معرفی راکتور تحت بحرانی واداشته با شتابدهنده ADSR

[ستاره مرتضوی]

با سلام به همه دوستان
سال نو مبارک و پر از اتفاقهای خوب برای همه ..........
امسال با حادثه هسته ای ناشی از زلزله در فوکوشیما ژاپن شروع شد . برای همین من خواستم این راکتور نسل جدید ADSR رو به دوستان به صورت ساده معرفی کنم. راکتور (ADSR (Accelerator Driven Subcritical Reactor راکتوری هست که با یک شتابدهنده جفت شده است. این راکتور همیشه باید در شرایط زیر بحرانیت قرار داشته باشد که خودش یکی از مزایای این سیستم می باشد . اساسا این راکتور شامل سه بخش اصلی هست:
1- قلب تحت بحرانی subcritical core
2- هدف انفجاری spallation target
3- شتابدهنده accelerator
در آغاز به کار یک نوترون مورد نیاز برای شروع از برخورد اشعه پروتونی حاصل از شتابدهنده با انرژی در سطح GeV با هدف انفجاری برخورد می نماید و فرآیند تولید نوترون شروع می شود. معمولا جنس هدف انفجاری سرب - آلیاژ سرب بیسموت می باشد.
نکته مهم در این راکتورها این هست که بر خلاف راکتورهای کلاسیک که کنترل و هدایت راکتور با میله های کنترلی هست این راکتورها نیازی به میله کنترلی ندارند و تنها از طریق اشعه پروتونی حاصل از شتابدهنده هدایت و کنترل می شوند .
قلب این راکتور متفاوت هست و شبیه به قلب راکتورهای سریع به شکل هندسی شش ضلعی که در یک محفظه Pressure vessel قرار دارد .
قلب ADSR شامل ناحیه بافر - تیوبی که در آن لوله هدایت کننده اشعه پروتونی جای دارد- مجتمع های سوخت - مجتمع بازتابنده - مجتمع حفاظ می باشد. مایع خنک کننده معمولا در تمام مجتمع ها جریان دارد.
علاوه بر ضریب تکثیر نوترونی K eff یک ضریب تکثیر نوترونی k s که ناشی از خود چشمه تولید نوترونی است در این سیستم وجود دارد.
بطور کلی فیزیک راکتورهای ADSR با فیزیک راکتورهای کلاسیک تا حد زیادی فرق دارد.
از نظر فیزیک هسته ای خود فرآیند تولید نوترون در اثر برخورد پروتون با ماده هدف یکی از پروژه های مطرح از نظر کوانتومی می باشد.
موضوعات مربوط به حوادث هسته ای که تا بحال در راکتورهای BWR- PWR رخ داده در این راکتور اتفاق نمی افتد .
امکان استفاده از سوخت توریومی به عنوان سوخت پایه در این راکتورها وجود دارد . سوخت توریومی خود یک سوخت بسیار جدید در صنعت هسته ای می باشد که هنوز در مرحله تحقیقاتی قرار دارد. البته هدف اصلی راکتور ADSR انجام فرآیند استحاله می باشد.
یعنی سوختهای مصرفی در راکتورهای دیگر PWR - BWR را در یک مجموعه پارک راکتور جمع آوری کرده و به عنوان سوخت در راکتور ADSR قرار می دهند و این سوختهای مصرف شده که معمولا شامل پاره های شکافت FP و پسماندهای رادیواکتیو بسیار فعال با نیمه عمر غالبا طولانی در این سیستم سوزانده شده و به محصولات با نیمه عمر کوتاه تر و کم خطر تر تبدیل می شوند .
خود فرایند استحاله یکی از موضوعات بسیار جالب است که هنوز اطلاعات زیادی در مورد آن وجود ندارد . البته امکان تولید قدرت یعنی برق هم در این سیستم وجود دارد اما معمولا با قدرت کمتر این امکان وجود دارد.
البته می توان به جای اشعه پروتونی از اشعه الکترونی هم استفاده کرد. این راکتور از نظر تکنولوژیکی ساختار پیچیده ای دارد. جفت کردن سیستم قلب تحت بحرانی با شتابدهنده و ایجاد تعادل بین آنها بسیار مهم است. باید توجه داشت که خود شتابدهنده متصل شده با راکتور باید ویژگیهای خاص تکنولوژیکی را داشته باشد. در واقع به بیان دیگر می توان گفت که یکی از کاربردهای شتابدهنده ها در راکتور ADSR می باشد.
این راکتور علاوه بر موارد گفته شد می تواند رادیوایزوتوپهای نادر و قابل استفاده در تولید رادیو داروها را دارد.
از نظر زیست محیطی به دلیل فرایند استحاله HLW یعنی high level waste پسماندهای با نیمه عمر بالا و پر خطر این راکتور حائز اهمیت است.
برای شبیه سازی این راکتور از کد MCNPX استفاده می شود. کد MCNPX یک برنامه کامپیوتری هسته ای می باشد که میتواند تمام ذرات شامل پروتون - نوترون - فوتون - اکترون - میونها - مزونها و............ را در محدوه انرژی بسیار گسترده در سطح GeV را در برنامه شبیه سازی شامل شود.

با آرزوی موفقیت برای همه دوستان
ستاره - کارشناس ارشد مهندسی هسته ای

[آیاز]

بسیار عالی
ممنون