید کتابخانه توســط محاســبات

MCNPX

• ساختار برنامه ORIGEN2 و نحوه ی محاسبات فرسایش سوخت

برای محاسبه سطح مقطع باید این نکته را در نظر داشت که کد ORIGEN2 دارای یک سطح مقطع میانگین در تمامی انرژیها میباشــد درحالی که کد MCNP دارای ســطح مقطع در تمام انرژیها میباشــد. بنابراین بایسـتی با اسـتفاده از کارت F4 شـار میانگین کل رآکتور را به دست آورد . و با استفاده از کارت Fm4 شار مربوط به هر ایزوتوپ در هر واکنش را به دست آورد .

در حالت کلی با کارت FM4 میتوان هر کمیتی را به صورت زیر بدست آورد:
× ∫ ɸ( ) ( ) ( ۱ )

که پارامترها عبارت اند از:
ɸ( ) شار وابسته به انرژی بر حسب ( / ۲)

( ) یک اپراتور جهت اضـافه یا ضرب کردن یک تابع در شار است که این اپراتور از کتابخانهی سطح مقطع MCNP گرفته میشود.

C یک ثابت اختیاری برای ضرب در نتیجه ی محاسبه به جهت نرمالایز کردن نتایج است.

۷۱۸

فرمت نوشتاری کارت FM4 به شکل زیر است:
FM4 C m r1 … ri (2 )

که پارامتر ها عبارت اند از : = C ثابت دلخواه

=m شماره مادهی مورد نظر. این ماده حتماً باید در قسمت مواد تعریف شده باشد ولی میتواند در سلولی که قصد محاسبه شار در آن را داریم حضور نداشته باشد.

به بیان دیگر میتوان سـطح مقطع ایزوتوپی که اصلاً در ساختار رآکتور ، خنککننده یا سوخت استفاده نشده اســت را مورد محاســبه قرار داد . تنها کافیســت آن ایزوتوپ را در قالب یک ماده تعریف کرده و در کارت FM4 شماره آن را وارد گردد .
= شـماره اختصاصی واکنشهای مورد نظر جهت محاسبه می باشد ; که میتوان چندین واکنش را در یک کارت وارد کرد . این شـمارهها به ENDF مشـهورند و برای هر واکنش عددی مشخص است .به بیان دیگر میتوان سـطح مقطع ایزوتوپی که اصلاً در ساختار رآکتور ، خنککننده یا سوخت استفاده نشده است را مورد محاسـبه قرار داد . تنها کافیسـت آن ایزوتوپ را در قالب یک ماده تعریف کرده و در کارت FM4 شماره آن را وارد گردد .

ابتدا با کارت F4 شــار کلی رآکتور را مورد محاســبه قرار داده و ســپس برای هر ایزوتوپ و برای هر واکنش کارت FM4 را در سـلول اصـلی به دست آورده ; که برابر حاصلضرب شار در سطح مقطع تمام انرژیهای مربوط به هر ایزوتوپ و هر واکنش میباشــد. و در نهایت با انجام عمل تقســیم ،کارت Fm4 بر F4 ســطح مقطع میانگین برای ایزوتوپ مورد نظر در تمام انرژیها به دست میآید .