ل مختلف برای قرص سوخت بدون ترک ۷۵
جدول ۴-۵-۱-۴) شار فوتونی برحسب انرژی فواصل مختلف قرص سوخت با ترک ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۷۶
جدول ۴-۵-۲-۱) شار خروجی نوترونی برحسب فاصله با ترک به ابعاد ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۷۷
جدول ۴-۵-۲-۲) شار خروجی نوترونی برحسب فاصله با ترک در مجتمع سوخت ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۷۸
جدول ۴ -۵-۲-۳) شار خروجی نوترونی برحسب فاصله در مجتمع سوخت ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۷۹
جدول ۴ -۵-۲-۴) شار خروجی فوتونی برحسب فاصله با ترک به ابعاد ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۸۰
جدول ۴ -۵-۲-۵) شار خروجی فوتونی برحسب فاصله در مجتمع سوخت با ترک ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۸۱
جدول ۴ -۵-۲-۶) شار خروجی فوتونی برحسب فاصله در مجتمع سوخت با ترک ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۸۲

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل ۱-۱) اجزای اصلی یک راکتور هسته ای ۵
شکل ۱-۲) مقطع قلب راکتور تحت فشار ۱۰
شکل ۱-۳) مولد بخار راکتور آب تحت فشار ۱۱
شکل ۱-۴) دستگاه فشار راکتور تحت فشار ۱۳
شکل ۱-۵) نمایش قسمت های اصلی یک دستگاه تغذیه بخار یک راکتور تحت فشار ۱۴
شکل ۱-۶) یک مجموعه سوخت راکتور تحت راکتور تحت فشار ۱۵
شکل ۱-۷) سطح مقطع یک راکتور آب جوشان؛جریان آب با پیکان‏ها مشخص شده است ۱۸
شکل ۱-۸) عملکرد راکتور حرارتی گازی ۱۹
شکل ۱-۹) راکتور گازی پیشرفته ۲۱
شکل ۱-۱۰) نمودار راکتور گازی درجه بالا MW ۲۵
شکل ۱-۱۱) نمودار دستگاه بخار در یک راکتور اب سنگین ۲۶
شکل ۲-۱) دیاگرام طرح تولید و سیکل تجزیه فعالیت محصولات شکاف در مدار خنک کننده اولیه ۳۰
شکل ۲-۲) طرح یک مجتمع سوخت۱۰۰۰- VVER ۳۳
شکل ۲-۳) حالات شکست و اندازه گیری های شکست توجه آنالیز واکنشی مبنی بر مطالعه SNL ۴۱
شکل ۳-۱) هندسه کد MCNP4 ۴۷
شکل ۳-۲) تعریف مرزهای سفید ۴۸
شکل ۳-۳) تعریف مرزهای تناوبی ۴۹
شکل ۳-۴) چشمه‏ی نقطه‏ای با انرژی هیستوگرامی ۵۱
شکل ۴-۱) میله سوخت شبیه سازی پژوهش ۵۵
شکل ۴-۲) شبیه سازی میله سوخت درون قلب راکتور به کمک کد MCNP ۵۶
شکل ۴-۳) نمایی از بالا ی قرص و ترک وارد برآن ۵۶

فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار۴- ۱) شار نوترونی قرص سوخت در فاصله ۴/۰سانتی متری بدون ترک ۵۷
نمودار ۴-۲) شار نوترونی قرص سوخت در فاصله ۵ سانتی متری بدون ترک ۵۷
نمودار۴-۳) شار فوتونی قرص سوخت در فاصله ۴/۰ سانتی متری بدون ترک ۵۸
نمودار۴-۴) شار فوتونی قرص سوخت در فاصله ۵ سانتی متری بدون ترک ۵۸
نمودار ۴-۳-۱-۱) شار نوترونی قرص سوخت در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۵۹
نمودار ۴-۳-۱-۲) شار نوترونی قرص سوخت در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۵۹
نمودار ۴-۳-۱-۳) شار فوتونی قرص سوخت در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۰
نمودار ۴-۳-۱-۴) شار فوتونی قرص سوخت در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۰
نمودار ۴-۳-۲-۱) شار نوترونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۱
نمودار ۴-۳-۲-۲) شار نوترونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۱
نمودار ۴-۳-۲-۳) شار فوتونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۲
نمودار ۴-۳-۲-۴) شار فوتونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۲
نمودار ۴-۳-۳-۱) شار نوترونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۳
نمودار ۴-۳-۳-۲) شار نوترونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۳
نمودار ۴-۳-۳-۳) شار فوتونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۴
نمودار ۴-۳-۳-۴) شار فوتونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۴
نمودار ۴-۳-۴-۱) شار نوترونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۵
نمودار ۴-۳-۴-۲) شار نوترونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۵
نمودار ۴-۳-۴-۳) شار فوتونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۶
نمودار ۴-۳-۴-۴) شار فوتونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۶
نمودار ۴-۳-۵-۱) شار نوترونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۷
نمودار ۴-۳-۵-۲) شار نوترونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۷
نمودار ۴-۳-۵-۳) شار فوتونی در فاصله ۰.۴ سانتی متری همراه با ترک ۶۸
نمودار ۴-۳-۵-۴) شار فوتونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۸
نمودار ۴-۳-۶-۱) شار نوترونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۶۹
نمودار ۴-۳-۶-۲) شار نوترونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۶۹
نمودار ۴-۳-۶-۳) شار فوتونی در فاصله ۴/۰ سانتی متری همراه با ترک ۷۰
نمودار ۴-۳-۶-۴) شار فوتونی در فاصله ۵ سانتی متری همراه با ترک ۷۰
نمودار ۴ -۵-۱-۱) شار نوترونی بر حسب انرژی در فواصل مختلف برای قرص سوخت بدون ترک ۷۳
نمودار ۴ -۵-۱-۲) شار نوترونی برحسب انرژی در فواصل مختلف برای قرص سوخت با ترک ۷۴
نمودار ۴-۵-۱-۳) شار فوتونی بر حسب انرژی در فواصل مختلف برای قرص سوخت بدون ترک ۷۵
نمودار ۴-۵-۱-۴) شار فوتونی بر حسب انرژی فواصل مختلف قرص سوخت با ترک ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۷۶
نمودار ۴-۵-۲-۱) شار خروجی نوترونی برحسب فاصله با ترک به ابعاد ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۷۷
نمودار ۴-۵-۲-۲) شار خروجی نوترونی برحسب فاصله با ترک در مجتمع سوخت ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۷۸
نمودار ۴- ۵-۲-۳) شار خروجی نوترونی برحسب فاصله در مجتمع سوخت به ابعاد ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۷۹
نمودار ۴-۵-۲-۴) شار خروجی فوتونی برحسب فاصله با ترک به ابعاد ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۸۰
نمودار ۴-۵-۲-۵) شار خروجی فوتونی برحسب فاصله در مجتمع سوخت با ترک ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۸۱
نمودار ۴-۵-۲-۶) شار خروجی فوتونی برحسب فاصله در مجتمع سوخت با ترک ( a ×۸ /۰×۱/۰ ) ۸۲

چکیده
در روند حادثه های شدید (Severe Accident) قرص های سوخت دچار تورم شده و سپس باعث وارد کردن آسیب به غلاف سوخت و در نتیجه شکستگی غلاف می گردد. شکستگی غلاف باعث آسیب به میله ی سوخت مجاور و تغییر شار در ناحیه ی مورد نظر و میگردد.
در این تحقیق اثر تورم عناصر سوخت روی شارهای نوترون و گاما با استفاده از کدMCNP4C مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا یک المان سوخت به شکل استوانه ای که حاوی سوخت UO2 با غنای ۵% ، طول ۴/۶۷ سانتی متر و شعاع ۱ سانتی متر است بعنوان هندسهء مسئله در نظر گرفته شده است. سپس یک ترک که ابعاد آن از محور مرکزی سوخت تا سطح خارجی سوخت گسترش می یابد ، روی قرص ایجاد می شود. پس از کامل کردن هندسهء شار نوترونی و شارگامایی برای فواصل مختلف یعنی ۱ ، ۲ ، ۳ ، ۵ ، ۲۰ و ۵۰ سانتی متری از محور مرکزی سوخت محاسبه شده است.
شار گاما و نوترون ، همچنین برای ترک هایی با ابعاد مختلف نیز محاسبه گردیده است . نتایج حاصل نشان می دهد که تغییرات شارهای گاما و نوترون برای فواصل ۵ سانتی متری و بیشتر تغییرات قابل ملاحظه ای را نشان می دهد.

کلمات کلیدی: قرص سوخت ، غلاف سوخت ، شار نوترون

فصل اول
کلیات

مقدمه
شکست در میله های سوخت می تواند منجر به حوادث خطرناکی مانند پخش پاره های شکافت که حاوی مواد رادیواکتیو می باشند در قلب راکتور و همچنین درون مایع خنک کننده شود. علاوه بر این شکست میله های سوخت باعث آسیب به میله های کناری و در نتیجه گسترش این آسیب دیدگی به نواحی دیگر قلب و سپس انسداد کانالهای جریان خنک کننده و در نهایت ذوب قلب شود. ما قصد داریم تغییرات شار نوترونی و توزیع توان تولید شده هنگام بروز آسیب در یک میله ی سوخت را به کمک کد MCNP که بر پایه الگوریتم مونت – کارلو می باشد شبیه سازی کنیم.
علل خرابی یک میله یا قرص سوخت می تواند به صورت زیر باشد :
۱- وجود مواد زائد یا ناخالصی درون قرص سوخت
۲- خرابی ناشی از فرسودگی و خوردگی درون قرص سوخت
۳- خرابی ناشی از خوردگی و اکسیداسیون غلاف سوخت
۴- انبساط غیر عادی قرص های سوخت و وارد کردن فشار به یکدیگر
یکی از نتایج خرابی و شکست میله های سوخت میزان رادیو اکتیو وارد شده به خنک کننده می باشد که از جمله این مواد رادیواکتیو پاره های شکافت مانند زنون و ید هستند. با استفاده از میزان غلظت مواد رادیواکتیو وارده شده به خنک کننده و توزیع آنها در قلب می توان به موقعیت خرابی سوخت پی برد.
به دلیل شکافت های هسته ایی غیر قابل پیش بینی ، میزان توان تولید شده در هر ناحیه از سوخت می‏تواند تغییر کند و این تغییرات می تواند برای قلب مشکل آفرین باشد. خصوصیات مربوط به تغییرات رادیو اکتیویته‏ی خنک کننده در نتیجه زنون و ید به دلیل شکست هر کدام از میله‏ی سوخت می تواند با بررسی میزان سوختن سوخت در هنگام شکست ، ابعاد شکستن غلاف و موقعیت شکست در طول غلاف آهنگ جذب غلاف تعیین گردد. [۱]
ما در این پژوهش آسیب دیدگی قرص سوخت را بصورت یک ترک که از وتر قرص و به ارتفاع مشخصی تا سطح قرص گسترش یافته است را در نظر می گیریم و سپس بوسیله کد MCNP تغییرات شار نوترون و پرتو گاما را برای دو وضعیت قرص با ترک و بدون ترک محاسبه کرده و با هم مقایسه می کنیم.
تغییرات شار در ناحیه ی آسیب دیدگی باعث تغییرات توان در نتیجه تغییرات دما می شود که این تغییر دما به نوبه ی خود می تواند باعث بر هم زدن توزیع دمایی در ناحیه ی آسیب دیدگی و در نتیجه شوک های گرمایی به میله های دیگر سوخت گردد.
هدف اصلی این تحقیق این است که آیا آسیب دیدگی یک قرص سوخت و در نتیجه یک میله ی سوخت تاثیر قابل توجهی روی شار نوترون و پرتوهای گاما می گذارد که بتوان با آشکار سازی این تغییرات ، محل آسیب دیدگی را قبل از وقوع حادثه ی جدی پیدا کرد یا نه ؟
در این پروژه از ترک های بسیار کوچک شروع کرده و سپس با گسترش پهنای ترکها که نشانه پیشرفت خرابی المان سوخت می باشد تغییرات شار را بررسی می کنیم. بنابراین می توان تاثیر این خرابی را در بوجود آمدن یک حادثه در راکتور پیش بینی نمود.
اجزای مختلف راکتورهای هسته‏ای
‏ اجزای اساسی یا نواحی مختلف راکتورها در شکل (۱-۱) نشان داده شده‏اند. لازم به یادآوری است که این شکل نمودار یک راکتور است و یک راکتور واقعی را نشان نمی دهد.
‏قسمت مرکزی راکتورکه در شکل (۱-۱) نشان داده شده است قلب راکتور نامیده می شود. دریک راکتور حرارتی قلب راکتور حاوی سوخت ، کندکننده ، خنک کننده ، میله های کنترل ، بازتابنده و حفاظ های حرارتی می باشد. ماده سوخت هم عامل ایجاد حالت بحرانی راکتور است و هم انرژی شکافت آزاد می‏نماید. ماده سوخت ممکن است حاوی مقدار زیادی ماده زاینده باشد. درحقیقت اغلب راکتورهای قدرت جدید (که از نوع حرارتی می باشند) دارای سوخت اورانیوم تا چند درصد غنی شده از اورانیوم ۲۳۳ می باشند بنابراین بیشتر سوخت اورانیوم ۲۳۸ است.

شکل ۱-۱) اجزای اصلی یک راکتور هسته ای[۲]
ماده کندکننده که فقط در راکتورهای حرارتی وجود دارد به منظور کند کردن نوترون‏های شکافت به نوترون‏های حرارتی به کار میرود . هسته‏هایی با عدد جرمی‏کم ، مؤثرترین

Leave a Comment