طراحی کانال پرتودهی سنگ‌های توپاز و تحلیل نوترونی حرارتی آن در رآکتور تحقیقاتی تهران

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 2/7mcnpx 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 مساله 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.

design of irradiation box of topaz stones and its neutronic and thermal analysis in tehran research reactor

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.