مقدمه

استفاده از انرژی هسته ای که در سال ۱۹۳۸، با کشف شکافت هسته ای توسط هان و استراسمن آغاز گردید و از حدود ۵۰ سال پیش، با راه اندازی نیروگاه های قدرت تولید برق هسته ای نمود بیشتری یافت میتوانست راه حل مناسبی برای معضل کمبود انرژی جمعیت روزافزون بشر باشد، اما مشکلات ناشی از غنی سازی و تهیه سوخت و نیز موارد مربوط به ایمنی هسته ای از جمله پسمانداری هسته ای و حفاظت در برابر اشعه، معضلاتی بزرگ در استفاده از این کشف شگرف بودند.

ایده گداخت هسته ای نیز به دلیل انرژی نسبتا اندک ناشی از واکنش های گداخت و محدودیتی به نام معیار لاوسون، رسیدن به همجوشی اقتصادی و پایدار را تا حدی دور از تصور کرده است. از این رو دانشمندان بر آن شدند تا با ترکیب واکنش شکافت با گداخت، علاوه بر برآوردن معیار لاوسون، به بازده اقتصادی مثبت دست یابند. این ایده، اساس طراحی رآکتور ترکیبی شکافت-همجوشی بود.

رآکتور ترکیبی شکافت – همجوشی، با استفاده از نوترون های تولیدی از فرآیند همجوشی، سوخت شکافا تولید میکند. به دلیل اینکه این نوترون ها ، به واسطه تولید توسط همجوشی هسته ای،۱۴/۱ MeV، انرژی دارند و در دسته نوترون های سریع، دسته بندی می گردند و به دلیل اینکه آستانه انرژی شکافت اورانیوم-۲۳۸، ۰/۸ MeV می باشد، لذا توانایی شکافت ۲۳۸U و ۲۳۲Th را دارند. همچنین با توجه به معادله های (۱) ، قادر به تولید ۲۳۹Pu و ۲۳۳U می باشند که هر دو سوخت های شکافت پذیرند.

۱۲۲۵

(۱)×

 

در این کار، با استفاده از نسخه ۲,۶,۰ کد محاسباتی شبیه ساز [۱] MCNPX ، این رآکتور را طراحی کرده و پس از اجرای برنامه، داده های مورد نیاز را بدست آوردیم. نسخه x2,6,0 این کد که از ترکیب نسخه x2,5,0 [2] و CINDER90 به وجود آمده، امکان ترابرد تمام ذرات بنیادی و پادذرات و نیز باریکه های یونی را فراهم آورده است .[۳]

روش کار

-۱ ساختمان فیزیکی

طراحی های بسیاری برای این رآکتور پیشنهاد شده که طراحی استفاده شده در این کار، برگرفته از طراحی پیشنهادی محققین کشور ترکیه [۴] بوده و به کرات در مقاله های مختلف استفاده شده است [۶] [۵] و … .

در مجموع، این طراحی دارای ده سلول مختلف می باشد که هریک عمل خاص خود را انجام می دهد. شکل-

۱ ، طراحی صورت گرفته برای این کار پژوهشی را با استفاده از مبدل گرافیکی MCNPX VISUAL EDITOR [7] نشان می دهد .

شکل- :۱ طراحی رآکتور هیبرید با استفاده از MCNPX VISUAL EDITOR

محفظه ابتدایی این رآکتور، شماره ۱، اتاقک همجوشی است که در آن با استفاده از همجوشی محصورشدگی لختی؛ قرص ICF، منفجر شده و نوترون های خود را آزاد می کند. اتاقک همجوشی فقط شامل قرص همجوشی می

باشد که به وسیله لیزر یا شتاب دهنده مشتعل می گردد [۸] و در آن هیچ ماده دیگری به کار نرفته است.

۱۲۲۶

-۲ جداره آغازین

لایه دیگری که در این رآکتور استفاده شده و در شکل با شماره ۲ نشان داده شده است، جداره اولیه است که

باید در برابر انواع تنش های سطحی و مکانیکی و خوردگی ناشی از برخورد نوترون با آن و نیز گرما و دمای بالای ناشی از واکنش های مختلف و موارد دیگر از این دست مقاومت کند. جنس این جداره، به توصیه کارهای دیگر صورت

گرفته در این باره [۹]، فولاد ضد زنگ می باشد که از میان انواع مختلف، نوع ۳۱۶ آن استفاده شده است.[۱۰] چگالی

فولاد ضد زنگ استفاده شده

-۳ اتاقک شکافت

g
3 cm

۸ می باشد..

سـومین سـلول تعریف شـده در کد که پس از جداره آغازین قرار دارد، اتاقک شـکافت است. در این اتاقک میله های

سـوخت قرار داده می شـود و اطراف آن را غلاف احاطه می کند. قسـمت های خالی اتاقک را نیز کند کننده در بر می گیرد.
شکل-۲، نمایی از سوخت به کار رفته در اتاقک همجوشی را نشان می دهد. سوخت و غلاف دور آن در استوانه های با سطح مقطع دایره ای قرار دارند. این استوانه ها به همراه کند کننده، خود در داخل استوانه های با سطح مقطع شش وجهی قرار میگیرند و یک سلول شبکه ای را تشکیل می دهند.