بررسی یک راکتور هسته ای بستر شارشی

عدم تولید گاز گل خانه ای دی اکسید کربن در فرایند تولید انرژی هسته ای، آن را به عنوان گزینه ای مطلوب برای پاسخ به نیاز روز افزون انرژی در می آورد. تلاش در جهت احیای انرژی هسته ای، نیازمند ساخت راکتورهای با هزینه ی کمتر و امن تر است. نسل جدید راکتورها، باید مواد پرتوزای کمتری تولید کرده و تاسیسات آنها در برابر حوادث مختلف ایمن باشند. مفهوم راکتورهای هسته ای بنا شده بر شارش گازی ذرات سوخت اورانیوم سال هاست که مورد توجه است. دلیل این توجه در توانایی انتفال حرارت عالی و نیز ویژگی های مخلوط بستر شارشی می باشد که باعث یکسان شدن دمای بستر شده و نیز سطح موثر برای انتقال حرارت را افزایش می دهد. علاوه بر آن مخلوط همگن بستر می تواند به سوختن یکنواخت ذرات اورانیوم منجر شود. مشخصه خود کنترلی نیز وجود دارد، که در آن بستر شناور شده و شارش گاز در ارتفاع خاصی از بستر، راکتور را به توان بیشینه می رساند. کاهش ارتفاع بستر به هر دلیلی، راکتور را به حالت زیر بحرانی رسانده و بدین ترتیب راکتور خاموش می شود و از وقوع حوادث ناگوار جلوگیری می گردد. عیب ممکن چنین راکتوری، مشخصه آشوبناکی شارش ذرات بستر است که در آن حباب های بزرگی انتشار می یابد و باعث تغییر هندسه و بحرانیت هسته ای راکتور می گردد. در این رساله یک راکتور بستر شارشی که خنک کننده ی آن، گاز هلیوم می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. ارتفاع بستر که راکتور در آن به حالت بحرانی می رسد، محاسبه گردیده و دبی گاز هلیوم ورودی به قلب راکتور در این ارتفاع تعیین شده است. همچنین شار نوترون های حرارتی و سریع در قلب راکتور و بازتابنده محاسبه گردیده است. نتایج محاسبات صورت گرفته، ویژگی های ذکر شده برای این نوع راکتور ها را به خوبی نشان می دهند. با افزایش دبی گاز هلیوم ورودی به قلب راکتور و در نتیجه افزایش ارتفاع قلب، ضریب تکثیر موثر راکتور روند افزایشی را نشان می دهد، این امر به خاطر این است که نوترون های سریع تولید شده در اثر شکافت هسته-های اورانیوم در قلب، با ورود به درون باز تابنده، و پس از کند شدن در داخل آن، به قلب باز تابیده می شوند. هر چه ارتفاع قلب بیش تر می شود، بر سطح بازتابنده ی اطراف قلب نیز افزوده شده و بر تعداد نوترون های کند شده و بازتابیده شده افزوده می گردد. روند افزایش ضریب تکثیر موثر تا ارتفاع حدود 260 سانتی متر ادامه پیدا می کند. اگر ارتفاع از این حد فراتر رود، افزایش نشت نوترون ها به خارج از راکتور باعث کاهش ضریب تکثیر موثر خواهد گردید، این موضوع باعث ایمنی مطلوب این نوع راکتورها گردیده است و به عنوان راکتورهای نسل چهارم مطرح می باشند.