نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی هسته ای، دانشکده فیزیک، دانشگاه اصفهان

2 پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

چکیده

راکتور مینیاتوری چشمه نوترونی یک راکتور تحقیقاتی از نوع مخزن-استخری است. در طرح اصلی که راکتور اصفهان نیز از آن نوع است، از اورانیوم با غنای بالا به‌عنوان سوخت، آب سبک به‌عنوان خنک‌کننده و برلیوم به‌عنوان بازتابنده استفاده ‌شده است. هنگام بهره‌برداری از راکتور دمای سیال خنک‌کننده افزایش می‌یابد و باعث ایجاد فید بک منفی در راکتور می‌شود. براثر این فید بک، راکتیویته اضافی در دسترس کاهش‌یافته و زمان عملکرد راکتور کاهش می‌یابد؛ بنابراین یکی از محدودیت های اصلی راکتور MNSR زمان عملکرد کوتاه آن (حدود 2/5 ساعت) در قدرت اسمی است. در این پژوهش، یک تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی برای مدل‌سازی پدیده جابجایی آزاد در قلب، مخزن و استخر راکتور انجام‌شده؛ و اثر کویل خنک‌کننده در بالای مخزن راکتور برافزایش زمان عملکرد راکتور موردبررسی قرارگرفته است. قلب راکتور به‌عنوان یک محیط متخلخل و یک منبع حرارتی با توان ثابت 30 کیلووات در نظر گرفته‌شده است تا با کاهش جزئیات، حجم محاسبات کاهش یابد. مقادیر تجربی و مقادیری که از حل عددی به‌دست‌آمده، تطابق قابل‌قبول دارند و این روش را تایید می‌کنند. نتایج نشان می‌دهد؛ در حالت بدون کویل ، افزایش دمای سیال خنک‌کننده به طور پیوسته یک شیب صعودی دارد؛ اما در حالت استفاده از کویل، افزایش دمای سیال خنک‌کننده تا مدت ‌زمان حدود 2 ساعت، شیب صعودی دارد اما بعد گذشت این زمان، شیب صعودی بسیار کم می‌شود و دما در یک محدوده نوسان می‌کند؛ در مقایسه باحالت بدون کویل، متوسط دما 3 درجه‌ کاهش‌یافته و زمان عملکرد راکتور حدود 1/5 ساعت افزایش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of the effect of cooling coil of miniature reactor on increasing the operating time of the reactor

نویسندگان [English]

  • meysam zargar 1
  • Mohammad Hossein Esteki 1
  • Mansour Talebi 2
  • Javad Mokhtari 2

1 Department of Nuclear Engineering, Faculty of Physics, Isfahan University of Technology

2 Nuclear Science & Technology Research Institute (NSTRI)

چکیده [English]

The Miniature Neutron Source Reactor is a tank-in-pool research reactor. In the original design, which is also of the Isfahan reactor, uses highly-enriched uranium as fuel, light water as coolant, and beryllium as reflector. As the coolant temperature increases during reactor operation, it causes negative feedback in the reactor. This feedback effect reduces the available excess reactivity and reactor operation time. Therefore, one of the main limitations of the MNSR reactor is its short operating time (about 2.5 hours) at nominal power of 30 kw. This paper, performs CFD analysis to model the natural convection in the reactor core, vessel and pool. Finally, the effect of the cooling coil on increasing the reactor operation time has been investigated. The reactor core is considered as a porous medium and a heat source with a constant power of 30kw to reduce the computational time. The experimental values and the values obtained from the numerical solution are in good agreement. Results showed without cooling coil the temperature of the coolant increases with a steady upward slope; but when using the cooling coil, for the first 2 hours the increase in the temperature of the coolant has an upward slope and after that the increasing rate decreases and the temperature fluctuates within a certain range. Compared to the case when there is no cooling coil, the average temperature decreases 3 degrees and the reactor operating time increases about 1.5 hours.

کلیدواژه‌ها [English]

  • cooling coil
  • porous medium
  • CFD
  • Miniature Neutron Source Reactor