بررسی خواص حرارتی سوخت ترکیبی اورانیوم- توریم برای راکتورهای آب سبک (lwr)

با رشد روزافزون جمعیت و افزایش تقاضای انرژی، صنایع تولید انرژی بیش از گذشته به تکاپو افتاده اند تا منابع جدید انرژی پاک و ارزان را به خدمت گیرند. از سویی سوخت های فسیلی به علت تولید گازهای گلخانه ای قادر به تامین این انرژی نیستند و از سوی دیگر، صنعت نوپای گداخت هسته ای، برای تامین این انرژی آمادگی ندارد. امروزه راکتورهای شکافت هسته ای سهم عمده ای از تامین انرژی بشر را به عهده دارند، به گونه ای که برخی کشورها، تقریبا تمام انرژی خود را از طریق نیروگاه های برق هسته ای تامین می کنند. اما چالش پیش روی راکتورهای شکافت، محدود بودن منابع اورانیوم است، بنابراین نیاز به تحقیق در مورد سوخت های جایگزین اورانیوم حس می شود. همچنین کاهش خطر تسلیحات هسته ای از دیگر انگیزه های این کنکاش است. به کار بردن توریم در کنار اورانیوم، در راکتور های هسته ای می تواند به عنوان یکی از راه حل های موجود مورد بررسی قرار گیرد. عنصر توریم، ماده ای بارور است، بدین معنی که به خودی خود شکافا محسوب نمی شود، ولی با جذب نوترون، به ایزوتوپ شکافای اورانیوم 233 تبدیل می شود که با شکافت در راکتور انرژی تولید می کند. منابع توریم در طبیعت فراوان تر از اورانیوم است و دسترسی آسان به این سوخت، از مزایای آن شمرده می شود. اکسید توریم، در بین اکسید ها بالاترین دمای ذوب را دارد، همچنین از نظر هدایت حرارتی، بهتر از اکسید اورانیوم عمل می کند، لذا با دسترسی به فرسایش های سوخت بالاتر، ما را قادر می سازد که دوره سوخت گذاری طولانی تری نسبت به سوخت اورانیوم داشته باشیم. در این تحقیق، استفاده از اکسید توریم در یکی از راکتورهای تحت فشار آب سبک روسی به نام راکتور vver-1000، مورد بررسی قرار می گیرد. در فصل اول به معرفی راکتورهای هسته ای، خصوصا راکتورهای آب سبک تحت فشار پرداخته می شود. همچنین خصوصیات توریم و استفاده از آن در راکتورهای آب سبک مورد بررسی قرار می گیرد. در فصل دوم راکتور تحت فشار آب سبک vver-1000 با جزئیات بیشتری مورد بررسی قرار می گیرد و کد محاسباتی سلولی wims معرفی می شود و وابستگی راکتیویته راکتور به دما معرفی می شود. در انتهای فصل به چگونگی انتقال حرارت از سوخت به خنک کننده پرداخته می شود. در فصل سوم، با استفاده از اطلاعاتی که از راکتور vver-1000 و کد محاسبات سلولی wimsd4 در اختیار داریم، ورودی و خروجی کد wimsd4 برای مجتمع های سوخت راکتور vver-1000 بررسی می شود و از اطلاعات خروجی کد در جهت اهداف پایانامه بهره برداری می شود. همچنین خواص انتقال حرارت و هدایت حرارتی میله های سوخت اکسید اورانیوم با اکسید توریم مقایسه می شود. ادعا می شود که به کار گیری اکسید توریم خواص انتقال حرارتی قلب راکتور را بهبود می بخشند. در این فصل تاثیر گازهای حاصل از شکافت بر روی هدایت حرارتی نیز، مورد توجه قرار می گیرد. در انتهای فصل سوم ضریب دمای راکتیویته مورد بررسی قرار می گیرد و تاثیر تغییرات دما در مجتمع سوخت متداول راکتور با مجتمع های سوخت اکسید اورانیوم- توریم، مقایسه می شود.