بدست آوردن دو ضریب ایمنی قلب راکتور VVER-1000 با مجتمع سوخت های حلقوی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل اول: مقدمه ای بر راکتورهای هسته ای

1-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………. 2

1-1-2- هدف از انجام تحقیق ………………………………………………………………. 5

1-2- انواع راکتورهای هسته ای……………………………………………………………… 5

1-3- انواع راکتورهای حرارتی………………………………………………………………… 6

          1-3-1- انواع راکتور های حرارتی از لحاظ کندکنندگی…………………………………………….. 7

1-4- راکتور آبی تحت فشار PWR…………………………………………………………. 8

        1 -4-1- خنک کننده…………………………………………………………………………………………………….. 9

        1-4-2- کند کننده…………………………………………………………………………………………………………. 9

1-5- معرفی اجزا نیروگاههای هسته ای PWR………………………………………. 12

   1-6- راکتورهای آبی تحت فشار روسی VVER……………………………………… 14

1-7- نیروگاه اتمی بوشهر……………………………………………………………………… 16

1-8- گزارش تحلیلی مقدماتی و نهایی ایمنی(PSAR-FSAR)………………… 23

فصل دوم: مبانی نظری تحقیق

2-1- رفتار دینامیکی راکتور ……………………………………………………………….. 25

   2-1-1- مدل ساده فیدبک……………………………………………………………….. 26

2-2- ضریب راکتیویته آنی………………………………………………………………….. 29

   2-2-1- نقش ضریب راکتیویته آنی………………………………………………….. 30

2-3- ضریب راکتیویته توان…………………………………………………………………. 33

   2-3-1- نقش ضریب راکتیویته توان…………………………………………………. 34

2-4- کد محاسباتی MCNP و روش مونت کارلو……………………………………. 35

   2-4-1- ساختارکد محاسباتی MCNP………………………………………………. 38

فصل سوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

3-1- انواع سوخت های حلقوی ……………………………………………………………. 40

3-1-1- سوخت های حلقوی سینترشده (Sintered)……………………………………………….. 40

3-1-2- سوخت های حلقوی با خنک کننده درونی و بیرونی (VIPAC)  ……………… 43

    3-2- قلب راکتور های PWR با سوخت های حلقوی………………………………………………………. 44

    3-3- امتیازات بالقوه سوخت های حلقوی…………………………………………………………………………. 45

فصل چهارم:شيوه انجام تحقيق

4-1- اجزا راکتور مرجع……………………………………………………………………… 49

          4-1-1- میله های سوخت…………………………………………………………………………………………. 49

          4-1-2-  میله های جاذب سوختنی (BAR)………………………………………………………….. 52

           4-1-3- میله های کنترل  (CPS AR)…………………………………………………………………….. 54

          4-1-4- کانال های هدایت کننده، کانال مرکزی و اندازه گیری…………………………….. 59

          4-1-5- مجتمع سوخت(Fuel Assembly)………………………………………………………….. 61

  4-1-6- قلب راکتور …………………………………………………………………………………………………… 64

       4-2- محاسبات مربوط به مواد تشکیل دهنده اجزا قلب راکتور…………………………………. 66

   4-2-1- محاسبات مربوط به میله سوخت……………………………………………………………….. 66

   4-2-2- محاسبات مربوط به میله جاذب سوختنی(BAR)…………………………………… 68

   4-2-3- محاسبات مربوط به کانالهای هدایت کننده، مرکزی و اندازه گیری  …….. 71

           4-2-4-  محاسبات مربوط به میله کنترل(CPS AR)………………………………………….. 71

   4 -2-5-  محاسبات مربوط به سیال خنک کننده در شرایط BOC……………………. 76

      4-3- شبیه سازی قلب راکتورVVER-1000 با سوخت های حلقوی…….. 80

    4-3-1- ملاحضات طراحی از نظر کمبود و اضافی کند کننده……………………………. 84

    4-3-2- نحوه اعمال تغییرات دمای سیال خنک کننده در راستای محوری در شبیه       سازی    86

             4-3-3- شکل های حاصل از شبیه سازی…………………………………………………………… 89

        4-4- ضریب راکتیویته آنی………………………………………………………………………………………….. 103

4-4-1- ضریب دمایی سوخت راکتیویته (ضریب داپلر)………………………………………. 107

4-5- ارائه یک تحلیل ترموهیدرولیکی………………………………………………………………………… 109

4-6- مدل مقاومت گرمایی برای میله سوخت و قلب………………………………………………… 111

         4-7- ضریب راکتیویته توان………………………………………………………………………………………….. 118

    4-7-6- ضریب دمایی کند کننده راکتیویته………………………………………………………… 123

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- جمع بندی نتایج ………………………………………………………………………. 125

5-2- مزایای سوخت های حلقوی…………………………………………………………. 127

5-3- مدل شبیه سازی شده و کد نوترونیک نوشته شده………………………… 128

5-4- پیشنهادات…………………………………………………………………………………. 129

فهرست منابع و ماخذ …………………………………………………………………………………………………………… 131

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                                                      صفحه

جدول1-1: مشخصات راکتور بوشهر …………………………………………………………… 19

جدول4-1: مشخصات انواع مجتمع های سوخت در قلب راکتور مرجع………….. 63

جدول4-2: مشخصات قلب راکتور مرجع……………………………………………………… 65

جدول4-3: نتایج محاسبات مربوط به درصد های وزنی اجزا تشکیل دهنده سوخت …………. 67

جدول4-4: ایزوتوپ های کروم و بور و فراوانی هایشانبه ترتیب درBوCr………. 69

جدول4-5: نتایج محاسبه درصد های وزنی ایزوتوپ های (BAR)………………………………………. 71

جدول4-6: ایزوتوپ های Dy همراه با فراوانی هایشان………………………………………………………….. 72

جدول4-7: نتیجه محاسبه درصدهای وزنی موجود درB₄C ………………………….. 74

جدول4-8: نتیجه محاسبات درصدهای وزنی موجود در Dy₂O₃TiO₃…………… 74

  جدول4-9: ایزوتوپ های تشکیل دهنده غلاف میله کنترل و درصدهای وزنی

 آنها…………………………………………………………………………………………………………. 75

جدول4-10: ایزوتوپ های تشکیل دهنده barrel و درصدهای وزنی آنها……… 76

جدول4-11: اجزا تشکیل دهنده سیال خنک کننده……………………………………. 77

جدول4-12: نتیجه محاسبات درصد های وزنی اجزا خنک کننده در BOC…… 79

جدول4-13: مشخصات راکتورVVER-1000 با سوختهای معمولی و سوخت های حلقوی       81

جدول4-14: نسبت جرم کند کننده به جرم سوخت برای قلب راکتور مرجع و قلب راکتور با سوخت های حلقوی ……………………………………………………………………………………………………………….. 86

جدول4-15: مقادیر دمایی سیال وچگالی متناظر با آن در راستای محوری……. 88

جدول4-16: نتایج تغییرات ضریب تکثیر بر حسب تغییرات دمای متوسط

   سوخت………………………………………………………………………………………………… 104

جدول4-17: نتایج تغییرات ضریب تکثیر بر حسب تغییرات دمای متوسط سیال خنک کننده   120

جدول5-1: نتایج نهایی دو ضریب ایمنی مذکور در این تحقیق……………………. 126

جدول5-2: ضریب داپلر و ضریب دمایی کند کننده راکتیویته…………………….. 126

جدول5-3: ضریب راکتیویته توان……………………………………………………………… 126

 

 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل1-1- چشم انداز مصرف انرژی در کشور آمریکا…………………………………….. 3

شکل1-2- شماتیک سیکل اول ودوم یک راکتور PWR ……………………………… 10

شکل1-3- سیستم های اصلی، اضطراری و لوپ اولیه و ثانویه یک نیروگاه 1000 مگاواتی از نوع PWR       12

شکل1-4- Vessel یک راکتور PWR………………………………………………………… 14

شکل1-5 – نمای از راکتور بوشهر …………………………………………………………………………………………… 18

شکل2-1- شماتیک مدل ساده فیدبک (دینامیک راکتور)…………………………………………………….. 27

شکل2-2- اثر ضریب راکتیویتهآنی در پایین تر آوردن پیک توانی……………………………………….. 32

شکل3-1- شماتیک کلی یک میله سوخت حلقوی سینترشده  …………………. 42

شکل3-2- شماتیک کلی یک میله سوخت حلقوی VIPAC  ……………………. …43

 شکل3-3- مقایسه پیک دمایی سوخت حلقوی نسبت به سوخت معمولی در یک راکتور PWR 45

شکل4-1- یک میله سوخت راکتورVVER-1000 بوشهر…………………………….. 51

شکل4-2- طرح شماتیک یک میله جاذب سوختنی…………………………………….. 53

شکل4-3- توزیع گروههای میله کنترل درون قلب………………………………………. 56

شکل4-4- چنگک میله کنترل…………………………………………………………………… 57

شکل4-5- میله کنترل …………………………………………………………………………….. 58

شکل4-6- شماتیک کانال هدایت کننده…………………………………………………….. 60

شکل4-7- یک مجتمع سوخت…………………………………………………………………… 62

شکل4-8- قلب راکتور و چیدمان مجتمع های سوخت در آن………………………. 64

شکل4-9- شماتیک ابعاد میله سوخت معمولی و حلقوی جهت مقایسه…………. 83

شکل4-10- تفاوت بینunder moderated و over moderatedبودن قلب…. 85

شکل4-11- برش میله سوخت حلقوی……………………………………………………….. 89

شکل4-12- یک میله سوخت حلقوی در مجتمع سوخت……………………………… 90

شکل4-13- مجتمع سوخت نوع 16………………………………………………………….. 91

شکل4-14- مجتمع سوخت نوع 24………………………………………………………….. 92

شکل4-15- مجتمع سوخت نوع 36………………………………………………………….. 93

شکل4-16- مجتمع سوخت نوع 24B20……………………………………………………. 94

شکل4-17- مجتمع سوخت نوع 24B36……………………………………………………. 95

شکل4-18- مجتمع سوخت  نوع 36B36………………………………………………….. 96

شکل4-19-  نمای مجتمع سوخت نوع 24 حاوی میله کنترل نوع10………….. 97

شکل4-20-  نمای میله کنترل در کانال هدایت کننده مربوط به مجتمع سوخت نوع 24       98

شکل4-21-  نمای از برش قلب و میله های سوخت، میله کنترل نوع 10 در آن مشخص می باشد     99

شکل4-22-  نمای تقسیم بندی قلب در راستای محوری……………………………. 100

شکل4-23-  نمای تقسیم بندی قلب در راستای محوری……………………………. 101

شکل4-24-  یک ششم قلب شبیه سازی شده…………………………………………… 102

شکل4-25-  نمودار تغییرات ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت        105

شکل4-26- نمودار تغییرات لگاریتم ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سوخت        106

شکل4-27-  مقطع میله سوخت حلقوی با ناحیه ها و دماهای مربوطه………… 112

شکل4-28-  مدل مقاومتی متناظر با شکل 4-27…………………………………….. 113

شکل4-29-  نمودار تغییرات ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سیال خنک کننده   121

شکل4-30- نمودار تغییرات لگاریتم ضریب تکثیر قلب بر حسب تغییرات دمای متوسط سیال خنک کننده………………………………………………………………………………………………………………. 122