نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی: 4697-19395، تهران - ایران

2 پژوهشکده رآکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 1339-14155، تهران - ایران

10.24200/nst.2022.1445

چکیده

هدف از این تحقیق، طراحی یک جعبه مناسب جهت پرتودهی سنگ‌های جواهراتی توپاز و بهبود پارامترهای نوترونی آن با حفظ شرایط لازم جهت خنک‌شوندگی آن‌ها در رآکتور تحقیقاتی تهران است. در این راستا با تعریف فیلتر نوترونی مناسب و شبیه‌سازی جعبه پرتودهی با استفاده از کد 7/2MCNPX در چیدمان قلب، پارامترهای نوترونی قلب محاسبه و بهترین هندسه جهت محاسبات دمایی انتخاب گردید. سپس اجزاء مختلف کانال و جعبه پرتودهی در نرم‌افزار Solidworks شبیه‌سازی و با استفاده از افزونه Flow Simulation آن، محاسبات حرارتی مسأله اجرا شد. نتایج نشان داد که حضور آب در کانال پرتودهی و جعبه سنگ‌ها، با این‌که خنک‌سازی مناسبی برای سنگ‌های توپاز فراهم می‌سازد، اما به دلیل کند کردن نوترون‌های سریع موجب اکتیو شدن شدید سنگ‌ها می‌گردد. در حالی که با استفاده از یک لوپ بسته مستقل از آب استخر رآکتور و به‌کارگیری سیالی گازی مانند هوا، میزان شار نوترون‌های حرارتی و در نتیجه اکتیویته سنگ‌ها کاهش می‌یابد. هم‌چنین نتایج نشان داد که در این حالت با انتخاب سرعت مناسب سیال و تنظیم توان قلب، می‌توان شرایط قابل قبولی جهت پرتودهی طولانی مدت و ایمن سنگ‌ها فراهم نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design of irradiation box of topaz stones and its neutronic and thermal analysis in Tehran Research Reactor

نویسندگان [English]

  • Z. Zarei 1
  • M. Amin Mozafari 2
  • S. Mohammadi 1
  • M. Hasanzadeh 2

1 Department of Physics, Payame Noor University, P.O.Box: 19395-4697, Tehran – Iran

2 Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 14155-1339, Tehran – Iran

چکیده [English]

This paper aims to design a suitable irradiation box of topaz stones and improve the neutronic parameters by maintaining the necessary conditions for their cooling in Tehran Research Reactor (TRR). In this way, by defining an appropriate neutron filter and simulating the irradiation box in the TRR core with MCNPX2.7 code, the neutronic parameters of the core are calculated, and the best configuration is selected. Then, various components of the irradiation channel are simulated using the Solidworks software, and thermal calculations are performed using the Flow Simulation plug-in. The results showed that although the presence of water in the irradiation channel and topaz box results in good cooling for topaz stones, the slowdown of fast neutrons causes intense activation of the stones. However, by using a closed-loop independent of the reactor pool water and a gaseous fluid such as air, the thermal neutron flux and consequently the activity of the stones is reduced. Moreover, the results demonstrated that, in this case, acceptable conditions could be provided for long-term and safe irradiation of stones by selecting the appropriate fluid velocity and adjusting the core power.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Neutronic and thermal analysis
  • Solidworks
  • MCNPX
  • Topaz stone
  • Tehran Research Reactor
1. N.M. Mohamed, M.A. Gaheen, Design of fast neutron channels for topaz irradiation, Nuclear Engineering and Design, 310, 429-437 (2016).
 
2. A.S. Leal, et al, Study of neutron irradiation-induced colors in Brazilian topaz, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 580(1), 423-426 (2007).
 
3. N. Zandi, et al, Study on a new design of Tehran Research Reactor for radionuclide production based on fast neutrons using MCNPX code, Applied Radiation and Isotopes, 132, 67-71 (2018).
 
4. AEOI, Safety Analysis Report of Tehran Research Reactor, Atomic Energy Organization of Iran, (2009).
 
5. M.H.C. Dastjerdi, H. Khalafi, Design of a thermal neutron beam for a new neutron imaging facility at Tehran research reactor, Physics Procedia, 69, 92-95 (2015).
 
6. A. Lashkari, et al, Neutronic analysis for Tehran Research Reactor mixed-core, Prog. Nucl. Energy, 60, 31–37 (2012).
 
7. N. Zandi, Study on a new design of Tehran Research Reactor for radionuclide production based on fast neutrons using MCNPX code, Applied Radiation and Isotopes, 132, 67-71 (2018).
 
8. H. Khalafi, M. Gharib, Optimization of 60Co production using neutron flux trap in the Tehran research reactor, Ann. Nucl. Energy, 32, 331–341 (2005).
 
9. M.R. Aboudzadeh, et al, Preparation and Characterization of Chitosancapped Radioactive Gold Nanoparticles: Neutron Irradiation Impact on Structural Properties…. Safety Analysis Report for the Tehran Research Reactor (HEU), Tehran-Iran, (13, 339-345.AEOI, 1966) (2015).
 
10. D.B. Pelowitz, MCNPX user’s manual, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, (2005).