تعیین شکل و موقعیت پلاسما که با محاسبه ی شار مغناطیسی صورت می پذیرد یکی از مهمترین مراحل کنترل پلاسما در توکامک ها است. روش رشته جریان به دلیل توانمندی در محاسبه ی دقیق شار مغناطیسی با استفاده از محاسبه ی ممان های جریان و همچنین سرعت محاسبه بالا به دلیل استفاده از روش های جبر خطی راهکار مناسبی است. محاسبه شار مغناطیسی با استفاده از این روش به صورتی است که معادله تعادل پلاسما در توکامک( معادله گراد-شفرانف) به صورت غیر مستقیم حل می شود. در این روش، پلاسما و کلیه ی پیچه هایی که در آن ها جریان الکتریکی وجود دارد ، به صورت رشته هایی از جریان در نظر گرفته می شوند. با محاسبه شار مغناطیسی حاصل از هریک از این رشته ها می توان به شار مغناطیسی کل و در نتیجه شکل و موقعیت پلاسما پی برد. در همین راستا مقادیر شار ناشی از رشته جریان ها توسط تابع گرین محاسبه شود. علاوه براین در بخشی از محاسبات معکوس این تابع مورد استفاده قرار می گیرد که برای محاسبه ی آن از روش تجزیه مقدار منفرد استفاده می-شود. محاسبه ی ممان های جریان آخرین مرحله ای است که برای کامل شدن فرآیند مدل سازی پلاسما به منظور تعیین مرز پلاسما انجام می شود. در این پژوهش با بکار گیری روش رشته جریان به محاسبه ی شار مغناطیسی در توکامک دماوند پرداختیم. مدل ساخته شده به خوبی مرکز پلاسما و همچنین آخرین سطح مغناطیسی بسته که مرز پلاسما است را محاسبه می کند. اولین خطای مدل، مربوط به جریان پلاسما است که اختلاف مقادیر واقعی در مقایسه با مقادیر به دست آمده از مدل را نشان می دهد که این خطا کمتر از 3% است. دومین خطای مدل، مربوط به شناساگر های مغناطیسی است که مقدار متوسط این خطا برای هر شناساگر کمتر از 04/0 % است. نتایج به دست آمده از مدل، ما را در انجام یک فرایند کنترل دقیق یاری می رساند. در واقع می توانیم با استخراج یک ماتریس ضرائب از قلب محاسبات، مرز پلاسما را با استفاده از یک ضرب ماتریسی ساده در ماتریس مربوط به داده های ورودی که با استفاده از شناساگر های مغناطیسی به دست می آید، محاسبه کنیم. انجام این مدلسازی این اجازه را خواهد داد که مرز پلاسما را در کمتر از 1 میلی ثانیه و با استفاده از یک کامپیوتر معمولی با پردازشگر اینتل کُر 2 4/4 گیگا هرتز محاسبه کنیم.

هدف از انجام این پروژه بررسی رخداد ورود هوا به رآکتورpbmr از دیدگاه ترموهیدرولیکی و طراحی یک سامانه خنک کننده برای رآکتور مورد نظر است. بعد از جمعآوری اطلاعات مربوط به ساختار رآکتور، همچنین اطلاعات مربوط به حادثه ی اشاره شده در بالا و چگونگی کمی و کیفی رخداد آن، کار شبیه سازی رآکتور توسط نرم افزار cfx که زیر مجموعه ای از نرم افزار هایansys است انجام شد. با شروع حادثه توان تولیدی رآکتور صفر می شود ولی گرمای واپاشی با یک نرخ نزولی شروع به تولید می کند. این گرما توسط سامانه خنک کننده میبایست دفع شود با انجام شبیهسازیهای مربوطه و با توجه به معیار در نظر گرفته شده برای دمای مربوط به محفظه فشار رآکتور و دماهای بدست آمده از خروجی نرم افزار به این نتیجه می رسیم که طراحی انجام شده جوابگوی برداشت بار گرمایی تولید شده توسط واپاشی جهت حفظ مرز دمایی تعیین شده می باشد و امکان ساخت چنین سامانه ای در عمل وجود خواهد داشت.

با توجه به کاربردهای فراوان راکتورهای تحقیقاتی و هم چنین تعداد کم این راکتورها در داخل کشور، در این پژوهش به شبیه سازی و طراحی ترموهیدرولیکی یکی از جدیدترین مدل های این نوع راکتورها پرداخته شده است. در واقع علت اصلی انتخاب این موضوع، نیاز کشور به این دسته از راکتورها که کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف آموزشی، پزشکی، تحقیقاتی و ... دارند، می باشد. راکتوری که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته از نوع چندمنظوره می باشد. شکل کلی، ساختار قلب، داده های نوترونیک و مقداری از اطلاعات ترموهیدرولیکی این راکتور مربوط به راکتور تحقیقاتی هندی mprr می باشد که قابلیت تولید توان 20 مگاوات را دارا است. اما سایر اجزا و اکثر داده های ترموهیدرولیکی مورد نیاز از جمله پمپ ها، مبدل های حرارتی، خط لوله ها و ... در این پژوهش طراحی شده اند. پس از طراحی های انجام گرفته، کل قلب و مدار اولیه ی این راکتور با استفاده از کد ?relap شبیه سازی شده و سپس عملکرد راکتور در حالت دائم و گذرا بررسی شده است. با توجه به نکات مشترک فراوان این راکتور با راکتور هندی در پایان نتایج حاصل با تحلیل های موجود از راکتور mprr مقایسه شده و نتایج قابل قبولی به دست آمده است. نتایج حاصل از تحلیل ترموهیدرولیکی این راکتور در حالت دائم، بیان گر کارکرد مناسب این راکتور و کاهش چند درجه ای دمای سوخت و هم چنین غلاف و سیال خنک کننده نسبت به راکتور هندی است. فاصله ی زیاد بیشینه ی دمای سوخت تا حدود مجاز و دمای شروع جوشش هسته ای یکی دیگر از نکات مثبت قابل ذکر می باشد. هم چنین در تحلیل حالت گذرا، به بررسی حادثه ی lofa پرداخته شده است. در این قسمت سیستم ایمنی راکتور مورد بررسی قرار گرفته و توانایی این راکتور در حفظ ایمنی خود در برابر حادثه ی مذکور مورد تأیید قرار گرفته است. در این حادثه نرخ جریان در داخل قلب به علت از کار افتادن پمپ های اصلی کاهش می یابد که با تمهیدات در نظر گرفته شده پمپ های کمکی به موقع وارد عمل می شوند و تا حدودی این افت را کنترل می کنند. هم چنین با ورود میله های کنترل به داخل قلب و خاموش شدن راکتور در مدت زمان کمتر از 4 ثانیه پس از وقوع حادثه، افزایش دمای ناشی از افت نرخ جریان به خوبی مهار می شود. نتایج به دست آمده از شبیه سازی حادثه بسیار مشابه خروجی های حاصل از بررسی همین حادثه برای راکتور هندی می باشد و البته بازهم به مانند حالت دائم بیشینه ی دماها در این راکتور کمتر از نمونه ی هندی است. به طور کلی حاصل تحلیل های ترموهیدرولیکی صورت گرفته بر روی این راکتور تحقیقاتی 20 مگاواتی رضایت بخش بوده و به نظر می رسد در بعضی موارد حتی کارآیی بهتری نسبت به راکتور هندی دارد.