• شماره ركورد
    24944
  • شماره راهنما
    NUC3 30
  • عنوان

    طراحي نوترونيك و ترموهيدروليك يك رآكتور ماژولار كوچك مبتني بر سوخت‌هاي مقاوم در برابر حادثه خنك‌شونده از داخل و خارج و بررسي اثر تغييرات تركيب سوخت بر انحراف توزيع توان محوري به‌منظور ملاحظات تعقيب بار

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي هسته اي - راكتور
  • دانشكده
    فيزيك
  • تاريخ دفاع
    1404/06/11
  • صفحه شمار
    92 ص .
  • استاد راهنما
    غلامرضا انصاري فر
  • استاد مشاور
    دكتر مجيد زيدآبادي نژاد
  • كليدواژه فارسي
    رآكتور ماژولار كوچك , سوخت حلقوي خنك‌شونده از داخل و خارج , سوخت مقاوم در برابر حادثه , شبكه عصبي مصنوعي , بهينه‌سازي قلب رآكتور
  • چكيده فارسي
    در ابتداي اين پژوهش، عملكرد نوترونيكي و ترموهيدروليكي سوخت خنك‌شونده از داخل و خارج در طراحي رآكتورهاي ماژولار كوچك مورد بررسي قرار گرفته است. تمركز اصلي مطالعه بر ارزيابي اثر ويژگي‌هاي هندسي ساختار اين نوع سوخت بر پارامترهاي رآكتور، نظير ضرايب فيدبك راكتيويته دمايي و ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي بوده است. در گام نخست، با استفاده از كدهاي WIMS-CITATION، ضريب‌هاي فيدبك راكتيويته دمايي سوخت و خنك‌كننده براي رآكتور نوع NuScale محاسبه و تأثير افزايش شعاع داخلي ميله‌هاي سوخت بر اين ضرايب تحليل شد. نتايج نشان داد كه افزايش شعاع داخلي سوخت باعث كاهش ضريب بازخورد دمايي سوخت و ايجاد روندي سهموي در ضريب فيدبك خنك‌كننده مي‌شود. همه طرح‌هاي پيشنهادي داراي ضرايب فيدبك دمايي منفي براي سوخت و خنك‌كننده بودند. همچنين نتايج بدست آمده از محاسبات ترموهيدروليك با استفاده از نرم افزار فلوئنت نشان داد افزايش شعاع داخلي موجب كاهش ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي در ميله داغ شده است. در ادامه، باهدف كاهش هزينه محاسباتي و افزايش دقت پيش‌بيني، مدل‌هاي هوش مصنوعي شامل شبكه عصبي مصنوعي و برنامه‌نويسي بياني ژني توسعه داده شدند. نتايج آماري نشان داد شبكه عصبي عملكرد بهتري دارد و ازاين‌رو براي تعيين بهينه‌ترين ساختار سوخت، از تركيب شبكه عصبي مصنوعي و الگوريتم بهينه‌سازي حلاليت گاز هنري استفاده شد. در ادامه، طراحي مفهومي يك رآكتور ماژولار كوچك مبتني بر سوخت خنك‌شونده از داخل و خارج مقاوم در برابر حوادث با استفاده از قرص‌هاي U₃Si₂ و پوشش FeCrAl بررسي شد. تعداد 4000 پيكربندي مختلف از مجتمع سوخت با چيدمان‌هاي متنوع جاذب‌هاي سوختني مدل‌سازي و از ميان آن‌ها 50 نمونه در هر دسته با استفاده از كد MCNP شبيه‌سازي شدند. نتايج حاصل براي آموزش شبكه عصبي به كار رفت تا عملكرد ساير پيكربندي‌ها بادقت مناسب پيش‌بيني شود. سپس 55 پيكربندي مختلف قلب رآكتور با توزيع‌هاي گوناگون مجتمع‌هاي داراي جاذب سوختني مورد تحليل نوترونيكي قرار گرفت. نتايج نشان‌دهنده ضرايب دمايي منفي، ضريب پيك توان مناسب (1/58) و طول چرخه سوخت‌گذاري بيش از 1800 روز در توان كامل مؤثر بودند كه نسبت به رآكتورهاي مشابه با سوخت UO₂ بهبود چشمگيري دارد. اين ارتقا ناشي از چگالي بالاتر اورانيوم در سوخت U₃Si₂ و امكان بارگذاري بيشتر مواد شكافت‌پذير است. طراحي سوخت جديد با استفاده از شبيه‌سازي‌هاي كوپل‌شده نرم افزار فلوئنت و كد MCNP، عملكرد ايمني را به نمايش گذاشت. دماي بيشينه سوخت در شرايط عادي، به طور چشمگيري پايين‌تر از نقطه ذوب است كه احتمال ذوب ميله در حوادث را كاهش مي‌دهد. علاوه بر اين، فاكتور نسبت كمينه خروج از جوشش هسته‌اي از مقادير ايمني استاندارد فراتر رفته و نسبت به طرح‌هاي مشابه مانند NuScale، ايمني بهتري را فراهم مي‌كند.
  • كليدواژه لاتين
    Small Modular Reactor (SMR) , Internally an‎d Externally Cooled Annular Fuel , Accident-Tolerant Fuel (ATF) , Artificial Neural Network (ANN) , Reactor Core Optimization
  • عنوان لاتين
    Neutronic an‎d Thermal-Hydraulic Design of a Small Modular Reactor Based on Dual-cooled Accident Tolerant Fuels an‎d Investigating the Effect of Fuel Composition Changes on Axial Offset for Load Following Considerations
  • گروه آموزشي
    مهندسي هسته‌اي
  • چكيده لاتين
    This study has been conducted in two distinct phases, each addressing a different aspect of the performance an‎d design of small modular reactors (SMRs) employing an innovatively cooled fuel configuration with both internal an‎d external cooling pathways. In the first phase, the neutronic an‎d thermal-hydraulic performance of internally an‎d externally cooled fuel was investigated within the context of SMR design. The primary focus was placed on eva‎luating the influence of the fuelʹs geometrical characteristics on critical reactor parameters, such as the temperature reactivity feedback coefficients an‎d convective heat transfer coefficient. Initially, the WIMS-CITATION code system was employed to calculate the temperature reactivity feedback coefficients of both fuel an‎d coolant for a NuScale-type reactor. The impact of increasing the inner radius of the fuel rods on these coefficients was subsequently analyzed. The results indicated that enlarging the inner radius of the fuel led to a reduction in the fuel temperature coefficient an‎d introduced a parabolic trend in the coolant feedback coefficient. All proposed configurations exhibited negative temperature feedback coefficients for both the fuel an‎d the coolant. Furthermore, it was observed that an increase in the inner radius resulted in a decrease in the convective heat transfer coefficient in the hot rod. These analyses were carried out using computational fluid dynamics (CFD) modeling. To reduce computational costs while enhancing predictive accuracy, artificial intelligence models, including artificial neural networks (ANNs) an‎d gene expression programming (GEP), were developed. Statistical eva‎luation demonstrated superior performance of the ANN model. Consequently, a hybrid approach combining the ANN an‎d the Henry Gas Solubility Optimization (HGSO) algorithm was employed to determine the optimal fuel geometry. In the second phase of the study, a conceptual design of an accident-tolerant SMR core utilizing U₃Si₂ fuel pellets an‎d FeCrAl cladding was investigated. A total of 4000 different fuel assembly configurations incorporating various arrangements of integral burnable absorbers (IBAs) were modeled. Among these, 50 configurations from each category were selec‎ted an‎d simulated using the MCNP code. The simulation results were used to train an ANN model to enable accurate prediction of the performance of the remaining configurations. Subsequently, 55 reactor core configurations with varying distributions of IBA-containing assemblies were subjected to neutronic analysis. The findings demonstrated negative temperature coefficients, an acceptable power peaking factor (1.58), an‎d a full-power cycle length exceeding 1800 days. These outcomes represent a significant improvement over conventional UO₂-fueled SMRs an‎d are primarily attributed to the higher uranium density in U₃Si₂ fuel, which permits a greater loading of fissile material. The new fuel design, using coupled CFD an‎d neutronic simulations, demonstrated a safe thermal-hydraulic performance. The maximum fuel temperature under normal operating conditions is significantly below the melting point, which reduces the probability of fuel rod melting during accidents. Additionally, the MDNBR factor exceeds stan‎dard safety values an‎d provides a better safety margin compared to similar designs like the NuScale.
  • تعداد فصل ها
    4
  • فهرست مطالب pdf
    143747
  • نويسنده

    زايرمحمدي ريشهري، حسين