دانشگاه ارومیه

دانشکده علوم

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته فیزیک هسته‎ای

شبیه سازی قلب راکتور VVER-1000  و محاسبه ضریب تکثیر قلب با استفاده از کد محاسباتی MCNPX

استاد راهنما: پروفسور رسول خدابخش

استاد مشاور: مهندس کورش کشتکار

پاییز  1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده:

واحد 1 نیروگاه هسته ای بوشهر یک راکتور آب تحت فشار (PWR) است که در سال 2011 به اولین بحرانیت خود رسیده است. راکتورهای آب تحت فشار در ایالات متحده و بیشتر از آن در اروپا و روسیه گسترش داده می شوند. گستره استفاده از این راکتور ها در سطح جهان، اهمیت مطالعه بر این راکتورها را نشان می دهد. کاهش قابل توجه در هزینه های محاسباتی و پیشرفت عالی کدها، استفاده گسترده از شبیه سازی مونت کارلو را در سال های اخیر بر می انگیزد. از کد محاسباتی مونت کارلو  N ذره ای (MCNPX) ورژن 2.3.0 و مجموعه ای از داده های سطح مقطع نوترونی برای شبیه سازی یک مدل سه بعدی کامل دقیق قلب راکتور قدرت  PWR مدل VVER 1000 بکار برده شد. مدل هندسی کامل قلب با استفاده از امکانات جهان و شبکه که توسط کد MCNPX فراهم است بدست آورده شد. هندسه قلب راکتور را تا آنجا که امکان داشت، شامل تمامی جزئیات میله های سوخت، میله کنترل، میله  جاذب سم سوختی و تمامی کانال های هدایت و بازتابنده مدل سازی شد. در حالت قدرت صفر سرد پارامتر های ضریب تکثیر و راکتیویته برای مدل MCNPX شبیه سازی شده اندازه گیری شد و با مدل واقعی مقایسه شد. نتایج بر این دلالت داشت که مدل مونت کارلوی شبیه سازی شده شباهت کافی را با قلب راکتور قدرت  VVER 1000 دارد.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                  صفحه

فصل اول مقدمه  …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1

فصل دوم نوترون و برهمکنش آن با ماده   …………………………………………………………………………………. 4

2-1- برهمکنش نوترون با هسته   ……………………………………………………………………………………………………………….. 4

2-1-1- پراکندگی پتانسیلی    ………………………………………………………………………………………………………………… 5

2-1-2- تشکیل هسته مرکب   ……………………………………………………………………………………………………………….. 5

2-1-3- گیر اندازی  …………………………………………………………………………………………………………………………………. 5

2-1-4-پراکندگی غیرکشسان   ……………………………………………………………………………………………………………… 6

2-1-5-شکافت     ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 6

2-2- واکنش زنجیره ای و اصول راکتور‎های هسته ای    …………………………………………………………………………….. 12

2-2-1- واکنش زنجیره ای    …………………………………………………………………………………………………………………… 13

2-2-2- چرخه نوترون در یک راکتور حرارتی    ……………………………………………………………………………………… 13

2-2-3- دسته بندی انواع راکتور‎ها     ……………………………………………………………………………………………………… 16

فصل سوم معرفی قلب راکتور WWER _  1000  و مشخصات آن  ……………………………… 18

3-1- اصول کلی کار نیروگاه اتمی  ………………………………………………………………………………………………………………… 18

3-2-  قلب راکتور  ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 20

3-2-1- میله سوخت  …………………………………………………………………………………………………………………………………. 24

3-2-2- بسته‎های زهرهای مصرف شدنی( سم سوختی)  …………………………………………………………………………. 28

3-2-3- میله‎های کنترل میله جاذب  ………………………………………………………………………………………………………..30

3-2-4- مجتمع سوخت  …………………………………………………………………………………………………………………………….. 32

3-2-5- توصیف انواع مجتمع‎های سوخت  ………………………………………………………………………………………………… 35

3-2-6- الگوی بارگزاری سوخت در راه اندازی اولیه   ……………………………………………………………………………….. 37

3-3-خنک کننده (یا کندکننده)   …………………………………………………………………………………………………………….. 37

3-4- سیستم کنترل و محافظت راکتور   …………………………………………………………………………………………………… 38

3-4-1- سیستم میله کنترل   ……………………………………………………………………………………………………………………. 38

3-4-2- سیستم تنظیم بور   ……………………………………………………………………………………………………………………… 41

فصل چهارم معرفی روش مونت کارلو و کد MCNPX  ………………………………………………………….. 42

4-1- MCNP و روش  مونت کارلو  ………………………………………………………………………………………………………………. 42

4-1-1- روش مونت کارلو و روش قطعی  …………………………………………………………………………………………….. 42

4-1-2- روش مونت کارلو  …………………………………………………………………………………………………………………….. 43

4-2- معرفی خصوصیات کد MCNP  …………………………………………………………………………………………………………… 45

4-2-1- داده هسته‎ای و برهمکنش‎ها  ……………………………………………………………………………………………………….. 45

4-2-2- مشخصات چشمه  …………………………………………………………………………………………………………………………. 47

4-2-3- تالی‎ها و خروجی  ………………………………………………………………………………………………………………………….. 48

4-2-4- تخمین خطاهای مونت کارلو  ………………………………………………………………………………………………………. 49

4-2-5- کاهش واریانس (مربع انحراف استاندارد)  ……………………………………………………………………………………. 50

4-2-6- هندسه در MCNP  ……………………………………………………………………………………………………………………. 51

4-2-6-1- سلول‎ها  …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 53

4-2-6-2- تعیین نوع صفحه     …………………………………………………………………………………………………………………. 55

4-2-6-1-3- تعیین پارامتر صفحه     ……………………………………………………………………………………………………….. 55

4-3- فایل ورودی برای مسئله نمونه     …………………………………………………………………………………………………………. 58

4-3-1- فایل ورودی INP      …………………………………………………………………………………………………………………. 60

4-3-1- 1-کارت‎های سلول     ……………………………………………………………………………………………………………. 61

4-3-1- 2-کارت‎های سطح     ……………………………………………………………………………………………………………. 62

4-3-1- 3-کارت‎های داده      …………………………………………………………………………………………………………….. 62

4-3-1-3-1- کارت نوع مسئله (MODE)     ……………………………………………………………………………… 63

4-3-1-3-2- کارت‎های  هندسی     ……………………………………………………………………………………………… 64

4-3-1-3-3- کاهش واریانس     ……………………………………………………………………………………………………. 69

4-3-1-3-4- مشخصات چشمه     ………………………………………………………………………………………………… 72

4-3-1-3-5- مشخصات تالی    ……………………………………………………………………………………………………… 78

4-3-1-3-6- کارت تالی Fna    …………………………………………………………………………………………………… 80

4-3-1-3-7- مشخصات ماده و سطح مقطع     …………………………………………………………………………….. 81

4-3-1-3-8- انرژی و رفتار حرارتی     ………………………………………………………………………………………….. 82

4-3-1-3-9-  مسائل انقطاع      ……………………………………………………………………………………………………. 83

4-3-1-3-10 –  آرایه‎های داده کاربر     ……………………………………………………………………………………….. 83

فصل پنجم  شبیه سازی قلب VVER 1000  با استفاده از کد  MCNPX  …………….. 85

5-1- مقدمه   ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 85

5-2- شبیه سازی قلب     ……………………………………………………………………………………………………………………………… 85

5-3- شبیه سازی بازتانده (reflectore)     ……………………………………………………………………………………………….. 89

5-4- بحرانی ساختن راکتور VVER 1000 در حالت واقعی     ………………………………………………………………. 91

5-5- بحرانی ساختن راکتور VVER 1000 در حالت شبیه سازی     …………………………………………………….. 92

5-6-  محاسبات بحرانی در MCNPX     ………………………………………………………………………………………………….. 93

5-7-  محاسبه کسر نوترون‎های تأخیری در راکتور     ………………………………………………………………………………… 93

فصل ششم کد شبیه سازی و نتایج آن   ………………………………………………………………………………………. 95

6-1- کد   ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 95

6-2- داده ها و نمودار محاسبه شده برای ضدیب تکثیر   ……………………………………………………………………………. 108

6-3- محاسبه کسر نوترون‎های تأخیری در راکتور ẞeff  ………………………………………………………………………….. 109

6-4- نتیجه گیری  …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 111

6-5- پیشنهاد برای کارهای آتی  …………………………………………………………………………………………………………………… 112

فهرست شکل ها

شکل 2-1 مراحل فرایند شکافت  …………………………………………………………………………………………………………………….  8

شکل 2-2 طیف محصولات شکافت اورانیوم  با نوترون حرارتی   …………………………………………………………  9

شکل 2-3 طیف انرژی نوترون شکافت   ………………………………………………………………………………………………………….. 11

شکل 2-4 چرخه نوترون برای راکتور حرارتی  ………………………………………………………………………………………………… 14

شکل 3-1 اصول کلی کار نیروگاه اتمی  …………………………………………………………………………………………………………… 40

شکل 3-2 قلب راکتور VVER-1000  …………………………………………………………………………………………………………. 41

شکل 3-3 قرص سوخت   ………………………………………………………………………………………………………………………………… 25

شکل 3-4 میله سوخت  ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 27

شکل 3-5 میله سم سوختی  ……………………………………………………………………………………………………………………………. 29

شکل 3-6 میله‎های کنترل میله جاذب  …………………………………………………………………………………………………………… 31

شکل 3-7  مجتمع سوخت  ……………………………………………………………………………………………………………………………… 34

شکل 3-8 مجتمع سوخت نوع 16 و24   ………………………………………………………………………………………………………… 36

نوع 36   ………………………………………………………………………………………………………………… 36 شکل 3-9 مجتمع سوخت

شکل 3-10 مجتمع سوخت نوع 24B20  ……………………………………………………………………………………………………… 36

شکل 3-11 مجتمع سوخت نوع 36B36  ……………………………………………………………………………………………………… 36

شکل 3-12 نحوه چیدمان مجتمع های سوخت در سطح قلب  ……………………………………………………………………… 37

شکل 3-13 موقعیت گروه میله های کنترل روی صفحه قلب  ……………………………………………………………………….. 39

شکل 4-1 روش مونت کارلو  …………………………………………………………………………………………………………………………….. 44

شکل4-2 سیستم راستگرد  ………………………………………………………………………………………………………………………………. 52

شکل5-1  میله سوخت چیدمان قرص ها درون میله  …………………………………………………………………………………….. 87

شکل 5-2 میله سم سوختی   …………………………………………………………………………………………………… 87

شکل5-3 میله جاذب   ……………………………………………………………………………………………. 87

شکل 5-4 مجتمع سوخت شبیه سازی شده  ………………………………………………………………………………………………….. 88

شکل5-5 طرحی از  بازتابنده راکتور VVER 1000  …………………………………………………………………………………. 90

شکل 5-6 طرح قلب راکتور VVER 1000 و بازتابنده  ……………………………………………………………………………… 90

شکل 6-1 نمودار ضریب تکثیر بر حسب غلظت اسید بوریک  ………………………………………………………………………. 1.9

فهرست جدول ها

جدول 2-1  تعداد نوترون های گسیلی در هر شکافت   ……………………………………………………………………………. 10

جدول 2-2 انرژی گسیلی و بازیافتنی برای شکافت    …………………………………………………………………….. 12

جدول 2-3  انواع راکتور های اصلی  …………………………………………………………………………………………………………..  17

جدول 3-1 مشخصات فنی اصلی و شرایط راه اندازی قلب راکتور WWER-1000  ……………………………… 22

جدول 3-2 مشخصات اصلی هندسی قلب راکتور WWER-1000  ……………………………………………………….. 24

جدول 3-3 مشخصات عملیاتی و هندسی میله سوخت  …………………………………………………………………………… 27

جدول 3-4 مشخصات بسته های سم سوختی  …………………………………………………………………………………………. 28

جدول 3-5 مشخصات میله‎های کنترل میله جاذب  …………………………………………………………………………………. 30

جدول 3-6 مشخصات مجتمع سوخت  ……………………………………………………………………………………………………….. 33

جدول 3-7 توصیف انواع مجتمع های سوخت برای بارگذاری اول   ……………………………………………………….  35

جدول 4-1 راهنما برای تفسیر خطای نسبی R  ………………………………………………………………………………………. 50

جدول 4-2 کارت‎های سطح MCNP  ………………………………………………………………………………………………………. 57

جدول 4-3 زیر پارامترها کارت‎های هندسی MCNP  …………………………………………………………………………….. 64

جدول 4-4 کارت‎های سطح MCNP  ………………………………………………………………………………………………………. 69

جدول 4-5 کارت تعیین چشمه  ……………………………………………………………………………………………………………….. 72

جدول 4-6 متغیر‎های چشمه  …………………………………………………………………………………………………………………….. 74

جدول 4-7 متغیر‎های چشمه  …………………………………………………………………………………………………………………….. 78

جدول 4-8 انواع تالی ها  …………………………………………………………………………………………………………………………….. 80

جدول 4-9 انواع کارت ها ی ماده  …………………………………………………………………………………………………………….. 81

جدول 4-10 کارت های کنترل  ………………………………………………………………………………………………………………… 82

جدول 4-11 کارت های انقطاع  ………………………………………………………………………………………………………………… 83

جدول 5-1 مشخصات هندسی بازتابنده  …………………………………………………………………………………………………… 89

جدول 6-1 تغییرات ضریب تکثیر بر حسب غلظت اسید بوریک  …………………………………………………………….. 108

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.