محمدامین امیرخانی دهکردی
-
شناسایی اثرات تابش نوترون بر آلومینیم هایی که در ساخت غلاف های سوخت رآکتورها به کار می روند از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. با توجه به مشکلات موجود در تابش دهی با نوترون در برخی از مواقع از روش تابش دهی با یون ها (معمولا پروتون) برای این بررسی استفاده می شود. تغییرات در حفره ها در تابش پروتون های پرانرژی در حد پیکومتر است. در این تحقیق از طیف نگاری طول عمر نابودی پوزیترون که قابلیتی برای بررسی ابعاد حفره ها را در حد پیکومتر و نانومتر است استفاده شده تا تغییرات آلومینیم های Al-6061 و Al-303 بر اثر تابش پروتون های MeV 2/2 در مقادیر مختلف تابش بررسی شود. نتایج نشان می دهد که مقدار زمان τave برای هر دو نمونه آلومینیم بررسی شده ابتدا کاهش پیدا کرده و سپس افزایش یافته است که نشان دهنده کوچک تر شدن حفره ها در مراحل اولیه تابش و در نتیجه کم شدن عیوب تهی جا و بزرگ شدن آن ها در ادامه تابش که بیانگر زیاد شدن عیوب بین نشین است می باشد. این نتایج توسط آزمون XRD نیز تایید شده است. در این آزمون نیز مشاهده می شود اندازه کریستال در آلومینیم های تابش دیده در ابتدا شروع به افزایش و سپس شروع به کاهش کرده است.
کلید واژگان: آسیب، آلومینیم های غلاف سوخت، تابش پروتون، طیف نگاری طول عمر نابودی پوزیترونIdentification of the changes of aluminum structure due to neutron radiation is very important in the reactor fuel clad. In some cases, ion (usually proton beam) irradiation method is implemented for this investigation. The changes in the holes of Al are in the range of picometers by the radiation of energetic protons. In this research, positron annihilation lifetime spectroscopy, was used to investigate the changes of holes in Al-6061 and Al-303 due to the radiation of 2.2 MeV protons at different amounts of radiation. This method has the ability to evaluate the dimensions of the holes in the range of picometers and nanometers. For both investigated aluminum samples, the results show that the value of τave first decreased and then increased. It indicates the holes became smaller and decrease the vacancy defects in the initial stages of irradiation. Then, the holes became larger in the continuation of irradiation, which indicates increasingin the interstitial defects. These results were also confirmed by XRD test. It can be seen that the crystal size of the irradiated aluminum increased at the in the initial stages of irradiation and then decreased in the continuation of irradiation.
Keywords: Radiation Damage, Fuel Clad Aluminum, Positron Radiation, Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy -
در حال حاضر، حسگرهای بلوری بیشینه دما در طراحی و بهینه سازی موتورها و توربین های با بازده بالا بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این حسگرها در ابعاد بسیار کوچک ساخته می شوند و می توانند دمای بیشینه را در محل مورد نظر برای مثال در داخل توربین اندازه گیری نمایند. لازم به ذکر است که برای تولید این حسگرها فلوئنس بالای نوترون های سریع مورد نیاز است. روش اندازه گیری حسگر بلوری بیشینه دما مبتنی بر پدیده دمای بالا برای بازگرداندن تغییرات ایجاد شده در شبکه کریستالی که توسط تابش نوترون ایجاد شده اند، استوار است. در این مقاله، ابتدا از طریق شبیه سازی قلب رآکتور تهران محاسبات شار بیشینه نوترون سریع برای نمونه الماس با کد 6MCNP انجام گرفت. همچنین محاسبات پرتوزایی با استفاده از 2ORIGEN و نرخ دز از طریق 6MCNP و محاسبات دمایی با نرم افزار ANSYS در نقاط مختلف نمونه انجام شد. مقدار شار بیشینه نوترون سریع محاسبه شد و مقدار پرتوزایی نمونه بعد از 40 روز کاهش چشمگیری یافته و نرخ دز در فاصله 1 متری به مقدار µSv/h 1/4 رسیده است. همچنین محاسبات دمایی نشان می دهد که بیشینه دما در کمترین سرعت کانال K 402 است که به لحاظ حرارتی مشکلی ایجاد نخواهد کرد. در ادامه، با استفاده از روش XRD عدد شبکه و حجم سلول واحد برای نمونه در این مقاله محاسبه شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که نمونه الماس می تواند از دیدگاه نوترونیک، دزیمتری، ترموهیدرولیکی و تغییرات ساختار شبکه بلوری در رآکتور تحقیقاتی تهران جهت تولید حسگر بلوری پیشنهاد شود.
کلید واژگان: حسگر بیشینه دما، الماس، 6MCNP، ORIGEN، ANSYS، شار، نرخ دز، پارامتر شبکهAt present, Maximum Temperature Crystal Sensors (MTCS) are of great interest in the design and optimization of engines and turbines with high efficiency. These sensors are made in very small dimensions and can measure the maximum temperature in the desired location, for example inside the turbine. It is worth mentioning that a high fluence of fast neutrons is required to produce these sensors. The MTCS method is based on the high temperature phenomenon to restore changes made in the crystal lattice caused by neutron irradiation. Calculations of the maximum fast neutron flux for the diamond sample were performed using MCNP6 with the simulation of the core of the Tehran Research Reactor (TRR). Activity calculations were done using ORIGEN2, dose rate calculations through MCNP6, and temperature calculations with ANSYS software at different points of the sample. The highest fast neutron flux was calculated, and the activity of the sample decreased significantly after 40 days, with the dose rate at a distance of one meter reaching 1.4 µSv/h. Temperature calculations showed that the maximum temperature at the lowest speed of the channel was 402 K, which would not cause any thermal problems. Additionally, using the X-Ray diffraction (XRD) method, the lattice number and unit cell volume were calculated for the sample. The results obtained suggest that the diamond sample, from the perspective of neutronics, dosimetry, thermohydraulics, and changes in crystal lattice structure, can be recommended as a crystal sensor in the Tehran Research Reactor.
Keywords: Maximum Temperature Sensor, Diamond, MCNP6, ORIGEN, ANSYS, Flux, Dose Rate, Lattice Parameter -
یکی از روش هایی که به منظور طراحی و بهینه سازی موتورها و توربین های با بازده بالا در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته، استفاده از حس گرهای بلوری بیشینه دما است. این حس گرها معمولا در ابعاد بسیار کوچک و از موادی مانند 3C-SiC، الماس، گرافیت و غیره ساخته می شوند و می توانند در محل مورد نظر در داخل توربین یا موتور قرار گیرند و دمای بیشینه ایجاد شده را اندازه گیری نمایند. با توجه به ابعاد کوچک این حس گرها و دقت بسیار بالای اندازه گیری، می توان توزیع مکانی بسیار دقیقی از دمای ایجاد شده به دست آورد. برای تولید این حس گرها جریان بسیار بالای نوترون های سریع مورد نیاز است. در این مقاله، ابتدا قلب فشرده شماره 18 راکتور تحقیقاتی تهران شبیه سازی شد. سپس شار بیشینه نوترون سریع برای نمونه 3C-SiC محاسبه شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که کانال F4 بیشترین شار نوترون سریع را برای این منظور در اختیار قرار خواهد داد. همچنین محاسبات پرتوزایی با استفاده از کد ORIGEN و نرخ دز از طریق کد 6 MCNP انجام شد. نتایج نشان داد که مقدار پرتوزایی نمونه بعد از 4 ماه حدود 65% کاهش می یابد و در این راستا، مقدار نرخ دز کل نیز به مقدار کمتر از معیار 10 میکروسیورت[1] بر ساعت می رسد. در ادامه، نمونه 3C-SiC در قدرت MW 5 در راکتور تحقیقاتی تهران تابش داده شد. سپس اندازه دانه و مقدار کرنش قبل و بعد از تابش دهی محاسبه شد. در نهایت با توجه به نتایج این مقاله، می توان گفت که نمونه 3C-SiC به عنوان یک حس گر بلوری بیشینه دما مناسب خواهد بود.[1] این معیار نرخ دز، بر اساس تعریف آژانس بین المللی اتمی که مقدار 20 میلی سیورت در سال می باشد، در نظر گرفته شده است. البته با توجه به مقدار 8 ساعت کاری در روز که معادل 40 ساعت در هفته و به ازای 50 هفته کاری در سال، مقدار 2000 ساعت کاری به دست می آید. بنابراین تقسیم این دو عدد، مقدار نرخ دز 10 میکرو سیورت بر ساعت به دست می آید.
کلید واژگان: حس گر بیشینه دما، 3C-Sic، کد 6 MCNP، شار، ساختار شبکه، نرخ دز و پرتوزاییIn recent years, one of the methods that is considered in designing and optimization of the engines and turbines with high efficiency is maximum temperature crystal sensors (MTCS). These sensors are usually very small in size and made of materials such as 3C-SiC, Diamond, Graphite, etc. They can be placed in the desired location inside the turbine or engine and measure the maximum temperature created. These sensors could be obtained a very accurate spatial distribution of the created temperature due to the small dimensions and the very high accuracy of the measurement. For producing these sensors, a very high fluence of fast neutrons is required. Therefore, the number of the core 18 of the Tehran research reactor (TRR) is simulated and the calculations of the maximum flux of fast neutrons were carried for the 3C-SiC sample. The simulation results show that the channel F4 will provide the highest flux of fast neutrons for this purpose. Also, activity calculations were done using ORIGEN code and dose rate through MCNP6 code. The results show that the amount of activity of the sample has decreased by 65% after 4 months. Therefore, the total dose rate has also reached a value lower than the criteria of 10 µSv/h. Next, the 3C-SiC sample was irradiated at 5 MW power in the TRR, then the crystal size and the amount of strain before and after irradiation were calculated. Finally, according to the results of this article, it can be said that the 3C-SiC sample will be suitable as a MTCS.
Keywords: Maximum Temperature Sensor, 3C-Sic, MCNP6, Flux, Dose Rate, Activite -
محاسبات آسیب ناشی از تابش نوترون برای تخمین طول عمر تاسیسات هسته ای بسیار حایز اهمیت است. هدف از این پژوهش، بررسی حساسیت میزان آسیب نسبت به طیف نوترون در ناحیه بیشینه شار از محفظه فشار می باشد. محاسبات آسیب تابشی برای سه ساختار گروه بندی انرژی مختلف در ناحیه بیشینه شار توسط کدهای SPECOMP و SPECTER صورت گرفته است. با مقایسه نتایج حاصل از ارزیابی کد SPECTER و مقادیر به دست آمده از استاندارد ASTM E-693، برای سه ساختار گروه بندی انرژی WIMS، CINDER و OPENMC در ضخامت یک چهارم محفظه فشار، میزان اختلاف محاسبات به ترتیب 4-10×25/0، 4-10×75/0 و 4-10×74/1 به دست آمده است. بنابراین گروه بندی انرژی WIMS با اختلاف 4-10×25/0، میزان آسیب دقیق تری در ضخامت یک چهارم محفظه فشار رآکتور WWER 1000 را به دست می دهد. در ضخامت سه چهارم محفظه فشار (با توجه به تغییر ترکیبات ماده محفظه فشار)، میزان اختلاف محاسبات به ترتیب برابر با 4-10×43/0، 4-10×52/0و 4-10×86/1 می باشد. بنابراین در ضخامت سه چهارم محفظه فشار نیز گروه بندی انرژی WIMS با کم ترین اختلاف نسبت به مقدار استاندارد ASTM E-693 (4-10×43/0)، دقیق ترین آسیب را نسبت به دو طیف دیگر محاسبه می کند. نتایج حاصل از آنالیز حساسیت محاسبات آسیب در ضخامت های مختلف گویای این واقعیت است که محاسبات آسیب نسبت به تعداد گروه انرژی نوترون بسیار حساس است و با افزایش گروه انرژی، اختلاف بین مقادیر آسیب با مقدار استاندارد ASTM E-693 کاهش یافته است. با توجه به نتایج آسیب برای ضخامت یک چهارم، میزان تنش عملکردی به وجود آمده توسط گروه بندی انرژی WIMS در مدت زمان 1، 5، 10، 15، 20، 25، 30، 35 و 40 سال کارکرد رآکتور WWER 1000 محاسبه شده است.
کلید واژگان: آسیب تابش، کد محاسباتی SPECTER، آنالیز حساسیت، تنش عملکردی، محفظه فشارRadiation damage calculation is very important for estimating the lifetime of nuclear power plant instruments. The purpose of the present study is to evaluate the sensitivity of the damage values to the neutron group energy, where the neutron flux rate is maximum. In the present study, we propose three neutron group energy (WIMS, CINDER, and OPENMC) to evaluate the sensitivity of radiation damage calculations. The obtained result from SPECTER code shows that the differences between these results and the standard values (ASTM E-693) for three group energy WIMS, CINDER and OPENMC are respectively 0.25E-04, 0.75E-04, and 1.74E-04 in the ¼ diameter of reactor pressure vessel (RPV). Therefore, the WIMS energy group is the most accurate spectrum compared to other spectrums in this region. Also, these differences are respectively 0.43E-04, 0.52E-04, and 1.86E-04 in the ¾ diameter of RPV. Moreover, the WIMS group energy is the most accurate spectrum in this region. This result shows that increasing the number of neutron energy group cause to reduce the difference between calculation of damage and its standard values. According to the results of calculated damage that induced by WIMS group energy in ¼ diameter of RPV, the values of yield strength at 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 and 40 years are calculated by SPECOMP and SPECTER codes.
Keywords: Radiation damage, SPECTER code, Sensitivity Analysis, Yield strength, Reactor pressure vessel -
مجله مهندسی متالورژی، پیاپی 78 (تابستان 1399)، صص 154 -162تغییر در موقعیت اتم ها در شبکه بلوری ماده در اثر تابش ایجاد می شود. تغییر ساختار سبب تغییر در مشخصات ماکروسکوپی ماده خواهد شد.دانستن مقدار تغییرات انواع خصوصیات ماده در محیط های با تابش بالا ضروری است. در این مقاله به مطالعه تاثیر تابش پروتون با انرژی MeV 5/2 بر ساختار گرافیت با درجه TSX پرداخته شده است. این نوع گرافیت در راکتور تحقیقاتی تهران به عنوان بازتابنده استفاده می شود. تابش دهی برای مدت زمان 276 دقیقه با پروتون انجام شده است. در بررسی انجام گرفته از تست میکرو سختی، تست رامان و تصاویر SEM استفاده شده است. نتایج، افزایش میکروسختی ماده در اثر تابش را نشان می دهد. همچنین افزایش حلقه های تهی جا و بین نشین ها در بررسی طیف رامان بدست آمده است. ایجاد حفره های در سطح گرافیت تابش دیده، در تصاویر SEM مشاهده شده است. نتایج بدست آمده با استفاده از مدل عیوب نقطه ای قابل بررسی می باشد.کلید واژگان: آسیب تابش، گرافیت TSX، میکروسختی، تابش پروتون، طیف رامانJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:23 Issue: 78, 2021, PP 154 -162Change in the position of atoms in the material’s crystalline lattice is caused by the radiation. Changes in the macroscopic properties of the material will be created by the change in structure. Knowing the amount of variation of material properties is necessary for materials in high-radiation environments. In this paper, the effect of 2.5 MeV proton irradiation on TSX grade graphite structure is investigated. This graphite is used as a reflector in the Tehran research reactor. The radiation has been carried out with the proton for 276 minutes. Microhardness test, Raman test, and SEM images were used in this study. The results show an increase in the microhardness of the material due to the radiation. Increased vacancy and interstitial clusters have also been observed in the Raman spectrum. The creation of cavities on the surface of irradiated graphite is observed in SEM images. The results can be verified by using the point defect model.Keywords: Radiation damage, TSX graphite, Microhardness, Proton irradiation, Raman spectrum
-
یکی از آثار تابش های هسته ای در مواد، جابه جایی اتم ها از جایگاه خود در شبکه بلوری است. برای محاسبه آسیب تابش نوترون باید طیف انرژی اتم های پس زده اولیه و همچنین توزیع زاویه ای و مکانی آن ها را محاسبه کرد. برنامه AMTRACK به منظور محاسبه این اطلاعات توسعه یافته است. این برنامه با استفاده از خروجی Ptrac کد MCNPX و تحلیل آن، اطلاعات مربوط به اتم های پس زده را به دست می آورد. در این مطالعه، فولاد زنگ نزن 316 که یکی از مهمترین آلیاژها در ساخت محفظه فشار راکتور است، بررسی شده است. نوترون های تک انرژی keV 1 تاMeV 10 روی این فلز تابش داده شده اند و کسر PKA های تولیدی، انرژی میانگین آن ها، بیشینه انرژی PKA ها و میزان آسیب تابشی به دست آمده است. محاسبات با استفاده از طیف نوترون راکتور بوشهر انجام شده است. با استفاده از این روش مقدار آسیب در راکتور بوشهر (برای فولاد زنگ نزن 316) برابر است با (dpa/fluence) 22-10× 2/7.
کلید واژگان: اتم های پس زده اولیه، برنامه AMTRACK، کد SRIM، VVER-1000، فولاد زنگ نزن سری316The displacement of the atoms from their lattice sites is one of the results of neutron irradiation on materials. The primary knocked-on atoms spectrum and their angular distribution should be calculated for consideration of neutron radiation damage calculation. The AMTRACK program has been developed to calculate this information. This program extracts and analyzes information about the primary knocked-on atoms by using Ptrac output of the MCNPX code. In this study, Stainless Steel 316, one of the most important alloys in the reactor pressure vessel, is investigated. The material is irradiated by single energy neutrons of 1keV to 10MeV, the fraction of produced PKAs, their average energy, their maximum energy, and radiation damage value are calculated. The calculations are performed by using the neutron spectrum of the Bushehr reactor. Using this method, the amount of damage in the Bushehr reactor pressure vessel (for Stainless Steel 316) is equal to 7.2×10-22 (dpa/ fluence).
Keywords: Primary Knocked-on Atom, SRIM Code, AMTRACK program, VVER-1000, Stainless steel 316 -
ایمنی در هر نوع آزمایش یکی از موارد بسیار مهم است. آزمایش خمش از جمله آزمون های مهم برای دست یابی به مشخصه های مواد است. در این مقاله، نرخ دز نمونه ی استاندارد برای آزمایش خمش گرافیت در رآکتور تحقیقاتی تهران به دست آمد. با استفاده از استانداردهای مختلف مقدارهای دز در فاصله های مختلف و دو بازه ی زمانی 15 و 40 روز تابش دهی محاسبه شد. محاسبه ها با استفاده از دو کد اوریجین و ام. سی. ان. پی. ایکس انجام شد. مقدارهای ناخالصی ماده با استفاده از دو تکنیک فلوئورسانی پرتو ایکس (XRF) و طیف سنجی نشر اتمی پلاسمای جفت شده ی (ICP-AES) اندازه گیری شد. نتیجه های محاسبه ها نشان داد که استاندارد کلیبورن و تروبی از استانداردهای دیگر سختگیرانه تر بوده و نمونه پس از گذشت 20 روز از تابش دهی با رعایت فاصله هایی در حدود cm 100 دارای دز کم تر از 1-μSv h 2 برای انجام آزمایش ها است. هم چنین محاسبه های مربوط به محفظه ی انتقال نشان داد که محدودیتی در انتقال نمونه ها وجود ندارد. در نهایت می توان گفت روش به کار گرفته شده در این پژوهش می تواند برای دیگر مواد موجود در قلب رآکتور نیز مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: محاسبه ی دز، مقاومت خمشی، رآکتور تحقیقاتی تهران، اوریجین، ام سی ان پی ایکسSafety is one of the most critical issues in any test. The flexural test is a significant one to obtain material specifications. In this paper, a standard sample dose rate was calculated for the graphite flexural test in Tehran research reactor. Using different standards, the dose was computed at different distances and two periods of radiation, 15-40 days. Our calculations were performed with the ORIGEN and MCNPX codes. The impurity amounts of the material were measured by two methods of X-ray Fluorescence (XRF) and Inductively Coupled Plasma, Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES). The obtained results show that the Claiborne & Trubey standard is more stringent than other standards, and it has less than 2 μSv/h dose with the observance of 100cm distance and 20 days after irradiation. Moreover, calculations of the transfer chamber indicate that there is no limitation for the transport of the samples. Finally, it can be concluded that the considered method of this research can be used also for other materials at the reactor core.
Keywords: Dose calculation, Flexural strength, Tehran reactor, ORIGEN, MCNPX -
فرایند تلاشی، یکی از مهم ترین روش های تولید نوترون در صنعت، پزشکی و غیره است. هم چنین از دیگر کاربردهای این فرایند، استفاده از آن در قلب راکتورهای زیربحرانی است. در این پژوهش، با استفاده از کد MCNPX، یک بررسی نوترونی بر روی هدف های تلاشی شکافت پذیر شامل اورانیم-238 و توریم-232 صورت گرفته است. پارامترهای بهره ی تولید نوترون و انرژی انتقال یافته، شکل هندسی هدف، طیف زاویه ای خروجی نوترون ها، نرخ تولید گاز و طیف جرمی عناصر باقی مانده برای هدف های تلاشی مورد نظر بررسی شده اند. نتایج نشان می دهد که شکل هندسی، در طیف خروجی نوترون بیش ترین تاثیر را داشته است، ولی بر روی طیف اتم های تولیدی اثری ندارد. در انرژی های بالاتر از GeV 1، تعداد نوترون های تولیدی در واحد انرژی به حالت پایدار می رسد و نرخ تغییرات تولید نوترون ها بعد از آن کاهش می یابد. علاوه بر این، هیدروژن عامل اصلی در ایجاد تورم در هدف تلاشی است و حدود 88% از گاز تولیدی را تشکیل می دهد.کلید واژگان: کد MCNPX، فرایند تلاشی، پارامترهای نوترونی، هدف های تلاشی اورانیم-238 و توریم-232Spallation process is the most important neutron generation method in industry, medicine, etc. This process in the subcritical reactor core is also another technique. In this research, we study the neutronic behavior of the spallation targets consisting of U-238 and Th-232 materials, by MCNPX code. The parameters under study comprise the spallation neutron yield, deposition energy, target geometry; angular spectrum of the neutron output, gas rate and residual mass spectrum. The results show that geometry has the greatest impact on the neutron output spectrum, but not on the residual mass spectrum. Numbers of neutrons per energy unit are stable at higher energies of 1 GeV, then the changes in neutron generation rate are reduced. Furthermore, hydrogen which is the principal factor in swelling of spallation target, consists of about %88 of gas production.Keywords: MCNPX Code, Spallation Process, Neutronic Parameters, U-238 & Th-232 Spallation Targets
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
