فهرست مطالب

نشریه فناوری و انرژی هسته ای
پیاپی 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ابولفضل شوقی، امیرسعید شیرانی، سید علی حسینی، مهدی زنگیان صفحات 1-9

    طراحی و شبیه سازی تست لوپ های تحقیقاتی در میان کشور های صاحب فناوری هسته ای اهمیت بالایی دارد. کارکرد سیستم کنترل فشار نقشی اساسی در کارکرد ایمن این تست لوپ های تحقیقاتی دارد. دراین مقاله به طراحی و شبیه سازی مدار تحت فشار و دمای بالا با استفاده از نرم افزار مهندسی Aspen HYSYS پرداخته شده است. برای کنترل فشار مدار شبیه سازی شده، یک سیستم تعدیل فشار به مدار اصلی متصل شده است. این سیستم با تزریق و برداشت نیتروژن در بالا دست فشارنده، فشار مدار را در حد معین ثابت نگه می دارد. همچنین این سیستم شامل یک کنترل کننده PID طراحی شده درون بخش Simulink نرم افزار MATLAB است که بصورت کوپل با نرم افزار مهندسی Aspen HYSYS و با کنترل میزان تزریق و برداشت نیتروژن، فشار مدار اصلی را در حد معین (حد مرجع) ثابت نگه می دارد. برای اطمینان از صحت عملکرد سیستم تعدیل فشار در حالت های گذرا، سناریو های مختلفی برای ارزیابی سیستم کنترل فشار اجرا شده اند. نتایج از دقت بالایی برخوردار است.

    کلیدواژگان: مدار تحت فشار، کنترل کننده PID، سیستم تعدیل فشار، کوپل Aspen HYSYSبا MATLAB Simulink
  • سحر مجاب*، احسان ظریفی، غلامرضا جهانفرنیا، مسعود منصوری صفحات 10-14

    اتاق کنترل یکی از بخش های نیروگاه هسته ای می باشد که اغلب با ریسک بالای آتش در ارزیابی های ریسک آتش شناخته می شود. با توجه به اهمیت مسیله آتش سوزی در اتاق کنترل اصلی نیروگاه اتمی بوشهر در این مقاله با استفاده از کد CFAST که از ابزارهای آنالیز ایمنی با روش های قطعیتی حوادث به شمار می رود، حریق در برد اصلی اتاق کنترل واحد یکم نیروگاه بوشهر شبیه سازی شده و نتایج حاصل ارزیابی شد. داده های مورد نیاز جهت شبیه سازی با کد CFAST از گزارش های تحلیل ایمنی و مدارک بهره برداری واحد یکم نیروگاه اتمی بوشهر و گزارش NUREG6850 استخراج شده است. نتایج نشان می دهد بیشترین درجه حرارت ثبت شده، در بخش بالایی کابینت ایستاده حدود 1013 درجه بوده که حاصل از شعله های آتش و همچنین انتقال حرارت از طریق دود بوده است. بالاترین درجه حرارت ثبت شده دیگر مربوط به دیواره پایینی کابینت ایستاده بود که حدود 700 درجه سانتی گراد محاسبه شد؛ این مقدار دما حاصل از حریق بر اثر شعله های آتش و حریق بر اثر انتقال حرارت تابشی بود. لازم به ذکر است سیستم تهویه اول حدود 350 ثانیه و سیستم تهویه دوم حدود 860 ثانیه پس از آغاز حریق تغییر حالت داده و مسدود شدند.

    کلیدواژگان: آتش سوزی، اتاق کنترل اصلی، واحد یکم نیروگاه اتمی بوشهر، آنالیز ایمنی یقینی، کد CFAST
  • حسین زایرمحمدی ری شهری، مجید زید آبادی نژاد* صفحات 15-22

    استفاده از سوخت حلقوی خنک شونده از داخل و خارج یکی از روش های پیشنهاد شده جهت افزایش ایمنی راکتورهای هسته ای است. این نوع سوخت امکان عبور سیال خنک کننده از داخل را فراهم می کند و در نتیجه حرارت بیشتری از سطح سوخت برداشت می شود. بدین منظور در این پژوهش یک مجتمع سوخت حلقوی خنک شونده از داخل و خارج با آرایش 11×11 در یک راکتور ماژولار کوچک مورد بررسی نوترونیک و ترموهیدرولیک قرار گرفته است. در نتایج حاصل از محاسبات نوترونیک مجتمع های سوخت حلقوی طراحی شده و مقایسه آن با راکتور مرجع مشخص شد که این دو طراحی ویژگی های نوترونیک مشابهی با یکدیگر دارند. اما در نتایج ترموهیدرولیک تاثیر قابل ملاحظه استفاده از سوخت حلقوی با قابلیت خنک شوندگی از داخل و خارج مشاهده گردید به طوری که استفاده از این نوع سوخت موجب کاهش بیشینه دمای سوخت، کاهش افت فشار و افزایش فاکتور خروج از جوشش هسته ای گردید.

    کلیدواژگان: سوخت حلقوی خنک شونده از داخل و خارج، راکتور ماژولار کوچک، فاکتور خروج از جوشش هسته ای
  • سعیده صفایی عرشی*، سید محمد میروکیلی صفحات 23-31

    به منظور ارتقاء کاربری های راکتور تحقیقاتی تهران در زمینه ی تست سوخت و مواد هسته ای و با توجه به پتانسیل موجود در این راکتور برای ایجاد شرایط نوترونی و ترموهیدرولیکی مناسب جهت انجام تست های پرتودهی نمونه میله-های سوخت راکتورهای تحقیقاتی تولید شده در داخل کشور، لوپ تست سوخت راکتور تحقیقاتی تهران با فشار نامی 10 بار و دبی جریان نامی m3/h20 به منظور شبیه سازی شرایط ترموهیدرولیکی راکتور مورد نظر طراحی و ساخته شده است. در این مقاله، عواقب حادثه از دست رفتن خنک کننده به دنبال بروز نقص در پمپ مدار خنک کننده اصلی تست لوپ بررسی شده و عملکرد سیستم های ایمنی در پاسخ به این حادثه برای تامین پایدار خنک کنندگی سوخت-های تحت تست و نیز به حداقل رساندن عواقب نامطلوب این حادثه ارزیابی شده است. در این راستا، سناریوهای محتمل توسط کد RELAP5 شبیه سازی و توانایی تجهیزات ایمنی لوپ برای جلوگیری از هرگونه آسیب به سوخت تحت تست، ارزیابی شده است.

    کلیدواژگان: راکتور تحقیقاتی تهران، لوپ تست سوخت، تحلیل ایمنی، حادثه از دست رفتن خنک کننده
  • علی شهابی نژاد*، احمد پیروزمند، عطاءالله ربیعی صفحات 32-42

    طراحی و استفاده از سیستم های ایمنی پسیو به عنوان یکی از راهکارهای موثر افزایش قابلیت اطمینان سیستم های ایمنی و در نتیجه بهبود سطح ایمنی نیروگاه های هسته ای قدرت در رآکتورهای نسل جدید مورد توجه زیادی قرار گرفته است. در این مقاله آنالیز ترموهیدرولیکی سیستم پسیو برداشت حرارت (PHRS) رآکتور VVER-1000 برای اطمینان از کفایت عملکرد این سیستم در شرایط کارکرد عادی با استفاده از کد محاسباتی RELAP5 مورد بررسی قرار می گیرد. به این منظور ابتدا نود بندی این سیستم با در نظر گرفتن مدارک موجود تعیین و سپس مدلسازی آن در کد RELAP5 صورت می گیرد. نتایج نشان می دهد که این سیستم قادر است در فشار 27/6 مگاپاسکال و دمای هوای 36 درجه سانتی گراد، 52/95 مگاوات برداشت حرارت انجام دهد.

    کلیدواژگان: رآکتور VVER-1000، سیستم پسیو برداشت حرارت (PHRS)، کد RELAP5
  • مجید حسینلو* صفحات 43-52
    راکتورهای SMR بدلیل کوچک و قابل حمل بودن و همچنین بعنوان پیشران هسته ای مورد توجه فراوان در چند سال اخیر قرار گرفته اند. دراین پژوهش مجتمع سوخت راکتور VVER-1000 به عنوان مبنا قرار داده شده و با روش ها و استدلال های خاصی فشرده و کوچک شده است. دراین تحقیق یک مجتمع سوخت بدون بور محلول و با تکیه بر جاذب های سوختنی مناسب جهت بکار گیری در قلب راکتور های SMR، طراحی و پیشنهاد شده است. ازچشم اندازها و اهداف این پژوهش به حذف اسیدبوریک از خنک کننده، تعیین تعداد میله های سوخت و ابعاد آنها کانال های راهنما درون مجتمع سوخت، تعیین چیدمان بهینه میله های سوخت و کانال های راهنما درون مجتمع سوخت، حفظ نسبت حجم سوخت به کندکننده و تعیین ابعاد مناسب مجتمع سوخت شش وجهی بدون بور برای به کارگیری در راکتورهای SMR اشاره کرد. از چالش های این طراحی حفظ نسبت حجم سوخت به کندکننده مجتمع سوخت مبنا برای مجتمع سوخت بدون بور طراحی شده به منظور حفظ گام میله های سوخت بود که با رعایت نکات نوترونیکی و ایمنی مرتفع گردید. طول سیکل مورد نظر برای مجتمع سوخت طراحی شده حدود 40 ماه بوده است که به این منظور غنای سوخت %6/6 تعیین گردیده است. باتوجه به افزایش غنای سوخت در قلب راکتورهای SMR، راکتیویته در ابتدای سیکل بسیار بالاست، درنتیجه نیاز به جبران این راکتیویته می باشد. باتوجه به این نکات، یکی از مهمترین چالش ها در طراحی مجتمع سوخت، کنترل راکتیویته درابتدای سیکل، طول سیکل و یکنواختی توزیع توان، درغیاب اسیدبوریک بود که با طراحی مناسب جاذب سوختنی گادالینیا مرتفع گردید. مجتمع سوخت بدون بور طراحی شده دارای 156 میله سوخت، 12 کانال راهنما و 1 کانال مرکزی می باشد. لازم به ذکر است که برای شبیه سازی مجتمع های سوخت و همچنین اطمینان از روند صحیح طراحی از کدهای MCNP و WIMS استفاده شده است.
    کلیدواژگان: راکتورSMR، مجتمع سوخت بدون بور محلول، مجتمع سوخت شش ضلعی، جاذب سوختنی
|
  • Abolfazl Shoghia, AmirSaeed Shirania, Seyed Ali Hosseinia*, Mahdi Zangiana Pages 1-9

    Design and simulation of research test facilities have great importance among countries nuclear technology. The operation of the pressure control system plays an essential role in the safe operation of these research test loops. In this paper, high-pressure and high-temperature circuit are designed and simulated using Aspen HYSYS engineering software. A pressure control system is connected to the primary circuit to control the simulated circuit pressure. This system keeps the circuit pressure constant at a certain level (reference limit) by injecting and removing nitrogen in the upper head of the pressurizer. The simulation includes a PID control system designed within the Simulink MATLAB, in coupling with Aspen HYSYS engineering software. To ensure the correct operation of the pressure control system in transients, various scenarios have been performed to evaluate the pressure control system.

    Keywords: High-Pressure Test Facilities, PID Controller, Pressurizer, Coupling of Aspen HYSYS with MATLAB Simulink
  • Sahar Mojab *, Ehsan Zarifi, Gholam Reza Jahanfarnia, Masoud Mansouri Pages 10-14

    The main control room is one of the parts of a Nuclear Power Plant that is often identified as a part of the high fire risk in fire risk assessments. Due to the importance of fire in the main control room of Bushehr NPP-Unit 1 (BNPP-1), in this study, by using the CFAST code which is one of the deterministic safety analysis code, the fire in the main board of BNPP-1 is simulated and the results are evaluated. Required data has been extracted from safety analysis reports, and operating documents of BNPP-1 and NUREG6850 report to simulate fire. The highest recorded temperature was measured in the upper layer of the standing cabinet, about 1013C, which was result of flames and heat transfer through smoke (convection). Another highest recorded temperature was at the lower wall of the standing cabinet, measured about 700C; this temperature was due to flames of fire and also because of radiation heat transfer. The first ventilation system was blocked in 350 seconds after the start of the fire, and the second ventilation system was blocked in 860 seconds after the start of the fire.

    Keywords: Fire, Main control room, BNPP-1, Deterministic Safety Assessment, CFAST code, DSA
  • Hossein Zayermohammadi Rishehria, Majid Zaidabadi nejada* Pages 15-22

    The use of dual-cooled annular fuel is one of the proposed methods to increase the safety of nuclear reactors. This type of fuel allows the cooling fluid to pass through the internal channel and as a result more heat is removed from the fuel surface. For this purpose, in this study, a dual-cooled annular fuel assembly with 11×11 array in a small modular reactor has been investigated by neutronic and thermal-hydraulic simulations. In the results of neutronic calculations, designed dual-cooled annular fuel assembly were compared with the reference reactor, it was found that these two designs have similar neutronic properties. But in the thermohydraulic results, a significant effect of the use of dual-cooled annular fuel was extracted. The use of this type of fuel reduced the maximum fuel temperature, the pressure drop and increased minimum departure from nucleate boiling ratio.

    Keywords: dual-cooled annular fuel, Small modular reactor, Power Peaking Factor
  • Saiedeh Safaei Arshi *, Seyed Mohammad Mirvakili Pages 23-31

    In order to enhance applicability of Tehran Research Reactor (TRR) for irradiation test of nuclear fuel and materials and considering TRR potential to provide required neutronic and thermal hydraulic conditions for irradiation tests on domestic fuel samples of research reactors, TRR fuel test loop with 10 bar nominal pressure and 20m3/h nominal flow rate is designed and fabricated to simulate thermal hydraulic conditions of the desired research reactor. In this paper, consequences of loss of flow in the loop due to primary pump breakdown are investigated and the functions of safety systems in response to this accident to provide continuous cooling of the fuels under test and mitigate any undesirable consequence are evaluated. In this regard, the probable scenarios are simulated using a RELAP5 model and the ability of the safety features of the loop to prevent any damage to the fuels under test is evaluated.

    Keywords: Tehran research reactor, Fuel test loop, Safety evaluation, Loss of flow accident
  • A. Shahabinejad*, A. Pirouzmand, A. Rabiee Pages 32-42

    The design and use of passive safety systems as one of the effective ways to increase reliability and safety level of nuclear power plants in new generation reactors has received much attention. In this paper, using RELAP5 computational code, the thermo-hydraulic analysis of the Passive Heat Removal System (PHRS) in the VVER-1000 reactor is investigated to ensure the capability of its performance under various conditions. For this purpose, the system nodalization is first extracted according to the available documentation and then the RELAP5 code input is developed. The results show that for 6.27 MPa pressure in steam generators and air temperature of 36 ° C, the system is able to remove 95.52 MW heat.

    Keywords: Passive Heat Removal System (PHRS), RELAP5 code, VVER-1000 reactor
  • Majid Hosseinllu * Pages 43-52
    In recent years SMRs have received a lot of attention due to their small size and portability, as well as some nuclear propulsion. In this research, VVER-1000 fuel assembly has been used as a basis and has been compacted and reduced by special methods and arguments. In this paper, a hexagonal fuel assembly without soluble boron and rely on suitable burnable absorbers has been designed and proposed for use in the SMRs. The objectives of this research are elimination of boric acid from the coolant, determine the number of fuel rods and guide channels inside the fuel assembly, determine the optimal arrangement of fuel rods and guide channels inside the fuel assembly, keeping the fuel to moderator ratio and determine the appropriate dimensions Boron-free hexagonal fuel assembly for use in SMR reactors. Also, one of the challenges of this design was to keeping the ratio of fuel volume to moderator of the VVER-1000 reactor fuel assemblies for SMR reactor, which was solved with neutronics and safety considerations. Due to the maintenance of the fuel volume to moderator ratio, pitch of fuel rods of the VVER-1000 reactor is also intended for the boron-free fuel assembly. Also the desired cycle length for the designed fuel assembly is about 40 month, for which the fuel enrichment has been set at 6.6%. According to increase in fuel enrichment in the SMR cores, the reactivity at the beginning of the cycle is very high, therefore, this reactivity needs to be compensated. One of the most important challenges and concerns in this research is the control of reactivity at the beginning of the cycle, during the cycle and the reduction of the radial power distribution In the absence of boric acid, the burnable absorber of gadolinium was solved problem with proper design. The designed boron-free fuel assembly has 156 fuel rods, 12 guide channels and 1 central tube. It should be noted that MCNP and WIMS codes have been used to simulate fuel assembly and also to ensure the correct design process.
    Keywords: Small modular reactor, soluble boron free fuel assembly, hexagonal fuel assembly, burnable absorber