فهرست مطالب

نشریه فناوری و انرژی هسته ای
پیاپی 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • معصومه دهقانی زاده، محسن خردمند سعدی*، غلامرضا جهانفرنیا صفحات 1-8

    ارزیابی عملکرد سوخت در شرایط حادثه یک چالش مهم در آنالیز ایمنی به شمار می رود. بدین منظور، کدهای محاسباتی متعددی مختص بررسی عملکرد میله سوخت توسعه یافته اند. این کدها به بررسی پدیده های حاکم بر رفتار میله سوخت در حین حادثه شامل تغییر فاز غلاف، اکسید شدن زیرکونیوم، تغییر شکل خزشی و شکست آلیاژ غلاف می پردازند. هدف پژوهش حاضر، بررسی عملکرد میله سوخت راکتور VVER-1000 در حین حادثه از دست رفتن خنک کننده مدار اول با استفاده از مجموعه کدهای FRAPCON-4.0 و FRAPTRAN-1.5 می باشد. نمونه مورد بررسی میله سوخت راکتور VVER-1000 در آزمایش IFA-650.6 است. مقایسه نتایج بدست آمده با دیگر نتایج تیوری و تجربی منتشر شده، موید اعتبار کد در آنالیز ترمومکانیکی میله سوخت VVER می باشد. علاوه بر این، نتایج شبیه سازی صورت گرفته نشان داد که علاوه بر معیارهای ایمنی فعلی در طراحی سیستم های ایمنی حادثه LOCA لازم است شکست غلاف نیز به عنوان دیگر معیار ایمنی درنظر گرفته شود. این موضوع هم اکنون توسط کمیسیون نظام ایمنی آلمان (RSK) در تحلیل حادثه LOCA اعمال میگردد.

    کلیدواژگان: عملکرد میله سوخت، آنالیز ترمومکانیکی، کد FRAPCON، کد FRAPTRAN
  • لیلی تقی زاده*، مهدی زنگیان، جواد مختاری صفحات 9-23

    محاسبه دقیق پارامترهای سینتیکی موثر اهمیت زیادی در بررسی رفتار وابسته به زمان جمعیت نوترون دارد. برای محاسبه این پارامترها نیاز به محاسبه شار و شار الحاقی در فضای فاز می باشد که می تواند با روش های یقینی و احتمالاتی محاسبه گردد. در این مقاله، محاسبه پارامترهای سینتیکی ترکیب جدید قلب راکتور HWZPR در رهیافت یقینی، با بسته نرم افزاری MTR_PC و در رهیافت احتمالاتی با کد MCNP5X که با روش احتمال تکرار شکافت  (IFP) توسعه یافته، انجام شده است. پارامترهای سینتیکی محاسبه شده با این روش ها بوسیله مقایسه پاسخ معادلات سینتیک نقطه ای و مقادیر تجربی برای یک تزریق راکتیویته اعتبارسنجی شده است، تطابق خوبی بین نتایج محاسبات و مقادیر تجربی مشاهده گردید.

    کلیدواژگان: شار الحاقی، روش احتمال تکرار شکافت، پارامترهای سینتیکی، HWZPR، کد MCNP5X، بسته نرم افزاریMTR، PC
  • سارا شوریان، حمید جعفری*، سید امیرحسین فقهی صفحات 24-35

    در این کار تغییرات جریات نشتی در یک دیود سیلیکونی ، به عنوان آرایه اصلی بسیاری از قطعات الکترونیکی، در معرض تابش نوترون های یک راکتور نوعی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور تعیین طیف PKA  از کد مونت کارلوی MCNPX برای محاسبه اتلاف انرژی غیریونیزان در قطعه استفاده شده است. در این کار از رویکرد محاسبات دینامیک مولکولی برای بدست آوردن تعداد نقص های ایجاد شده ناشی از برخورد طیف نوترون های راکتور در یک قطعه دیود سیلیکونی استفاده شده است.  شبیه سازی پارامترهای الکتریکی این قطعه و بررسی تغییرات آن ها در معرض نوترون های راکتور نیز توسط نرم افزار SILVACO انجام شده است. نتایج نشان می دهد که جریان نشتی با برخورد نوترون ها با محتملترین انرژی PKA در حدود 82/6 برابر مقدار آن قبل از تابش افزایش پیدا کرده و به حدود  nA/µm 54/3 می رسد.

    کلیدواژگان: جریان نشتی، دیود سیلیکونی، دینامیک مولکولی، MCNPX، طیف نوترون راکتور
  • زهره غلامزاده*، فرخ خوش احوال صفحات 36-48

    استفاده از نمک های مذاب فلوراید اورانیوم-توریم در ترکیبات مختلف به طور گسترده ای در راکتورهای نمک مذاب انجام شده است. در واقع یکی از مهمترین مزیت این نمک های مذاب، دمای ذوب و جوش بسیار بالای آنها است. لذا استفاده از هدف های نمک مذاب فلوراید اورانیوم می تواند نیاز به انتقال حرارت را در سیستم های تولید رادیوایزوتوپ توسط شتابدهنده برطرف سازد. لذا در این کار، بررسی اولیه استفاده از این نمک مذاب به عنوان ماده هدف در شتابدهنده سیکلوترون به منظور تولید رادیوایزوتوپها مختلف انجام گردید. از کد محاسباتی MCNPX و ALICE/ASH جهت محاسبات استفاده شد. نتایج حاصل از این کار نشان می دهد. استفاده از این نمک های مذاب می تواند معضلات انتقال حرارت هدف و محدودیت اعمال جریان باریکه پروتونی بر ماده هدف را برطرف سازد. ضمن اینکه تولید و برداشت محصولات مختلف رادیوایزوتوپ را به طور همزمان فراهم می سازد. با بهینه کردن هندسه هدف می توان بهره تولید محصولات مختلف شکافت را در ماده نمک مذاب افزایش داد. همچنین استفاده از شتابدهنده می تواند وابستگی تولید رادیوایزوتوپهای مورد استفاده پزشکی و صنعت را به راکتورهای هسته ای کاهش دهد.

    کلیدواژگان: کد MCNPX، کد ALICE، ASH، رادیوایزوتوپ، تابش دهی پروتونی، هدف نمک مذاب اورانیوم-فلوراید
  • پیمان اعرابی جشوقانی، مجید خرسندی*، سید امیرحسین فقهی صفحات 49-54

    اندازه گیری دقیق دبی آب و هوا در جریان های دوفازی بسیار حایز اهمیت است. تکنیک تضعیف پرتوهای گاما یکی از روش های پرکاربرد برای اندازه گیری دبی در جریان های چندفازی است. در این پژوهش، دبی های آب و هوا با دقت بالا در یک حلقه جریان دوفازی آب و هوا، مستقل از نوع رژیم پیش بینی شده است. در این راستا، ترکیبی از یک چشمه تک انرژی گاما، یک آشکارساز یدور سدیم 3 اینچی و شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی دبی‎های آب و هوا در رژیم های دوفازی گاز-مایع حبابی [1]، لخته ای [2]، توپی [3]، حلقوی [4] و پراکنده [5] مورد استفاده قرار گرفت. دو شبکه عصبی از نوع "روش گروهی بکارانداختن داده ها [6]" (GMDH) با استفاده از داده های استخراج شده از طیف ارتفاع پالس یک چشمه سزیم-137، در شرایط دینامیک سیال دوفازی توسعه داده شدند. شبکه های عصبی با 5 ویژگی شامل اختلاف فشار، شمارش کل حاصل از آشکارساز، شمارش قله تمام-انرژی، شمارش لبه کامپتون و شمارش قله پس‏پراکندگی مورد آموزش و تست قرار گرفتند. نتایج حاصل از شبکه های عصبی، نشان دهنده مقدار میانگین خطای نسبی کمتر از 5/4 درصد برای دبی های آب و هوای پیش بینی شده، است. علاوه بر این، استفاده از تنها یک چشمه تک انرژی و تنها یک آشکارساز یدور سدیم، روشی نوین در فرآیند دبی سنجی با استفاده از تکنیک هسته ای است.

    کلیدواژگان: حلقه جریان دوفازی، تضعیف گاما، دبی سنجی، شبکه عصبی مصنوعی، آشکارساز یدور سدیم
  • امید صفرزاده*، سیمین مهرابی صفحات 58-68
    یکی از جنبه های مهم در طراحی و عملکرد یک راکتور هسته ای، بررسی رفتار راکتور در طی حالات گذرا و شرایط غیر پایا است. برای این منظور، روش های مختلفی برای تحلیل حالت گذرا ارایه شده است. حل مستقیم معادله پخش نوترون در حالت گذرا به همراه معادله غلظت مولدهای نوترون تاخیری یکی از روش های دقیق ولی پرهزینه از نظر محاسباتی به حساب می آید. استفاده از این روش ها در طراحی سیستم کنترل توان راکتورهای هسته ای نیز موجب پیچیدگی کنترل کننده می شود که پیاده سازی آن را در عمل با مشکل مواجهه می کند. از این رو، در طراحی سیستم کنترل راکتور هسته ای معمولا از سینتیک نقطه ای استفاده می شود که تغییرات مکانی شار در نظر گرفته نمی شود. اخیرا سینتیک چند نقطه ای برای کاستن این نقصان ارایه شده است. این روش در طراحی سیستم کنترل استفاده شده است اما دقت آن بررسی نشده است. این مقاله به مقایسه سینتیک چند نقطه ای در تغییرات آنی میله کنترل و مقایسه با سینتیک نقطه ای متداول و حل مستقیم معادله پخش وابسته به زمان می پردازد. استخراج معادلات سینتیک چند نقطه ای با استفاده از معادلات پخش دو گروهی انجام و از روش رانجی کوتا مرتبه 4 برای حل معادلات، استفاده شده است. نتایج نشانگر این است که، سینتیک چند نقطه ای رفتار گذرا را با انحراف کمتری از سینتیک یک نقطه ای محاسبه می کند. انحراف ناشی از تغییرات زیاد راکتیویته بیشتر از حالتی است که تغییرات راکتیویته آرام باشد. انحراف ناشی از تغییرات زیاد راکتیویته بیشتر از حالتی است که تغییرات راکتیویته آرام باشد. بنابراین سینتیک چند نقطه بیشتر برای بررسی تغییرات آرام و کند راکتیویته پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: حالت گذرا، دینامیک راکتور، سینتیک چند نقطه ای
|
  • M .Dehghanizadeh, Mohsen Kheradmand *, Gh .Jahanfarnia Pages 1-8

    Evaluating fuel performance in the event of an accident is an important challenge in safety analysis. To this end, several computational codes have been developed to evaluate the performance of the developed fuel rod. These codes examine the phenomena that governing the behaviour of the fuel rod during an accident include sheath phase alteration, zirconium oxidation, creep deformation, and sheath alloy failure. The aim of the present study is to investigate the performance of the VVER-1000 reactor fuel rod during an LOCA accident using FRAPCON-4.0 and FRAPTRAN-1.5 codes. The sample examined is the VVER-1000 reactor fuel rod in the IFA-650.6 test. Comparison of the obtained results with other published theoretical and experimental results confirms the validity of the code in thermo mechanical analysis of VVER fuel rod. In addition, the simulation results showed that the current safety criteria in the design of LOCA safety systems, it is necessary to consider sheath failure as another safety criterion. This is currently being addressed by the German Commission on Safety (RSK) in the analysis of the LOCA incident.

    Keywords: Fuel rod performance, thermo mechanical analysis, FRAPCON code, FRAPTRAN code
  • Leili Taghizadeh *, Mehdi Zangian, Javad Mokhtari Pages 9-23

    The accurate calculation of effective kinetics parameters is very important in the study of time-dependent behavior of neutron populations.To calculate the parameters, it is necessary to calculate the flux and adjoint flux in the phase space, which can be calculated with deterministic and probability methods. In this paper, in order to obtain the kinetic parameters of the new configuration of the Isfahan heavy water zero power reactor core in a deterministic approach, the MTR-PC package has been used and in the probabilistic approach the developed mcnp code with Iterated Fission Probability (IFP) has been used.The kinetic parameters calculated by these methods are validated by comparing the response of the point kinetics and experimental values for a reactive injection, and a good agreement was found between the results of the calculations and the experimental values.

    Keywords: Flux, Adjoint flux, Iterated Fission Probability, kinetic parameters, HWZPR, MCNP code, MTR, PC package
  • S. Shoorian, H. Jafari *, S.A.H. Feghhi Pages 24-35

    In this work, the leakage current variation of a silicon diode, as the basic element of many electronic components, has been investigated in the exposure by neutron spectrum of a typical thermal rector. To determine the PKA spectrum, the MCNPX Monte Carlo code has been used to calculate the non-ionizing energy loss in the device. Molecular Dynamic Calculations are used to determine the number of reactor neutron induced defects in a silicon diode. The simulation of electrical parameters for irradiation of reactor neutron was also done by SILVACO software. The results show that the leakage current increases by about 6.82 times the amount of it before irradiation, up to about 3.54 nA/μm by the exposure of neutrons.

    Keywords: Leakage current, Silicon diode, SILVACO, Molecular dynamic, MCNPX, Reactor neutron spectrum
  • Farokh Khoshahval *, Zohreh Gholamzadeh Pages 36-48

    Fluoride Uranium-Thorium molten salts are widely used in the molten salt reactors in different compositions. The most important characteristic of the MSRs is high melting and boiling point. Therefore, the use of molten salt solution of uranium fluoride can eliminate the need for heat transfer in radioisotope production systems by accelerators. The initial study of the use of this molten salt as a target material in a cyclotron accelerator was carried out to generate various radioisotopes. We used MCNPX and ALICE/ASH. The results of this study show that the use of these molten salts can solve the problem of heat transfer and limit the application of proton beam flow on the target material. While also producing and harvesting various radioisotope products simultaneously.By optimizing the target geometry, we can increase the production rate of the different fission products in molten salt material. In addition, the use of accelerators can reduce the dependence of the production of radioisotopes used in medicine and industry to nuclear reactors.

    Keywords: Two-phase flow, Gamma-ray attenuation, flow rate, Artificial Neural Networks, NaI(Tl), Detector counts
  • Peyman Aarabi Jeshvaghani, Majid Khorsandi *, Seyed AmirHossein Feghhi Pages 49-54

    Gas-liquid two-phase flow is probably the most important form of multiphase flows and is found widely in the oil industry. The accurate prediction of the air and water flow-rates are important in two-phase flow. Nowadays, multiphase flow-rates measurement by gamma-ray attenuation technique is known as one of the most common precise methods. In this work, the air and water flow-rates independent of flow regime changes were accurately predicted within a two-phase flow loop in the laboratory. For this purpose, a combination of single beam gamma-ray, single detector and artificial neural network (ANN) were used in order to predict the flow-rates in the bubble, plug, slug, annular and dispersed regimes of gas-liquid two-phase flows. Two different types of neural networks (GMDH) were developed. The networks were developed based on four features extracted from recorded pulse height distribution in a dynamic condition. The result shows, air, and water flow-rates were measured with an average of Mean Relative Error (MRE) less than 4.5%. Overall results revealed that using the proposed method, gamma-ray attenuation technique combined with an ANN model can be efficiently used to predict the flow-rates. Furthermore, in this study, a new method based on a single beam, single energy, and the single detector was proposed in order to solve this problem, without any recalibration

    Keywords: Two, phase flow, Gamma, ray attenuation, flow rate, Artificial Neural Networks, NaI(Tl) Detector
  • Omid Safarzadeh *, Simin Mehrabi Pages 58-68
    One of the most important aspects in design and operation of a nuclear reactor is investigation of the reactor during transient and non-steady conditions. For this purpose, different methods are presented for transient analysis. The direct solution of space-time dependent neutron diffusion equation with delayed neutron precursor equation is one of the most accurate and computationally expensive method. Use of this method in power control system design results in complex controller that its implementation encounters difficulties. Therefore, the point kinetic equation is used in design of nuclear reactor power control system by losing of the neutron flux shape variations. Recently, the multipoint kinetic equations are presented to decrease this limitation. This paper investigates the solution of multipoint kinetic in nuclear reactors and compares its results to conventional point kinetic equation and time-dependent solution of neutron diffusion equation for different benchmarks. The multipoint kinetic equations are derived via two group diffusion equations and are solved with forth order Runge-Kutta method. The results indicate that the deviation of the power level by use of multipoint kinetic method is lower than the conventional single point method in contrast to time-dependent solution of neutron diffusion equation. The deviation of power level is getting bigger in large reactivity insertion/withdraw that small reactivity perturbation. Therefore, multipoint kinetic method is more recommended for small reactivity change.
    Keywords: Transient state, Reactor Dynamic, Multipoint Kinetic