شبیه‌سازی و ارزیابی نوترونیک و حفاظ استخر دوم یک رآکتور تحقیقاتی نوعی به‌عنوان استخر سوخت مصرفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

چکیده
محاسبات طراحی استخر سوخت مصرفی مستلزم درنظر گرفتن جنبه‌­های مختلف ازجمله نوترونیک، ترموهیدرولیک، ایمنی، حفاظ، اقتصادی و بهره‌­برداری است. باتوجه به هزینه بالای طراحی و ساخت یک استخر سوخت مصرفی جدید و همچنین وجود فضاهای خالی در استخر برخی از رآکتورهای تحقیقاتی، محاسبات نوترونیک و حفاظ برای امکان­‌سنجی استفاده از استخر دوم یک رآکتور تحقیقاتی نوعی به‌­عنوان استخر سوخت­ مصرفی با استفاده از کدهای ORIGEN2.1 و MCNP6 انجام شده است. اولین گام در محاسبات، تعیین فاصله بین سوخت‌­ها (گام شبکه) به‌­گونه‌­ای است که ضریب تکثیر مؤثر برای بدترین حالت ممکن کمتر از 0/95 باشد که گام شبکه 13 سانتی­‌متر این شرایط را برآورده می‌­کند. محاسبه جملات چشمه برای سوخت مصرفی با بیشترین میزان مصرف (60­%) برای لحاظ کردن بدبینانه‌­ترین حالت انجام شده است. کارکرد پیوسته رآکتور و 24 ساعت خنک‌­شوندگی، به‌­عنوان کمترین زمان ممکن برای انتقال سوخت مصرفی به قفسه نگه­‌داری جهت داشتن بدبینانه‌­ترین شرایط، در طراحی قفسه نگه‌­داری سوخت مصرفی درنظر گرفته شده است. برای یک قفسه با 100 بسته سوخت مصرفی که از هر طرف 87 سانتی­‌متر با دیوار استخر فاصله دارد، لایه آبی به ضخامت 300 سانتی‌­متر در بالای سوخت‌­ها و ضخامت 85 سانتی‌­متر دیوار بتونی برای امکان استفاده از استخر شماره 2 به‌­عنوان استخر مصرفی کفایت می‌­کند که معیار آهنگ دز کمتر از 1 و 10 میکروسیورت بر ساعت برای پشت دیوار و بالای سطح آب استخر را نیز برآورده می‌­کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Neutronics and shielding simulation and evaluation of a second pool of a typical research reactor as spent fuel pool

نویسندگان English

E. Boustani
M. Hasanzadeh
Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 14155-1339, Tehran - Iran
چکیده English

The design calculations of the spent fuel pool require the consideration of various parameters such as neutronic, thermal-hydraulic, safety, shielding, economic and operation. Considering the high cost of designing and building of a new spent fuel pool as well as the existence of empty spaces in the pool of some research reactors, neutronic and shielding calculations for the feasibility of using second pool of a typical research reactor as a spent fuel pool is done using ORIGEN2.1 and MCNP6 codes. The first step is the determination of the distance between fuels (grid pitch) in such a way that the effective multiplication factor for the worst possible case is less than 0.95, that 13 cm grid pitch fulfills this condition. Source term calculation for a fuel with the highest burnup (60%) is done as the most pessimistic condition. Continuous operation and 24 hours cooling are considered as the shortest possible time to transfer spent fuels to the storage rack in order to have the most pessimistic conditions in the design of spent fuel rack. For a rack with 100 spent fuels that is 87 cm away from the pool wall on each side, a 300 cm layer of water on top of the fuels and 85 cm thick concrete wall are enough for the possibility of using second pool as a spent fuel pool. It has been found that it meets the dose rate criteria of less than 1 and 10 μSv/h behind the wall and above the pool water level.

کلیدواژه‌ها English

Neutronic
Shielding
Research reactor
Spent fuel
MCNP6 code
  1. IAEA safety standards, Design of Fuel Handling and Storage Systems for Nuclear Power Plants, Specific Safety Guide No. SSG-63. 2020.

 

  1. Lebrun A, Bignan G. Nondestructive assay of nuclear low-enriched uranium spent fuels for burnup credit application. 2016.

 

  1. Robert K. Criticality Safety in the Waste Management of Spent Fuel from NPPs. 2011.

 

  1. Arndt B, Klaus R, Wasinger K. Advanced spent fuel storage pools. Storage of spent fuel from power reactors. Vienna. IAEA. 2003;130-141.

 

  1. Perschmann W.D, Fuchs H.P, Banck J. Impact of Extended Burnup of Spent Fuel on Backend of Fuel Cycle. German Perspective. IAEA. Vienna. 2002;8-11 July.

 

  1. IAEA-Nuclear Energy Series. No. NF-T-3.9. Research Reactor Spent fuel management Options and Support to Decision Making. VIENNA. 2021.

 

  1. Management and storage of Research Reactor Spent Nuclear Fuel, Proceedings of a Technical Meeting held in Thurso. United Kingdom. 2009;19–22 October.

 

  1. IAEA-TECDOC-1508. Spent fuel management options for research reactors in Latin America. VIENNA. 2006.

 

  1. Benz J.M, Smartt H.A. Maintaining Continuity of Knowledge of Spent Fuel Pools Tool Survey. the U.S. Department of Energy. 2016 August.

 

  1. Khan L.A, Ahmad N. Reactivity worth of the thermal column of a MTR type swimming pool research reactor using low enriched uranium fuel. Annals of Nuclear Energy. 2002 1 Jul;29(10):1253-9. Doi: 10.1016/S0306-4549(01)00108-6.

 

  1. Mahmood T, Bokhari I.H, Iqbal M, Mahmood T, Ahmed N, Israr M. Performance evaluation/analysis of Pakistan Research Reactor-1 (PARR-1) current core configuration. Progress in Nuclear Energy. 2011 1 Aug;53(6):729-35. Doi.org/10.1016/j.anucene. 2007.06.006.

 

  1. IAEA-Tecdoc-233. Research Reactor Core Conversion from The Use of Highly Enriched Uranium to The Use of Low Enriched Uranium Fuels Guidebook. 1980.

 

  1. Sallmann D.I, Moersch I.J, Vlaski D.I. Design of spent nuclear fuel storage facilities for the load cases earthquake and aircraft impact-technical specifications, methods and examples for wet and dry storage. Transactions of the Korean Nuclear Society Autumn Meeting Yeosu, Korea. 2018 25-26 October.

 

  1. Gol Narges S, Mousavian S.K. Thermal-hydraulic analysis of loss-of-cooling accident in spent fuel pool of Bushehr NPP using the RELAP5 and MELCOR. Journal of Nuclear Science and Technology. 2020 21 Nov;41(3):87-96 [In Persian].

 

  1. IAEA Safety Standards Series No. SSG-15. Storage of Spent Nuclear Fuel. Specific Safety guide. 2012.

 

  1. Mohammadi A, Hassanzadeh M, Omidvari N. Criticality safety analysis of TK-13 cask in Bushehr nuclear power plant. Kerntechnik. 2017;82:637–642. Doi.org/10.3139/124.110831.

 

  1. Safety Analysis Report for Tehran Research Reactor. Atomic Energy Organization of Iran. 2009.

 

  1. Safety Analysis Report for Australian Nuclear Science and Technology Organization. 2004.

 

  1. Pelowitz D.B. MCNP6TM User’s Manual. Version 1.0, Los Alamos National Laboratory report LA-CP-13-00634. 2013.

 

  1. Crofft A.G. A User’s Manual for the ORIGEN 2.1 Computer Code. Rep. ORNL/TM-7175 Oak Ridge National Laboratory. 2000.

 

  1. Lamarsh J.R. Introduction to Nuclear Engineering. Addision- Wesely Publishing Company. 1975.