نویسندگان

1 1. تحصیلات تکمیلی دانشگاه پیام نور تهران، تهران

2 2. گروه مهندسی هسته‌ای، واحد علوم وتحقیقات تهران، دانشگاه آزاداسلامی تهران، تهران

چکیده

از جمله مسائل مهم در راکتورهای هسته‌ای، فرایند انتقال گرما از دانه‌های سوخت به خنک کننده می‌باشد. در این راستا، فاصله بین غلاف و سوخت و شرایط فیزیکی و شیمیایی آن از عوامل تأثیر‌گذار در بحث انتقال گرما در میله سوخت هسته‌ای می‌باشند. از اینرو، در این مقاله به بررسی توزیع انرژی الکترون‌هایی با انرژی در حدود Mev 5/0در فاصله بین سوخت و غلاف در میله سوخت هسته‌ای راکتور VVER-1000 بوشهر پرداخته شد. همچنین نقش برخی پاره‌های شکافت مانند کریپتون، برم، زنون، روبیدیوم و سزیوم بر توزیع انرژی الکترون‌ها و نیز رسانش گرمایی توسط الکترون‌ها در فاصله بین سوخت و غلاف مورد بررسی قرار گرفت. برای رسیدن به این هدف، معادله فوکر- پلانک، حاکم بر رفتار تصادفی الکترون‌ها در محیط جاذب بین سوخت و غلاف، در به دست آوردن تابع توزیع انرژی الکترون‌ها به کار گرفته شد و این معادله با استفاده از روش حل عددی رونژ- کوتا حل گردید. از طرف دیگر با به کارگیری کد مونت کارلو GEANT4، تابع توزیع انرژی الکترون‌ها در این فاصله به دست آمد. ملاحظه گردید که قطعات شکافت ذکر شده اثر تقریباً ناچیزی بر انرژی الکترون‌ها و در نتیجه بر رسانش گرمایی از طریق الکترون‌ها در فاصله بین سوخت و غلاف دارند. قابل ذکر است که این نتیجه با نتایج حاصل از دیگر تحقیقات سازگار است. همچنین مشاهده شد که واهلش الکترون‌ها در این فضا منجر به کاهش رسانایی گرمایی از طریق الکترون‌ها می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of fission fragment on thermal conductivity via electrons with an energy about 0.5 MeV in fuel rod gap

نویسندگان [English]

  • F Golian 1
  • A Pazirandeh 2
  • S Mohammadi 1

چکیده [English]

The heat transfer process from pellet to coolant is one of the important issues in nuclear reactor. In this regard, the fuel to clad gap and its physical and chemical properties are effective factors on heat transfer in nuclear fuel rod discussion. So, the energy distribution function of electrons with an energy about 0.5 MeV in fuel rod gap in Busherhr’s VVER-1000 nuclear reactor was investigated in this paper. Also, the effect of fission fragments such as Krypton, Bromine, Xenon, Rubidium and Cesium on the electron energy distribution function as well as the heat conduction via electrons in the fuel rod gap have been studied. For this purpose, the Fokker- Planck equation governing the stochastic behavior of electrons in absorbing gap element has been applied in order to obtain the energy distribution function of electrons. This equation was solved via Runge-Kutta numerical method. On the other hand, the electron energy distribution function was determined by using Monte Carlo GEANT4 code. It was concluded that these fission fragments have virtually insignificant effect on energy distribution of electrons and therefore, on thermal conductivity via electrons in the fuel to clad gap. It is worth noting that this result is consistent with the results of other experiments. Also, it is shown that electron relaxation in gap leads to decrease in thermal conductivity via electrons

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fokker-Planck equation
  • thermal conductivity
  • Electron energy distribution function
  • fission fragment

1. W G Burns, E H P Cordfunke, et al., “Chemistry of the fuel-clad gap of a PWR rod”, International working group on water reactor fuel performance and technology, IAEA (1986) 41. 2. A Snytnikov, Procedia Computer Science 1 (2010) 607. 3. P Garcia, C Struzik, and N Veyrier, “Temperature Calculations and the Effect of Modelling the Fuel Mechanical Behaviour”, Seminar Proceedings Cadarache, 3-6 March France (1998). 4. K Lassmann and F Hohlefeld, Nuclear Engineering and Design, 103 (1987) 215. 5. I Cohen, B Lustman, and J D Eichenberg, “Measurement of Thermal Conductivity of Metal Clad Uranium Dioxide Rods During Irradiation”, WAPD-228, Bettis Atomic Power Laboratory (1960). 6. J A Turnbull, “A review of the thermal behavior of nuclear fuel”, Seminar Proceedings Cadarache, 3-6 March France (1998). 7. H Von Ubisch, S Hall, R Srivastav, “Thermal Conductivities of Mixture of Fission Product Gases with Helium and Argon”, Paper F/ 143, 2nd Geneva Conf. Peaceful Uses of Atomic Energy, IAEA, Vienna (1957). 8. N Tsoulfanidis,“Measurement and detection of radiation”, Hemispher Pub. Corp. (1983). 9. K Maeda, K Tanaka, T Asaga and H Furuya, Journal of Nuclear Materials, (2005) 274. 10. Warren F Ahtye, “Calculation of Total Conductivity of Ionized Gases”, Vehicle Environment Division, Ames Research Center, NASA, Moffett Field, California (1968). 11. Chai-sung Lee and Charles F Bonilla, “Thermal Conductivity of the Alkali Metal Vapors and Argon”, Liquid Metals Research Laburatory, Department of Chemical Engineering Columbia University, New York, N.Y.10027(1968). 12. L Spitzer, R Jr., Phys. Rev., 89 (1953) 977. 13. L Spitzer, R Jr., “Physics of Fully Ionized Gases”, Wiley Interscience, New York (1962). 14. H Risken, “The Fokker-Planck Equation”, ed. Herman Haken, Springer- Verlag, New York (1988)1. A Parvazian and A Okhovat, Iranian Journal of Physics Research, 5, 4, (2005) 197. 16. F Golian, A Pazirandeh and S Mohammadi, Plasma. Sci. and Thecnol., 17 (2015) 441. 17. A Vertes, et al., “Hand book of nuclear chemistry”, ed. London (2011) 374. 18. K S Krane, “Introductory Nuclear Physics”, New York, United states (1988) 195. 19. D Diver, “A plasma formulary for physics”, Technology and Astrophysics, Berlin (2011) 79. 20. L Spitzer,“Physics of fully ionized gases”, New York (1962) 127. 21. U.S.NRC Regulatory Guide No.1.183,428. 22. E B Podgorsak, Radiation Physics for Medical Physicists, (2010) 233. 23. H Heil and B Scott, Phys. Rev. 145 (1966) 279. 24. W Demtroder, “Atoms, Molecules and Photons”, (2010) 39. 25. H A Hassan and J Deese, U.S. National Aeronautics and Space Administration(1974). 26. J Deese and H A Hassan, U.S. National Aeronauticsand Space Administration (1976).

تحت نظارت وف بومی