مطالعه انتقال حرارت در تونل نگهداری زباله‌های هسته‌ای و تأثیر آن بر افزایش دمای سطح زمین اطراف

یافتن راه حل مناسب برای دفع حرارت تولید شده از زباله‌های سوخت مصرف شده هسته‌ای، با توجه به طولانی بودن مدت نگهداری، از مسائل مهم مهندسی هسته‌ای بوده و ذخیره‌سازی این مواد در تونلهای عمیق زیرزمینی، یکی از روشهای متداول در این زمینه است. به دلیل طولانی بودن مدت نگهداری و هزینه‌های زیاد ساخت تونل، مطالعه دقیق موضوع از جهات مختلف از جمله تأثیر مقدار حرارت تولید شده در بسته‌های سوخت مصرف شده، تعداد آنها در تونل، کنترل دماهای سطح بسته‌ها و سطح زمین و روشهای انتقال حرارت در تونل ضروری است. در این مقاله با استفاده از مدل سه بعدی برای نوعی از تونل متعارف و بسته‌های سوخت مصرف شده، از روش عددی حجم محدود و از نرم‌افزار FLUENT 6.0 برای محاسبات و از نرم‌افزار GAMBIT برای شبکه‌بندی دامنه محاسباتی و از مدل K-ε برای جریان آشفته با در نظر گرفتن تشعشع حرارتی و بدون آن، استفاده شده است. در این محاسبات تأثیر پارامترهای مختلف از جمله انرژی تولید شده در هر بسته از سوخت مصرف شده هسته‌ای، سرعت هوای ورودی به تونل برای خنک کردن آن و عمق تونل در دو حالت همرفت طبیعی و اجباری بر درجه حرارت سطح بسته‌های سوخت و سطح زمین مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحلیل نشان می‌دهد در حالت همرفت اجباری، برای نگهداری 67 بسته از سوخت مصرف شده اورانیوم با 3.2  درصد غنا، با ابعاد مشخص و تولید انرژی 7.6 کیلووات در هر یک از آنها در ابتدای دفع، سرعت هوای ورودی لازم جهت خنک‌کاری، 0.6 متر بر ثانیه خواهد بود تا حداکثر دمای بوجود آمده در سطح بسته‌ها کمتر از حد استاندارد که 93 درجه سانتی‌گراد تعیین گردیده است، باشد.