مقاله بررسی راكتورهای هسته ای - دانلود
مقاله بررسی راكتورهای هسته ای در 19 صفحه ورد قابل ویرایش
مقاله بررسی راكتورهای هسته ای در 19 صفحه ورد قابل ویرایش
-1- تاریخچه راكتورهای VVER
اولین نیروگاه هسته ای با راكتور آب تحت فشار شوروی سابق، در شهر Novovoronezh در سال 1963 وارد مرحله بهره برداری شد. این نیروگاه VVER-210 نامیده شد و قدرت الكتریكی آن 265 مگاوات بود. این طرح در تكنولوژی وستینگهاوس الهام گرفته شده بود و نسبت به آن تفاوتها و كمبودهای زیادی داشت. دومین راكتور از همین نوع به قدرت 336 مگاوات در همان شهر یعنی Novovoronezh ساخته شد. در این دو نیروگاه كه اولین نسل از نیروگاههای VVER بود پوشش ایمن برای راكتور در نظر گرفته نشده بود. در واقع این دو نیروگاه را میتوان به عنوان نیروگاههای آزمایشی برای جمع آوری اطلاعات فنی و تجربیات اولیه جهت توسعه نیروگاههای VVER بعدی در نظر گرفت.
براساس تجربیاتی كه از این راكتورهای نوع اول بدست آمد طرح استاندارد یك نیروگاه جدید به قدرت 440 مگاوات با راكتور آب تحت فشار از نوع VVER-230 ریخته شد و دو واحد از این نیروگاه در سال 1972 و 1973 در همان شهر Novovoronezh وارد مرحله بهره برداری شدند.
براساس تجربیاتی كه از نسل اول و دوم نیروگاههای VVER بدست آمد طرح راكتورهای V-213 تهیه شد و بخشی از كمبودهای مدل V230 جبران شد.
دو واحد 440 مگاواتی از نوع V-213 كه در شهر Lovisa فنلاند ساخته شده بخصوص از نظر تكامل نیروگاههای VVER جالب توجه بود. این دو واحد كه از طرف شوروی سابق ساخته می‌شد با تكنولوژی پیشرفته كشورهای غربی بهبود یافت. انجام این تغییرات در تحول بعدی نیروگاههای VVER كاملاً مشهود بود.
از سال 1970 طراحی نیروگاههای VVER به قدرت 1000 مگاوات شروع شد و چند سال بعد ساخت اولین نمونه آن آغاز شد.
اولین نیروگاه 100 مگاواتی شوروری سابق در سال 1980 Novovoronezh به بهره برداری رسید. با اعمال تغییراتی در طراحی نیروگاه كه در دوران توسعه راكتورهای 440 مگاواتی بدست آمده بود، منجر به بهبودهای اساسی در طراحی راكتور VVER-1000 شد. از جمله نوآوریهایی كه در این نوع راكتورها اعمال شده كه در مدلهای جدید راكتورهای 440 مگاواتی نیز به كار رفته است میتوان به موارد زیر اشاره كرد.
- ایجاد یك پوشش ایمنی دوجداره كه جدار خارجی آن از بتن پیش فشرده می‌باشد.
- پوشانیدن جدار داخلی دیگ فشار از یك لایه فولاد ضد زنگ برای جلوگیری از خوردگی
- افزایش چگالی قدرت قلب راكتور با یكنواخت تر كردن انتقال حرارت در حجم قلب و افزایش سرعت آب خنك كننده.
- بكارگیری مكانیسم های الكترومغناطیسی برای حركت دادن چنگك های كنترل
- استفاده از اسید بوریك علاوه بر میله های كنترل برای كنترل راكتور
- استفاده از یك توربین واحد 1000 مگاواتی یا دو توربین موازی.
- توربین ژنراتورهای هر راكتور در ساختمانی جداگانه و به صورت یك مجموعه مجزا در كنار ساختمان راكتور قرار می گیرند.
این تغییرات به تدریج در مدلهای V-302 , V-187 و مدل جدید V-3205 انجام شده است. در طرحهای جدید نیروگاه 1000 مگاواتی روسی، از اواخر دهه 80 از طرح راكتورهای جدید V-410 و V-392 استفاده شد و طرحهای مربوط به آنها به ترتیب NPP-92 , NPP-91 نام گرفته اند. [3]
2-3-3- دیگ فشار
دیگ فشار قسمتی از راكتور هسته ای است كه شامل قلب راكتور، بازتابنده های نوترون، لوله های عبور دهنده آب خنك كننده و موارد دیگر می‌باشد. برای ساخت دیگ فشار از آلیاژهای فولاد با تركیب معینی از منگنز- نیكل و مولیبدن استفاده میشود.
دیگ فشار به صورت استوانه ها و قطعاتی كه بعداً به یكدیگر جوش داده میشوند ساخته میشود. این دیگ از دو قسمت بالا و پائین تشكیل شده است. قسمت بالا یا سرپوش دیگ از یك تكه فولاد مشابه جنس بدنه تشكیل شده و توسط پیچ و مهره به قسمت پائین متصل میشود. سرپوش دیگ از داخل با قشری از فولاد ضدزنگ پوشانیده شده و سوراخهایی روی آن برای حركت چنگكهای كنترل و لوازم اندازه گیری در نظر گرفته شده است. [3]
در هنگام ساخت یك دیگ فشار برای راكتور VVER توجه به نكات مهم زیادی لازم است چرا كه راكتور می بایست بیش از 30 سال كار كند و در طول این مدت در شرایط مختلف زیادی قرار میگیرد. شرایطی نظیر فشار و دمای بالای خنك كننده، تابش قوی شار نوترون، سرعت بالای جریان خنك كننده و سایر شرایط سخت دیگر.
2-3-4- مجتمع های سوخت در رآكتور VVER-1000
مجتمع سوخت راكتور VVER-1000 مجموعه ای از میله های سوخت است كه به صورت شبكه مثلثی با گام 75/12 میلی متر در مجتمع سوخت در كنار هم چیده شده اند. هر مجتمع سوخت راكتور VVER-1000 دارای 312 میله سوخت می‌باشد.
در هر مجتمع سوخت 18 كانال برای میله های جاذب (هر میله كنترل شامل 18 میله جاذب می‌باشد) و یك كانال هم در مركز برای قرار گرفتن سنسورهای اندازه گیر نوترون وجود دارد. این كانالها در واقع لوله هایی هستند كه از بالا در كلاهك و از پائین در دنباله توسط جوش محكم میشوند. هر میله كنترل دارای 18 میلة جاذب و یك میلة مركزی می‌باشد. این 18 میله جاذب با پائین آمدن میلة كنترل وارد 18 كانال موجود در هر مجتمع سوخت میشوند و میلة سنترال وارد كانال مركزی مجتمع سوخت می گردد. [محمودی]
سوخت موجود در میله های سوخت دی اكسید اورانیوم می‌باشد. كه اورانیوم 235 موجود در سوخت دارای غنایی بین 6/1% تا 4/4% می‌باشد و مجموع دی اكسید اورانیوم به كار رفته در یك میله سوخت حدود 1565 گرم است.
موادی كه در میله های كنترل به عنوان جاذب از آنها استفاده میشود B4C (كاربید بور) می‌باشد. كاربید بور به صورت پودر با تراكم kg/m3 1700 می‌باشد. كاربید بور را درون غلافی جا می دهند كه این غلاف حاوی كاربید بورایك میلة جاذب مینامند. هر میله كنترل شامل 18 میله جاذب است. (شكل 2)
در بعضی از مجتمع های سوخت از سموم قابل سوخت بجای تعدادی از میله های سوخت استفاده می نمایند. این سموم اولاً شرایطی را مهیا می سازند تا میزان تراوش انرژی در قلب راكتور به صورت شعاعی، به طور متعادل و یكنواخت صورت پذیرد و ثانیاً تنظیم سوخت سوخت را در مدت زمان معین میسر می سازند. ثالثاً موجبات تغییرات یكنواخت تر راكتیویته راكتور را فراهم می‌كنند.
ماده ای كه به عنوان سم در اینجا مصرف میشود دی بورید كرم (CrB2) هر كدام از بسته های مصرف شدنی شامل 18 میلة محتوی دی بورید كروم هستند. ساختار این بسته ها شبیه ساختار میله های كنترل می‌باشد با این تفاوت كه این میله ها ثابت در جای خود قرار می گیرند و در طول مدت یك دوره بهره برداری، از عمل خود حركت نمی كنند. [محمودی]
2-3-5- مولدهای بخار
مولدهای بخار راكتورهای VVER-1000 بر خلاف مولدهای بخار راكتورهای PWR به صورت افقی می باشند. از مزایای افقی بودن اینگونه مولدهای بخار میتوان به دو برابر بودن حجم آب در گردش آن نسبت به مشابه آن در راكتورهای PWR ، اشاره كرد. اما عیب عمده آن، احتمال نشت آب از مدار اولیه به مدار ثانویه می‌باشد. [2]
كاربرد مولدهای بخار عبارتست از:
- انتقال حرارت خنك كننده مواد اول به آب تغذیه مدار دوم و گرم كردن آن تا رسیدن به درجه حرارت نقطه جوش
- تبدیل آب تغذیه مدار دوم به بخار اشباع
- جذب رطوبت بخار و تولید بخار اشباع خشك
اجزاء تشكیل دهنده مولد بخار
- محفظه بخار
- جداكننده رطوبت از بخار
- هدر آب تغذیه اصلی
- هدر آب تغذیه اضطراری
- صفحه مشبك (یكنواخت كننده سرعت بخار)
- تكیه گاه
- كمك فنر اتكاء
- سطح سنجها
- شیرهای اطمینان
از نظر ترمودینامیكی مولدهای بخار عمودی دارای مزایای بیشتری نسبت به مولدهای بخار افقی می باشند. چرا كه وزن آب باعث حركت ثقلی شده كه این مسئله بخصوص به هنگام از كار افتادن پمپها و شرایط حادثه انتقال حرارت، حائز اهمیت است.
تئوری كد wims
در wims از به هم پیوستن مجموعه ای از برنامه ها كه به زبان فرترن 4 نوشته شده، تشكیل یافته است. تغییرات به وجود آمده در این كد شامل قابلیت مدلی كردن هندسه های پیچیده می‌باشد. این كد قابلیت تولید ثوابت گروهی، ضریب تكثیر بی نهایت، ضریب تكثیر مؤثر و تعداد دیگری از پارامترهای شبكه راكتور در حالت ایستایی و انجام محاسبات مصرف سوخت را دارد. در این طرح از كد 1 wins D/4 استفاده شده است. این كد قابلیت انجام محاسبات نوترونی برای اشكال مختلف سوخت (صفحه ای، استوانه ای، كره ای و یا چند ضلعی) را در یك آرایه منظم و یا به صورت خوشه ای دارا می‌باشد. بانك داده ها در این كد شامل 14 گروه سریع، 13 گروه رزونانسی و 42 گروه حرارتی است. ابتدا كد مذكور با در نظر گرفتن شكل ساده ای از سلول، كه در آن با توجه به انتخاب كاربر، نواحی مختلفی با عناوین سوخت، غلاف، خنك كننده، كند كننده و بازتابنده وجود دارد، شار نوترونی را برای این نواحی در 69 گروه انرژی بدست میآورد و سپس برای چند گروهی كه توسط كاربر تعیین می شود، ثوابت گروهی را برای تمام مواد در سلول انتخاب شده محاسبه می نماید. سپس تصحیح حاصل از نشت، توسط باكینگ در جهت شعاعی و عمودی، وارد می گردد.