طراحی نوترونیک قلب راکتور گرافیک -گاز با سوخت اورانیوم طبیعی در حالت پایدار

محاسبات نوترونیک قلب رآکتور گازی تحقیقاتی با قدرت 20 مگاوات حرارتی و باشبکه گرافیکی (آرایه مربعی) و سوخت اورانیم طبیعی دراین پروژه صورت گرفته که انجام آن از سوی بخش مهندسی راکتور انستیتو آموزشی و پژوهشی سازمان انرژی اتمی پیشنهاد و دراین بخش نیز به اجراء درآمده است . نخست مشخصات عمومی، مزایا و محدودیت های راکتورهای دارای شبکه گرافیکی و سوخت اورانیوم طبیعی، بدون درنظرگرفتن نوع آن (تحقیقاتی یا قدرت) مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که راکتورهای تحقیقاتی عموما در فشار اتمسفر و با خنک کننده هوا گاز می کنند. پس از بررسی راکتورهای گازی با سوخت اورانیم طبیعی، محاسبات اولیه جهت تعیین ابعاد بهینه شبکه و شعاع میله سوخت ، بااستفاده از روابط همبستگی در تعیین فاکتورهای اصلی شبکه، انجام شده و شعاع میله سوخت و گام شبکه به ترتیب 54ˆ1 و 9ˆ21 سانتیمتر بدست آمده است . نتایج حاصل در تعیین ثوابت مورد نیاز قلب به کار رفته و بااستفاده از تئوری پخش در دو گروه انرژی چگونگی توزیع شار در داخل قلب (بادرنظر گرفتن ضخامت 60 سانتی متر برای بازتابنده درقلب بحرانی) مشخص شده است . دراین محاسبات شعاع قلب فعال بحرانی و ارتفاع لخت آن به ترتیب برای با 5ˆ178 و 505 سانتیمتر بدست آمده است . برنامه محاسبات اولیه به زبان basic و مینی کامپیوتر نوشته شده است . باتوجه به ویژگی شبکه های گرافیتی، ارزیابی توانائی های کدهای سلولی موجود در سازمان انرژی اتمی ایران، برای انجام محاسبات نوترونیک در شبکه های گرافیتی ضروری به نظر رسید وکدهای کامپیوتری leopard و wims مورد بررسی قرار گرفت . نتایج این بررسیها دال براین بود که استفاده از کد leopard برای شبکه های گرافیتی امکان پذیر نبوده ولی کد wims با درنظرگرفتن مدلهای فیزیکی موجود و ویژگیهای شبکه های گرافیتی (مسئله streaming) مناسب میباشد. درهمین راستامقایسه ای بین مقادیر تجربی و نتایج حاصل از کد wims نیز صورت گرفته است . به دنبال بررسی کد wims و تعیین دقت محاسبات آن، محاسبات طراحی پایای راکتور 20 مگاوات حرارتی با استفاده از کدهای کامپیوتری آغاز شد. درابتدای امر،شبکه بهینه با معیار پیشینه کردن ضریب تکثیر انتخاب شد و شعاع سوخت و گام شبکه به ترتیب برابر 65ˆ1 و 6ˆ24 سانتیمتر بدست آمد که پس از وارد کردن اثرتغییرات راکتیویته با گذشت زمان درمحاسبات ، گام شبکه به مقدار 3ˆ24 سانتیمتر کاهش یافت . بادرنظر گرفتن محاسبات ترموهیدرولیکی و تعیین توزیر دما در سوخت ، غلاف و سیال خنک کننده، ابعاد قلب فعال به صورت زیر خواهد بود. ارتفاع قلب فعال = 557 سانتی متر شعاع قلب فعال = 296 سانتی متر درپی تعیین ابعاد قلب ، مشخص نمودن دمای اجزای آن و تصحیح مقدار قدرت ویژه (کیلوگرم اورانیمˆ کیلووات 475ˆ0)به محاسبات فرسایش سوخت پرداخته و تولید پلوتونیم و ساماریم و مصرف اورانیم برحسب میزان فرسایش متوسط سوخت مشخص شده است . درپایان به بحث و بررسی نتایج حاصله پرداخته و پیشنهاداتی در جهت افزایش دقت محاسبات و روند ادامه کار ارائه شده است .