Calculos neutronicos aplicados ao reator nuclear a leito fluidizado

Abstract

Foi desenvolvida uma sequência de cálculo neurônico simplicação, para o entendimento de conceitos físicos e matemáticos envolvidos no cálculo de criticalidade, quando aplicados ao Reator Nuclear a Leito Fluidizado '<R. N. L. F.>. Consta de equações para o cálculo das densidades atômicas de elementos presentes no núcleo do cálculo dos parâmetros nucleares através dessas equação e do cálculo de criticlidade com o código OD06,para um reator de 19 módulos, homogeinizado de duas formas distintas. Foram desenvolvidos e comparados métodos de homogeinização utilizando a Teoria da Difusão e o conceito de célula unitária. Foi utilizado o código LEOPARD,desenvolvido para a análise de reatores do tipo PWR com núcleos compostos de varetas cilídricas, sendo necessária a determinação das dimensões de um arranjo hipotético de varetas, que fosse netronicamente equivalente ao arranjo combustível na forma de esferas. Verificou-se que os melhores resultados foram obtidos pela consideração de um arranjo combustível composto por varetas cilíndricas hipotéticas com diâmetro igual .a 2/3 do diâmetro da esfera de combustível do R.N.L.F. fazendo com que razão VOLUME/Superfície das varetas seja a mesma das esferas, respeitando-se também razão entre moderador e combustível em cada condição de fluidização. Foram realizados cálculos nefrônicos preliminares com o código LEOPARD a o método de homogeinizado desenvolvido. Avaliou-se influência de parâmetros de interesse na criticalidadade um R.N.L.F. composto por 19 módulos, com altura de colapso da 70 cm, temperatura média de refrigerante de 3os•c e pressão de 158 bar. Considerando-se esta reator defir1ido para operar numa faixa de porosidades entre E=0,5 e E=0,7 ~ o presente estudo mostrou que o valor nominal de enriquecimento para atuar nesta faixa vale r2,2X <min2,05X m~x=4,00X>; espessura máxima do revestimento das esferas combustíveis c=0~054 em espessura máxima da carcaça hexagonal e=2,0 em ;altura de colapso do leito na faixa entre Ho=70 a 100 em. Verificou-se ainda, que a reatividade cresce 0,03 a 0,05X por cada pof cento de aumento no diâmetro da esfera, dependendo da porosidade e crescendo com ela, sendo portanto desejável , sob o ponto de vista neurônico, um maior diâmetro de esfera. Um por cento de aumento na espessura de revestimento das esferas , reduz a reatividade em ~ 0,015X durante operação. Cada por cento de I aumento na espessura do tubo de fluidização diminui a reatividade ~ 0,004X. Um aumento de 1X na espessura da carcaça hexagonal resulta numa reatividade negativa de ~ 0,038%.

A simplified sequence of reactor physics calculation was devaloped to understanding of the concepta which were envolved when applied in Fluidized-Bed Nuclear Reactor <F.B.N.R.>. It consists of a number of elements present in reactor core densities equ~tions , nucle~r p~r~meters calculations using these equations and criticality calculations using ODOG code, for a 19 modules reactor,homogeneized on two different ways. Homogeinization methods were developed and compared. Here the reactor physics calculations were performed using the LEOPARD cede. Since the cede has been developed for analysis of pressurized water reactor <PWR> cores using cylindrical fuel rods,it w~s necessary to determine the dimensions of the hypothetical fuel rod lattice , which are neutronically equivalent to the apherical fuel pellet lattice. For this it I was required that the volume/surface ratio of cylindrical rods and spherical pellets were the same. Also the ratio of moderator volume to total volume of the cell is made equal to tt1e porosity of the fluidized bed. The best results were verified for a lattice in which the diameter of cylindrical rods are equal to 2/3 of the diameter of the spherical pellets. Preliminary physics calculations using LEOPARD code and the homogeinization method developed were performed. The influence of interest parameters on criticality of the F.B.N.R. was studied. lt was taken a 19 modules reactor with collapsed height of 70 cm,averaga coolant temperatura and pressure of of 306 C and 156 bar,respectively. The operational range for porosity of this reactor waa defined between E=0.5 and E=0.7. This atudy showed that the nominal enrichement to reactor operation in this range is r=2.2X <min=2.05X máx=4.00%>; maMimum claddinQ thickneaa c 0.054 cm•maMimum hexagonal tuba thickness e=2.0 cmJreactor collapsed height is from Ho=70 to 100 cm. Also, it was showed that the reactivity increases 0.03 to 0.05% with each percent of increase in pellet diameter, depending on the porosity and increasing with it;thus from a neutronic point of view, the largest fuel pellet diameter is desirable. A 1% increase in cladding thickness reduces reactivity by ~ 0.015% during operation. Each percent of increase in the thicknesa of fluidization tuba decreases the reactivity by ~ 0.004%. thicknesa by 1X results Increasing tha hexagonal tube in ~ 0.036X negative reactivity.