طراحی ترموهیدرولیکی و بررسی تحلیلی حادثه loca در یک راکتور تحقیقاتی20 mwt با استفاده از کد relap5

چکیده راکتورهای تحقیقاتی در سرتاسر جهان به منظور برآورد اهداف گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله کاربردهای این راکتور ها می توان به مواردی نظیر تحقیقات، آزمایشات، آموزش، تولید رادیوایزوتوپ و تست مواد اشاره کرد. در مرکز تحقیقات هسته ای هند، راکتور تحقیقاتی چند منظوره (mprr)، جهت افزایش ظرفیت تولید رادیوایزتوپ توسط راکتور تحقیقاتی dhruva، طراحی شده است. البته بر طبق اطلاعاتی که در 28 آوریل 2011 منتشر شده است، ساخت آن هنوز انجام نگرفته است. این راکتور تحقیقاتی از نوع استخری با قدرت mwt20 و مشخصاتی مشابه راکتور طراحی شده در این پژوهش دارد. آب سبک در این راکتور نقش خنک کننده و آب سنگین نقش بازتابنده را بر عهده دارد. سوخت راکتور، سوخت جامد اورانیوم (u3si2-al) با غنای 19.75% و از نوع صفحه ای است. حادثه کمبود خنک کننده (loca)، یکی از مهم ترین حوادث پایه طرح، محسوب می شود. این حادثه در اثر ایجاد شکستگی در لوله های مدار خنک کننده ی اولیه رخ می دهد. با وقوع شکستگی میزان سیال خنک کننده در استخر راکتور کاهش می یابد که منجر به از بین رفتن توانایی برداشت حرارت از صفحات سوخت خواهد شد. اگرچه احتمال وقوع یک شکستگی بزرگ در راکتورهای تحقیقاتی بسیار پایین است، جهت اطمینان از ایمنی راکتور لازم است که این حادثه مورد بررسی قرار گیرد. در این پایان نامه، حادثه loca در mprrمورد بررسی قرار گرفته است. روش کار به چهار گام اصلی تقسیم می شود. در مرحله ی اول طراحی ترموهیدرولیکی مبدل های حرارتی، پمپ ها و خطوط لوله انجام گرفته است. در مرحله دوم به منظور انجام محاسبات نوترونیک راکتور و مدلسازی دو بعدی و سه بعدی قلب از کدهای wims-d4 و ‍‍citation-pc استفاده شده است. کد wims-d4 به منظور تولید ثابت های گروهی (سطح مقطع ها) در بسته سوخت استاندارد و کنترل، کربن، آب سنگین و آب سبک مورد استفاده قرار گرفته است. ضریب تکثیر موثر و توزیع شار نوترونی با استفاده از کد ‍‍citation-pc و در نظر گرفتن پنج گروه انرژی محاسبه شده است. در مرحله ی سوم شبیه سازی نیروگاه به وسیله ی کد relap5/mod3.2 در حالت پایدار صورت گرفته است و در مرحله ی پایانی حادثه ی کاهش خنک کننده در قسمت های مختلف مدار اولیه خنک کننده بررسی شده است. وقایع گوناگونی ممکن است منجر به بروز حادثه کاهش خنک کننده در این راکتور تحقیقاتی شود. به عنوان مثال می توان به مواردی نظیر شکستگی و نشت سیال از خطوط لوله و شیرهای قرار گرفته در سیستم خنک کننده اولیه،شکستگی در لوله های مخصوص پرتوافکنی و همچنین شکستگی در دیواره استخر که ممکن است در اثر وقوع حوادث وخیم مانند زلزله های شدید رخ دهد، اشاره کرد. تمامی این وقایع را می توان در دو گروه اصلی دسته بندی کرد. دسته اول حوادث مربوط به یک شکستگی بزرگ در بالای صفحه نگهدارنده قلب است که ممکن است در اثر وقوع شکستگی در لوله های مخصوص پرتوافکنی رخ دهد. دسته دوم در ارتباط با شکستگی های بزرگ در زیر صفحه نگهدارنده قلب است که ممکن است در خطوط لوله یا شیر های مربوط به سیستم خنک کننده اولیه اتفاق بیفتد. بر اساس نتایج به دست آمده در هر دو مورد داغترین دمای کانال داغ، زیر نقطه ذوب غلاف که 587 درجه سیلسیوس است، باقی می ماند. بنابراین می توان گفت این راکتور تحقیقاتی چند منظوره در برابر حادثه کاهش خنک کننده از ایمنی مناسبی برخوردار است. واژگان کلیدی: - راکتور های تحقیقاتی چند منظوره - حادثه کمبود خنک کننده - کد wims-d4 - کد ‍‍citation-pc - کد relap5/mod3.2