بررسی اثر مارپیچ خنک‌کننده رآکتور مینیاتوری بر افزایش زمان بهره‌برداری از رآکتور

رآکتور مینیاتوری چشمه نوترونی یک رآکتور تحقیقاتی از نوع مخزن-استخری است که در آن از اورانیم با غنای بالا به‌عنوان سوخت، آب سبک به‌عنوان خنک‌کننده و برلیوم به‌عنوان بازتابنده استفاده ‌شده است. هنگام بهره برداری از رآکتور دمای سیال خنک‌کننده افزایش می یابد و باعث ایجاد فیدبک منفی در رآکتور می‌شود. بر اثر تزریق راکتیویته منفی در عین حال که یکی از مزایای این رآکتور و خصلت ایمنی ذاتی آن است، راکتیویته اضافی در دسترس کاهش‌یافته و زمان عملکرد رآکتور کاهش می‌یابد؛ بنابراین یکی از محدودیت های اصلی رآکتور mnsr زمان عملکرد کوتاه آن (حدود 2.5 ساعت) در قدرت اسمی است. در این پژوهش، یک تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی برای مدل‌سازی پدیده جابه جایی آزاد در قلب، مخزن و استخر رآکتور انجام شده؛ و اثر کویل خنک‌کننده در بالای مخزن رآکتور بر افزایش زمان عملکرد رآکتور مورد بررسی قرار گرفته است. قلب رآکتور به‌عنوان یک محیط متخلخل و یک منبع حرارتی با توان ثابت 30 کیلووات در نظر گرفته شده است تا با کاهش جزییات، حجم محاسبات کاهش یابد. مقادیر تجربی و مقادیری که از حل عددی به دست آمده، تطابق قابل‌قبول دارند و این روش را تایید می‌کنند. نتایج نشان می‌دهد؛ در حالت بدون کویل، افزایش دمای سیال خنک‌کننده به طور پیوسته یک شیب صعودی دارد؛ اما در حالت استفاده از کویل، افزایش دمای سیال خنک‌کننده تا مدت ‌زمان حدود 2 ساعت، شیب صعودی دارد اما بعد گذشت این زمان، شیب صعودی بسیار کم می‌شود و دما در یک محدوده نوسان می‌کند؛ در مقایسه با حالت بدون کویل، متوسط دما 3 درجه‌ کاهش‌یافته و زمان عملکرد رآکتور حدود 1.5 ساعت افزایش پیدا می‌کند.

investigating the effect of the miniature reactor cooling spiral on increasing the reactor operating time

the miniature neutron source reactor is a tank-in-pool research reactor that uses highly-enriched uranium as fuel, light water as coolant, and beryllium as reflector. during the operation of the reactor, the coolant temperature increases and leads to negative feedback in the reactor. although the negative reactivity is amongst the advantages of this reactor and an inherent safety feature; it causes a decrease in both the additional available reactivity and the reactor operation time. therefore, short operation time (about 2.5 hours) at nominal power is one of the main limitations of the mnsr reactor. the natural convection in the core, vessel and pool of the reactor was modeled through a cfd analysis and the effect of the cooling coil at the top of the reactor tank on increasing the reactor operation time was investigated. to reduce the computations the details were decreased by considering the reactor core as a porous medium and a heat source with a constant power of 30kw. the experimental values ​​and those ​​obtained from the numerical solution are in good agreement. results show a steady upward slope in the temperature rise of the coolant in the absence of coil, and an about-2-hours rise of the temperature in its presence. after this 2-hours period, the increasing rate decreases and the temperature fluctuates in a certain range. compared to the case without the cooling coil, the average temperature is reduced by 3 degrees and the reactor operation time is increased by 1.5 hours.