فهرست مطالب

نشریه فناوری و انرژی هسته ای
سال دوم شماره 2 (پیاپی 6، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • بررسی اثر غلظت زینان بر ضریب هدایت حرارتی شکاف بین سوخت و غلاف در یک راکتور PWR
    امیر صادق نوع دوست* صفحه 1

    در این پژوهش با استفاده از زبان برنامه نویسی فرترن یک کد محاسباتی به منظور بررسی اثر غلظت زینان بر ضریب هدایت حرارتی شکاف بین سوخت و غلاف ارائه شده است. برای این منظور ابتدا مدل انتقال حرارت بین سوخت و خنک کننده شبیه سازی شده است که در آن دمای سیال خنک کننده با استفاده از روش افزایش انتالپی محاسبه شده و پس از آن به ترتیب دمای سطح خارجی و داخلی غلاف، دمای شکاف و توزیع دمای سوخت در راستای شعاعی محاسبه می شوند. پس از مدل سازی انتقال حرارت، با اضافه کردن زینان به گاز هلیوم موجود در شکاف، ضریب هدایت حرارتی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصل از این پژوهش با کد FRAPCON3.1 مطابقت بالایی دارد.

    کلیدواژگان: ضریب هدایت حرارتی، روش افزایش انتالپی، FRAPCON3.1
  • باز طراحی قلب راکتور تحقیقاتی تهران با استفاده از سوخت صفحه ای UO2
    مصطفی دهقان*، مجید حسینلو صفحه 2

    سوخت UO2 کارامل یک نوع از سوخت های جدید محسوب می شود که با غنای کاهش یافته برای استفاده در راکتورهای تحقیقاتی با چگالی توان بالا مناسب می باشد. کاهش ضخامت و صفحه ای بودن سوخت های کاراملی باعث افزایش انتقال حرارت و پایین آمدن دمای سوخت می گردد. از کد MCNP برای بررسی های نوترونی سوخت کاراملی و مقایسه آن با پارامترهای نوترونی راکتور تحقیقاتی تهران استفاده گردیده است و همچنین از نرم افزار مهندسی ANSYS با استفاده از روش المان محدود (FEM)، کارایی حرارتی سوخت کاراملی ارزیابی شده است. در این پژوهش، کمیت مهم و قابل ارزیابی نوترونی، بررسی راکتیویته و ضریب تکثیر موثر قلب و همچنین ضرایب قله توانی شعاعی و شار نوترون حرارتی قلب راکتور باز طراحی شده می باشد. نتایج به دست آمده از قلب راکتور باز طراحی شده با سوخت کاراملی با نتایج راکتور تهران با سوخت از جنس U3O8-Al بررسی شده است. باتوجه به نتایج به دست آمده، می توان بیان کرد که سوخت های کاراملی از لحاظ حرارتی باعث افزایش انتقال حرارت و پایین آمدن دمای سوخت شده و همچنین از لحاظ نوترونی با درصد غنای پایین تری نسبت به سوخت بارگذاری شده در قلب راکتور تهران به راکتیویته موردنظر در ابتدای سیکل می رسد.

    کلیدواژگان: سوخت کاراملی، تحلیل مکانیکی، تحلیل حرارتی، راکتور تهران، شبیه سازی نوترونی، مونت کارلو
  • تحلیل معیار موفقیت حادثه شکست خط بخار در نیروگاه وستینگ هاوس تحت فشار با دو حلقه خنک کننده
    علیرضا نجفی، امیرسعید شیرانی* صفحه 3

    تحلیل معیار موفقیت، نوعی از تحلیل های یقینی است که در حوزه تحلیل احتمالاتی سطح-1 به سه منظور انجام می شود: 1- تعیین شرایط نهایی هر توالی موجود در درخت رویداد حادثه، 2- تایید یقینی نتایج درخت خطای سیستم ها 3- کمک به تعیین احتمال خطای انسانی و پیامدهای آن. در این تحقیق تحلیل نوع 1 انجام گرفته است. در ابتدا با استفاده از کد MELCOR، مدل پایای نیروگاه توسعه یافته است و سپس حادثه شکست خط بخار (MSLB) که جزء حوادث مبنای طرح است مدل شده است. درخت رویداد این حادثه شامل 12 توالی است که برای هریک شرایط نهایی با استفاده از تحلیل معیار موفقیت تعیین شده است. منظور از شرایط نهایی بررسی این موضوع است که راکتور به شرایط ایمن رسیده است یا خیر. معیار استفاده شده، عدم افزایش دمای غلاف به بیش از 1477 کلوین یا عدم افزایش فشار محفظه ایمنی به بیش از مقدار طراحی (0.4 مگاپاسکال) می باشد. به طور کلی برای مهار این حادثه، 2 عملکرد ایمنی مورد نیاز است: 1- کنترل راکتیویته 2- برداشت حرارت با استفاده از ایزوله کردن خط بخار و سیستم آب تغذیه اضطراری مدار دوم. در توالی 1 حادثه هر دو عملکرد فوق به درستی انجام می-شود، اما در صورت انجام نشدن عملکرد 2، لازم است تا اپراتور وارد عمل شده و برداشت حرارت را از طریق فرآیند تزریق و تخلیه مدار اول با کمک سیستم تزریق ایمنی و شیرهای کاهش فشار در مدار اول انجام دهد. با توجه به در دسترس بودن یا نبودن سیستم ها و عملکرد های مورد نیاز، در برخی از توالی ها معیارهای فوق نقض شده و راکتور به شرایط ایمن نمی رسد. با انجام تحلیل معیار موفقیت شرایط نهایی برای تمام توالی ها، به جز توالی های 6 و 11 که به حادثه القایی شکست لوله های مولد بخار(ISGTR) منتهی می شوند تعیین شده است. لازم به ذکر است، این حادثه دارای درخت رویداد مستقل بوده و در این تحقیق درنظر گرفته نشده است. نتایج تحلیل معیار موفقیت برای توالی ها نشان می دهد که توالی های 1، 2 و 7 هیچ کدام از معیارها را نقض نکرده و به شرایط نهایی ایمن منتهی می شوند. توالی های 3 و 8 با عبور از فشار طراحی محفظه ایمنی باعث آسیب به آن می شود. توالی های 4، 5، 9، و 12 نیز با عبور از دمای 1477 کلوین در غلاف، باعث آسیب قلب می شوند.

    کلیدواژگان: شکست خط بخار، تحلیل احتمالاتی ایمنی، تحلیل یقینی ایمنی
  • مروری جامع بر مدل های تابشی در محیط فضا
    حمید جعفری*، سارا شوریان، امیرحسین فقهی، فرهاد باقراسکویی صفحه 4

    برای شبیه سازی محیط تابش فضا و انواع پرتوهای آن بر روی زمین، مدل های مختلفی توسط معتبرترین مراکز فضایی دنیا ارائه شده است و نرم افزارهای مختلفی از جمله SPENVIS و CREAME96 بر مبنای این مدل ها طراحی شده اند. در این مقاله مروری جامع بر مهم ترین مدل های تابشی در محیط فضا شده است. این مدلها به سه دسته مدلهای ذرات به دام افتاده، رویداد ذرات خورشیدی و پرتوهای کیهانی تقسم می شوند. عملکرد هر یک از این مدل ها با یکدیگر مقایسه و در نهایت بهترین آنها برای توصیف ذرات به دام افتاده در کمربند تابشی، ذرات نشات گرفته از رویداد های خورشیدی و پرتوهای کیهانی مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: مدل تابشی، محیط فضا، ذرات به دام افتاده، رویدادهای خورشیدی، پرتوهای کیهانی
  • اندازه گیری انرژی نوترونها و دوترونهای گسیل شده در دستگاه پلاسمای کانونی
    امیر رئیس دانا*، اصغر صدیق زاده، چاپار رسولی، احسان نوری صفحه 5

    آزمایشهایی با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی IR-MPF-100 (40 kV , 144 µF , 115 kJ) جهت آشکارسازی نوترونها و دوترونهای گسیل شده و اندازه گیری انرژی نوترونها و دوترونها طراحی و انجام شده اند. در این آزمایشها، ولتاژ شارژ خازنها 14 kV ، گاز کاری دوتریوم و فشار اولیه گاز داخل محفظه 1.5 mbar است. در این آزمایشها با قراردادن یک آشکارساز پلاستیک سنتیلاتور NE-102 در فاصله 2.5 m از ناحیه پینچ و اندازه گیری زمان پرواز نوترونها، انرژی نوترونها اندازه گیری شده است. اندازه گیری های انجام شده زمان پرواز نوترونها را در بازه 94 ns - 128 ns و انرژی نوترونها را در بازه 2 MeV - 2.52 MeV نشان می دهد. به منظور اندازه گیری انرژی دوترونها به جای استفاده از فارادی کاپ، یک روش جدیدتر و ساده تر ابداع شده است بدین ترتیب که یک هدف در مقابل ناحیه پینچ قرار داده می شود. در اثر برخورد یونها با هدف، سیگنال دوم پرتو ایکس آشکارسازی می شود. فاصله زمانی مابین سیگنال اول پرتو ایکس و سیگنال دوم پرتو ایکس، زمان پرواز یونها را نشان می دهد. در این آزمایشها انرژی دوترونها در بازه 56 keV تا 462 keV اندازه گیری شده است.

    کلیدواژگان: پلاسمای کانونی، واکنشهای گداخت D-D، انرژی نوترونها، انرژی دوترونها
  • بررسی رفتار دینامیکی قلب راکتور تحقیقاتی مینیاتوری چشمه نوترون اصفهان در طی حادثه تزریق راکتیویته
    سعید زارع گنجارودی*، احسان ظریفی صفحه 6

    تجزیه و تحلیل حوادث یکی از مهم ترین و پیچیده ترین فرآیندها در ارزیابی ایمنی تاسیسات هسته ای می باشد. حادثه تزریق راکتیویته یکی از حوادث مهم مبنای طرح در ایمنی راکتور های هسته ای می باشد. هدف از انجام این مطالعه، ارزیابی رفتار دینامیکی قلب راکتور تحقیقاتی مینیاتوری چشمه نوترون اصفهان (MNSR) در طی حادثه تزریق راکتیویته می باشد. در این مقاله با استفاده از قابلیت های کد RELAP5رفتار قلب راکتور MNSR در طی حادثه تزریق راکتیویته مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در نهایت، نتایج مربوط با برخی مراجع منتشر شده در این خصوص مقایسه شده است تا صحت سنجی اطلاعات با دقت بالا انجام پذیرد. نشان داده شد، در اثر تزریق راکتیویته معادل (mK) 6/3، قدرت راکتور با شیب بسیار بالا شروع به افزایش می کند به طوری که پس از گذشت زمان 268 ثانیه توان راکتور به حدود 100 کیلوات (9/99 وات) یعنی بیش از 3 برابر توان اسمی خواهد رسید. همچنین، در اثر تزریق راکتیویته معادل (mK) 05/6، ناگهان یک خیز توان راکتور رخ خواهد داد.

    کلیدواژگان: ایمنی، هسته ای، راکتیویته، MNSR، دینامیکی
|
  • Investigation of Xenon concentration effect on the thermal conductivity of the gap between fuel and cladding in a PWR reactor
    Amir Sadegh Noe Doost * Page 1

    In this research, using Fortran programming language, a computational code is presented to investigate the effect of xenon concentration on the thermal conductivity of the gap between the fuel and clad. For this purpose, first the heat transfer model between the fuel and the coolant is simulated in which the coolant temperature is calculated using the enthalpy rise method and then the outer and inner surface temperature of clad, the gap temperature and the radial temperature distribution of fuel are calculated. After modeling the heat transfer, the thermal conductivity is investigated by adding xenon to the helium gas in the gap. The results of this study are highly consistent with FRAPCON 3.1 code.

    Keywords: Fortran, Thermal Conductivity, Enthalpy Rise Method, FRAPCON 3.1
  • Redesign of Tehran Research Reactor Core by using UO2 Plate Fuel
    Mostafa Dehghan *, Majid Hosseinllu Page 2

    Caramel UO2 fuel is a new type of fuel that is suitable for use in high power density research reactors with reduced fuel enrichment. Reducing the thickness and flatness of caramel fuels increases heat transfer and reduces the fuel temperature. The purpose of this study is to investigate the neutronic and thermal-hydraulics properties of caramel fuel. The MCNP nuclear code have been used to analysis the neutronic parameters of caramel fuel and compare it with the neutron parameters of Tehran research reactor. Also, ANSYS engineering software using finite element method (FEM), thermal-hydraulics and mechanical efficiency of caramel fuel has been evaluated. In this research, the important and measurable quantity of neutrons is the study of reactivity and effective multiplication factor of the core of the redesigned open reactor, and in the mechanical analysis of fuel, stress and strain phenomena are obtained. The results obtained from the open reactor designed with caramel fuel have been investigated with the results of Tehran reactor with U3O8-Al fuel. According to the results, it can be said that caramel fuels in terms of heat increase heat transfer and lower fuel temperature, and also in terms of neutrons with a lower percentage of enrichment than the fuel loaded in the core of the Tehran reactor to the desired and to arrives at the beginning of the cycle.

    Keywords: Caramel Fuel, Thermal-Hydraulic Analysis, Tehran Reactor Core, Neutronic Simulation, Monte-Carlo
  • Success Criteria Analysis of Steam Line Break for a Typical Two-loop Westinghouse PWR
    Alireza Najafi, Amir Saeed Shirani * Page 3

    Success criteria analysis (SCA) is one type of deterministic analysis and in the case of the PSA level 1 framework, it is used in 3 areas. 1- determination of the end state for each sequence of the event tree, 2- deterministic confirmation of the fault tree analysis, 3- help to calculate the human error probability and identify its consequences. This research covers the 1st type of SCA. Success criteria as a deterministic analysis must be based on a realistic steady-state model of the plant, so the MELCOR code is used to model the plant which is a 2-loops Westinghouse PWR. When the steady-state model is achieved, the design basis accident i.e. MSLB is modeled. The event tree of the accident contains 12 sequences and it is needed to determine the end state for each sequence. Determining the end states through success criteria analysis is to express the exact condition of the NPP i.e., is it a safe end state or not, so two different criteria are used in order to identify the safe end state, the peak clad temperature must not exceed 1477 K or the pressure of the containment is not allowed to be increased more than the design pressure (0.4 Mpa). For mitigation of the MSLB accident consequences, two safety functions are required: 1- reactivity control and 2- heat removal by use of the main steam line isolation and emergency feed water in the secondary circuit. Both of the mentioned functions above are satisfied in the 1st sequence, but if there is a failure in the heat removal, the operator must start the primary feed and bleed process by use of the Safety Injection System (SIS) and Safety Depressurization Valve (SDV) in the primary circuit. According to the operation or failure of the required systems or functions, in some sequences, the above criteria are not met and it is not a safe end-state condition for the reactor. By implementing the success criteria analysis which is known as sequence analysis SCA, the end state for all sequences (except the 6th and 11th sequences that lead to Induced Steam Generator Tube Rupture (ISGTR) accident is determined.according to the results, none of the criteria above are violated in the 1st, 2nd, and 7th sequences and thus they lead to the safe end state. The design pressure criterion for the containment is not met in the 3rd and 8th sequences and there will be containment damage. The 4th, 5th, 9th, 10th, and 12th sequences lead to core damage as the peak clad temperature exceeds 1447 K

    Keywords: Success Criteria Analysis, MSLB, PSA, Deterministic Safety Analysis
  • A comprehensive review of radiation models in the space environment
    Hamid Jafari *, S Shoorian, S.A.M Feghhi, F Bagheroskouei Page 4

    The various models have been presented by the most reliable space centers in the world to simulate the space radiation environment and its types of radiation on the earth. In addition, the various software, including SPENVIS and CREAME96, have been designed based on these models. In this article, a comprehensive review of the most important radiation models in the space environment is presented. These models are divided into three categories: trapped particles, solar particle events, and cosmic rays. The performance of each of these models has been compared and finally the best of them has been investigated to describe particles trapped in the radiation belt, particles originating from solar events and cosmic rays.

    Keywords: Radiation Model, Space Environment, Trapped Particles, Solar Events, Cosmic Rays
  • Measurement of Emitted Neutron and Deuteron Energies in a Dense Plasma Focus Device
    Amir Raeisdana *, Asghar Sadighzadeh, Chapar Rasouli, Ehsan Noori Page 5

    Experiments have been designed and performed using the IR-MPF-100 dense plasma focus device (40 kV , 144 µF , 115 kJ) . In these experiments, the charging voltage of the capacitors is 14 kV, the pressure of the deuterium working gas is 1.5 mbar. These experiments are designed to detect the emitted neutrons and deuterons and to measure the energy of neutrons and deuterons. By placing a plastic scintillator detector 2.5 m away from the pinch area and measuring time of flight of neutrons, the neutron beam energy was measured in the range of 2 – 2.52 MeV. In order to measure the energy of the deuterons, an aluminum target is placed in front of the anode. When ions collide to the target, x-ray is emitted and the emitted x-ray is detected. Time interval between the anode X-ray (first signal) and the target X-ray (second signal) results deuterons time of flight (TOF). In this research, ions energy was measured in the range of 56 – 462 keV.

    Keywords: Plasma Focus Device, D-D Fusion Reactions, Neutron Beam Energy, Deuterium Beam Energy
  • Investigation of the dynamic behavior of the Isfahan miniature neutron source reactor core during the reactivity injection accident
    Saeed Zare Ganjaroodi *, Ehsan Zarifi Page 6

    Incident analysis is one of the most important and complex processes in assessing the safety of nuclear reactors. The purpose of this study is to evaluate the dynamic behavior of the Isfahan Research Miniature Neutron Source Reactor during the reactivity injection incident. In this paper, using the capabilities of the RELAP5 code, the core behavior of the reactor during the reactivity injection incident is evaluated. Finally, the results have been compared with references in order to verify the information with high accuracy. Results showed that due to the injection 3.6 (mK) reactivity, the power with a very high slope begins to increase so that after 268 seconds the power to about 100 (kW) (99.9 (kW)). Also, due to the injection of 6.05 (mK) reactivity a sudden rise in power will occur.

    Keywords: Safety, Nuclear, Reactivity, MNSR, Dynamic