DEVELOPMENT OF A COMPUTATIONAL PROGRAM FOR FUEL … · 2011-10-04 · งาน วิจยัน...

การประชมวชาการวทยาศาสตรและเทคโนโลยนวเคลยร ครงท 11 วนท 2-3 กรกฎาคม 2552 ณ หอประชมมหศร ไทยพาณชยปารค พลาซา กรงเทพฯ

PS08-1

PS08: การพฒนาโปรแกรมเพอค านวณการจดการเชอเพลงในแกนปฏกรณนวเคลยรแบบสามมตและสองกลมพลงงาน

*ธนรรจน แสงจนทร1 ชนาธป ทพยกล2 และสญชย นลสวรรณโฆษต1 1ภาควชานวเคลยรเทคโนโลย คณะวศวกรรมศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย

ถ.พญาไท เขตปทมวน กรงเทพ 10330 โทรศพท 0 2217 6781 โทรสาร 0 2218 6780 E-Mail: [email protected]

2สถาบนเทคโนโลยนวเคลยรแหงชาต (องคการมหาชน) ถ.วภาวดรงสต ลาดยาว จตจกร กรงเทพฯ 10900

โทรศพท 0 2 579 7600 โทรสาร 02 579 0220 E-Mail: [email protected]

บทคดยอ งานวจยน น าเสนอการพฒนาโปรแกรมคอมพวเตอร เพอค านวณการจดการเชอเพลงในแกนปฏกรณนวเคลยร

ในระบบพกดฉากแบบสามมต โดยอาศยทฤษฎการแพรของนวตรอนสองกลมพลงงาน (Two group neutron diffusion theory) (นวตรอนในกลมพลงงานกอนความรอนหรอ ฟาสตนวตรอน (Fast neutron) และในนวตรอนในกลมพลงงานความรอนหรอ เทอรมลนวตรอน (Thermal neutron) โปรแกรมทพฒนานสามารถค านวณลกษณะการบรรจเชอเพลงในแกนปฏกรณสามแบบ คอ 1. แบบเนอเดยว 2. แบบบรรจเชอเพลงชนดทมการเสรมสมรรถนะสงกวาไวภายนอก และ 3. แบบกระจายชนดเชอเพลง และไดใชโปรแกรมทพฒนาส าหรบการค านวณหา คาวกฤตของแกนปฏกรณนวเคลยร การกระจายของนวตรอนฟลกซภายในแกนปฏกรณนวเคลยร และการเผาผลาญเชอเพลงนวเคลยรในหนวยเมกะวตตวนตอกโลกรมยเรเนยม ผลการค านวณพบวาคากระจายก าลงสงสดตอคากระจายก าลงเฉลยในแกนปฏกรณมคาต าสดเมอบรรจเชอเพลงในแบบกระจายชนดเชอเพลง ซงเหมาะสมทสดในการจดการแกนปฏกรณ ค าส าคญ: คาวกฤต การจดการแกนปฏกรณนวเคลยร การเผาผลาญเชอเพลงนวเคลยร

DEVELOPMENT OF A COMPUTATIONAL PROGRAM FOR FUEL MANAGEMENT IN A 3-D, TWO ENERGY GROUPS NUCLEAR

REACTOR CORE *Dhanaj Saengchantr1, Chanatip Tippayakul2 and Sunchai Nilsuwankosit1

1Department of Nuclear Technology Faculty of Engineering, Chulalongkorn University Phayathai Road, Patumwan, Bangkok, 10330

Phone: 0 2218 6781, Fax: Fax: 0 2218 6780, E-Mail: [email protected] 2Thailand Institute of Nuclear Technology (TINT)

Vibhavadee-Rangsit Rd. Ladyaow Chatuchak Bangkok 10900 Phone: 02 596 7600, Fax: 02 579 0220, E-Mail: [email protected]


PS08-2

Abstract A computational program was developed for reactor fuel management in three dimensional Cartesian

coordinates using two-group neutron diffusion theory (fast neutron and thermal neutron energy group). Three fuel loading patterns were considered as follow: 1. uniform loading, 2. out-in loading and 3. in-scatter loading. Criticality, peak power distribution and loaded fuel depletion measured in megawatt-day per kilogram (MW d/kg) of uranium were also calculated by the developed program. The results showed that the in-scatter loading pattern gave the best power peaking for fuel management. Keywords: Criticality, Nuclear reactor core management, fuel burnup, fuel depletion.

1.บทน า

ในการด าเนนการเกยวของกบเครองปฏกรณนวเคลยร การบรหารและจดการเครองปฏกรณ ถอเปนหวใจหลกของหนวยปฏบตการ เพราะจะเปนการวางแผนการใชประโยชนจากเชอเพลงนวเคลยรทมอยใหเกดความคมคา ซงนอกจากจะท าใหการใชเชอเพลงเปนไปอยางมประสทธภาพแลวสงทส าคญทสดคอไมวาการปฏบตการใด ๆ จะตองแนใจวาความปลอดภยจะตองมาเปนอนดบหนงเสมอ เครองมอทใชในการประเมนการจดการเชอเพลงนวเคลยรสวนมากจะเปนการค านวณเพอประมาณการวาในแตละกระบวนการ หรอ ในแตละวงรอบการใชงานเชอเพลง เกดพารามเตอรใดบาง และพารามเตอรทเปนประเดนส าคญเกยวของกบความปลอดภยของเชอเพลง มพฤตกรรมอยางไร และมผลกระทบทอาจท าใหเกดความเสยหายแกเชอเพลงหรอไมอยางไร นอกจากนประเดนทางดานวศวกรรมแลว การประเมนระยะเวลาในการเดนเครองกเปนสงส าคญเชนกน ทงนจะไดสามารถวางแผนไดในระยะยาว ความแมนย าในการประมาณการขนอยกบองคประกอบหลายประการ เชนความสามารถในการสรางอนพตใหมโครงสรางเชงวศวกรรมอยางถกตอง การเลอกใชฐานขอมลนวเคลยร (Nuclear database) และกระบวนวธทใชในการค านวณ เปนตน ในการวจยนไดเรมตนพฒนาซอฟตแวรส าหรบจดการแกนปฏกรณโดยใชทฤษฎการแพรของนวตรอนในพกดฉากสามมตส าหรบสองกลมพลงงาน และสมมตวาแกนปฏกรณทท าการค านวณเปนแกนปฏกรณทสมมตขน ไมมความซบซอนทางวศวกรรม และน าผลการค านวณทไดไปเปรยบเทยบซอฟตแวรมาตรฐาน

2. ทฤษฎ

2.1 ทฤษฎการแพรของนวตรอน g กลมพลงงาน [1]


PS08-3

ทฤษฎการแพรนวตรอนส าหรบนวตรอน g กลมพลงงงาน สามารถแสดงไดดงสมการท 1 ซงอธบายอตราการเปลยนแปลงนวตรอนทเกดขนในแกนปฏกรณโดยพจารณาเปนความหนาแนนของนวตรอน หรอ นวตรอนฟลกซมหนวยเปน นวตรอนตอตารางเซนตเมตรตอวนาท (n/cm2.s)

G

g

extgfggg

G

g

ggsgtgg

g

g

StDt 1'

'''

1'

'',1

r

(1)

เมอ

gD คอ คาสมประสทธของการแพรในกลม g มหนวยเปน เซนตเมตร

g คอ นวตรอนฟลกซ มหนวยเปน จ านวนนวตรอน ตอ หนวยพนทตอหนวยเวลาทพจารณาในกลม g

g คอ จ านวนนวตรอนเฉลยทเกดขนใหมในกลม g ตอทก ๆ อนตรกรยาการแตกตว

g คอ ความเรวนวตรอนในกลม g มหนวยเปน เซนตเมตร ตอวนาท

fg คอ คาภาคตดขวางมหภาคส าหรบอนตรกรยาการแตกตวในกลม g

ag คอ คาภาคตดขวางมหภาคส าหรบอนตรกรยาการดดกลนในกลม g

sg คอ คาภาคตดขวางมหภาคการกระเจงออกจากกลม g

gsg ' คอ คาภาคตดขวางมหภาคการกระเจงจากกลม g’ ไปยงกลม g

tg คอ คาภาคตดขวางมหภาครวม ในกลม g

g คอ คาโอกาสทนวตรอนทเกดจากอนตรกรยาการแตกตวจะมพลงงานอยในกลม g

extS คอ ตนก าเนดนวตรอนจากภายนอก มหนวยเปน จ านวนนวตรอน ตอ หนวยพนทตอหนวยเวลา

หากพจารณาสมการท 1 ทสภาวะคงตว (steady state) และพจารณาวาไมมตนก าเนดนวตรอน

ภายนอก นนคอ 0

t

g และ 0extS จะได

1

1' 1'

'''''

1g

g

G

g

gfgggggsggRggg vk

D (2)

เมอ นยามให sggtgRg และ เปนตวด าเนนการ (Operand) ในพกดฉาก (Cartesian Coordinate) และ คา k คอคาแสดงสภาวะวกฤต (Criticality) ซงนยามจากอตราสวนของประชากรนวตรอนทเกดขนในระบบทเวลากอนหนา ตอ ประชากรนวตรอนทเกดขนในระบบทเวลาปจจบน ถาคา k มากกวา 1 จะเรยกสภาวะนนวา สภาวะเหนอวกฤต (Super Critical) ในขณะเดยวกน ถาคา k มคาต ากวา 1 จะเรยกวาสภาวะใตวกฤต (Sub-critical) และ เมอคา k เทากบ 1 จะเรยกสภาวะนวา สภาวะวกฤต


PS08-4

ในการค านวณสมการการแพรนน สงทส าคญทสดคอการหาคาคงทกลม (group constant) ดงสมการท 1 ซงประกอบดวยคา - gD fgg fg ag sg gsg ' tg และคาในงานวจยนจะโปรแกรม SRAC เพอสรางคาคงทกลม และประยกตระเบยบวธเชงตวเลขผลตางสบเนองรวมกบการแกสมการเชงเสนดวยวธเกาส - ไซเดล (Gauss Seidel) เพอแกปญหาสมการการแพร 2.2 ระเบยบวธผลตางสบเนอง (Finite difference) การแกสมการดวยวธผลตางสบเนองอาศยการกระจายฟงกชนดวยอนกรมเทเลอรแบบ forward และ backward เพอประมาณผลเฉลยดวย สมการผลตางการแบงยอยแบบตรงกลาง (Central divided-difference)[2] สามารถแสดงไดดงสมการท 3

2

2

11 2'' hO

h

xfxfxfxf iii

(3)

2.3 การแกสมการเชงเสนดวยวธเกาส – ไซเดล อาศยสมการท 3 เพอสรางสมการเชงเสนและแทนดวยเมตรกซ ทมขนาด gnznynx โดย nx ny nz คอจ านวนจดทแบงตามแนวแกน x y และ z ตามล าดบ และ g แทนจ านวนกลมของนวตรอน สมการท 4 ไดจากการแทนจดตาง ๆ ในการแบงพกดในแกนปฏกรณนวเคลยร โดยเมตรกซ [M] แสดงคณสมบตของคาคงทกลม [F] แสดงคณสมบตสวนทเปนฟชชนเทอม และ Φ เปนนวตรอนฟลกซทตองการหาคา

FΦM (4)

NNNNNN

N

N

F

F

F

MMM

MMM

MMM

2

1

2

1

21

22221

11211

(5)

k

NN

kkk MMMFM

13132121

11

1

1

1

k

NN

kkk MMMFM

2323

1

1212

22

1

2

1

1

11

1

22

1

113

1 1

k

NNN

k

N

k

N

NN

k

N MMMFM

ด าเนนการค านวณจนกระทง

)()1( n

N

n

N ( คอความคลาดเคลอนสมพทธ)


PS08-5

3. วธการ

3.1 สมการการแพรส าหรบนวตรอนสองกลมพลงงาน เมอพจารณานวตรอนสองกลมพลงงานแลว สมการท 2 สามารถเขยนใหมไดเปน[4] กลมท 1

1

11

1

2211111

1

11

2 1

D

S

kDD

ssR

(6) กลมท 2

2

22

2

2221122

2

22

2 1

D

S

kDD

ssR

(7) แทน 2 ดวย ),,(2 zyx จะได

1

11

1

221111

1

1

11

2 1),,(),,(),,(),,(

D

S

kD

zyxzyxzyx

Dzyx ssR

(8)

2

2221122

2

22

2 ),,(),,(),,(),,(

D

zyxzyxzyx

Dzyx R

(9)

และประยกตกระบวนวธผลตางสบเนองกบสมการท 7 โดยแทน ),,(2 zyx ดวยจะได

2

111

2

111

2

111 222

zyx

n

Dg

n

Cg

n

Ug

n

Cg

n

Lg

n

Rg

n

Cg

n

Bg

n

Fg

(10)

เมอก าหนด i j k ใด ๆ เปน จดในระบบพกดฉาก (x,y,z) และก าหนดให

C แทน ฟลกซทจด i, j, k

F แทน ฟลกซทจด i+1, j, k

B แทน ฟลกซทจด i-1, j, k

R แทน ฟลกซทจด i, j+1, k

L แทน ฟลกซทจด i, j-1, k

U แทน ฟลกซทจด i, j, k+1

D แทน ฟลกซทจด i, j, k-1

รปท 1 การอางองต าแหนงของฟลกซทใชกระบวนวธผลตางสบเนอง เมอ

x แทนการแบงเซลยอย ทางดานแกน x โดยมคาเปน 1

nx

Wx

y แทนการแบงเซลยอย ทางดานแกน y โดยมคาเปน 1

ny

Ty

z แทนการแบงเซลยอย ทางดานแกน z โดยมคาเปน 1

nz

Hz

C

F

B

R L

U

D

i

j

k

-k

-j

-i


PS08-6

W T และ H แทนขนาดความกวาง ยาว และสง ของแกนปฏกรณฯ ตามล าดบ

จะเหนวาขนาดเมตรกซทไดขนอยกบการแบงจ านวน nx ny และ nz และจ านวนกลมพลงงานของนวตรอนทสนใจ ในรปแบบสมการเชงเสนซงสามารถใชกระบวนวธ เกาส-ไซเดล แกปญหาสมการ และสามารถหาคาวกฤตไดจากการวนซ า (iterative scheme)

)(1 1 n

(n)

)(n

k

FM

(11)

3.2 การค านวณนวตรอนฟลกซโปรไฟลและคาวกฤต (criticality)

การค านวณนวตรอนฟลกซโปรไฟลและคาวกฤตสามารถแสดงไดดงรปท 2 โดยจะเรมจากการเดาคานวตรอนฟลกซโปรไฟลและคาวกฤตเรมตน แลวจงท าการค านวณตามกระบวนวธทไดกลาวไวในหวขอท 2

k

k

1 nn kk

1 nn

dVk

dVk

nn

n

n

/1

1

1

nn kk 1

รปท 2 การค านวณคาวกฤตจากคานวตรอนฟลกซ


PS08-7

การแกสมการท 11 ตองค านวณจนกวาเกณฑการลเขาเปนจรง จะท าใหไดนวตรอนฟลกซโปรไฟลทเหมาะสม จากนนคาวกฤตโดยใชเกณฑการลเขาคาวกฤต knn kk 1 จนกระทงเงอนไขเปนจรง (คา k คอ คาความคลาดเคลอนสมพทธการค านวณคาวกฤต)

3.3 การสรางคาคงทภาคตดขวางมหภาค[9]

การสรางคาคงทภาคตดขวางมหภาคจะใชโปรแกรมคอมพวเตอร SRAC เปนเครองมอในการยบรวมกลม (Group collapse) คาภาคตดขวางในฐานขอมลนวเคลยร JENDL-3.3 จาก 107 กลม ไปเปนจ านวนกลมตามทตองการ เรยกวาการค านวณเซล ในเซลหนงจะประกอบดวยเนอเชอเพลง (Fuel) ภาชนะบรรจเชอเพลง (Clad) และสารหนวงนวตรอน (Moderator) จากนนจะท าใหเปนเนอเดยว (Homogenized) เพอสรางคาภาคตดขวางมหภาค ของเซลนนดงแสดงในรปท 3 (ก) แลวจงน าเซลทไดมาจดเรยงในรปแบบมดเชอเพลง ในกรณนจะจดเรยงแทงเชอเพลง 17x17 เปนหนงมด (แทงเชอเพลง 1 แทงมขนาดเสนผาศนยกลางประมาณ 1.26 เซนตเมตร) ดงแสดงในรปท 3 (ข)

FUEL

CLAD

MODULATOR (ก) องคประกอบเชอเพลง 1 เซล

(ข) เซลเชอเพลงทน ามาจดเรยงเปนมดเชอเพลง

รปท 3 โมเดลของเชอเพลงทใชสรางคาคงทกลม

4. ผลการทดลองและวจารณ

ในการค านวณจะใชขอมลพนฐานจากแกนปฏกรณสมมตมขนาด กวาง 366.0 เซนตเมตร ยาว 366.0 เซนตเมตร และสง 370.0 เซนตเมตร ประกอบดวยเชอเพลงแบบยเรเนยมไดออกไซด (UO2) แบงเปนเชอเพลงเสรมสมรรถนะรอยละ 2.1 2.6 และรอยละ 3.2 โดยน าหนก 4.1 รปแบบการบรรจเชอเพลง


PS08-8

การค านวณจะพจารณาการบรรจเชอเพลงแบบในรปแบบตาง ๆ คอ การบรรจเชอเพลงแบบเนอเดยวดงรปท 4 การบรรจเชอเพลงแบบบรรจเชอเพลงชนดทมการเสรมสมรรถนะสงกวาไวภายนอกดงรปท 5 และ การบรรจเชอเพลงแบบกระจายชนดเชอเพลงดงรปท 6

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

รปท 4 การบรรจเชอเพลงแบบเนอเดยว (Uniform Loading)

0 0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0 0

0 0 3 3 3 3 2 2 2 3 3 3 3 0 0

0 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 0

0 3 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 3 0

3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3 3

3 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 3

3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3

3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3

3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3

3 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 3

3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3 3

0 3 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 3 0

0 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 0

0 0 3 3 3 3 2 2 2 3 3 3 3 0 0

0 0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0 0

รปท 5 การบรรจเชอเพลง รปแบบ Out-In Loading


PS08-9

0 0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0 0

0 0 3 3 3 3 2 1 2 3 3 3 3 0 0

0 3 3 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 3 0

0 3 2 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 3 0

3 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 3

3 3 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 3

3 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3

3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3

3 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3

3 3 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 3

3 3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 3

0 3 2 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 3 0

0 3 3 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 3 0

0 0 3 3 3 3 2 1 2 3 3 3 3 0 0

0 0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0 0

รปท 6 การบรรจเชอเพลงรปแบบ In-Scatter Loading

เมอ

2

3

2.6 %

3.2 %

1

0

2.1 %

4.2 เปรยบเทยบผลการค านวณทางทฤษฎกบผลการค านวณดวยโปรแกรมทพฒนาและโปรแกรมคอมพวเตอร SRAC

ในการค านวณแบบสามมต จะท าการแบงระยะตามแกน x y และ z ออกเปนสวน ๆ ซงจะเรยกวา “โหนด (Node)” โดยจะพจารณาจ านวนโหนดตามภาคตดขวางของแกนปฏกรณ และจะค านวณโดยก าหนดใหการแบงโหนด ตามแกน z มคาเทากบการแบงโหนดตามแกน x และ y ผลการค านวณทไดจากโปรแกรมทพฒนา (DENUMG) เมอเปรยบเทยบกบ โปรแกรม SRAC และทฤษฎ สามารถแสดงไดดงตารางท 1 และรปท 7


PS08-10

ตารางท 1 เปรยบเทยบผลการค านวณคาวกฤตในแบบสามมต เมอบรรจเชอเพลงแบบเนอเดยว แบงxyz

Nodes เสรมสมรรถนะ 2.1% เสรมสมรรถนะ 2.6% เสรมสมรรถนะ 3.2% SRAC DENUMG SRAC DENUMG SRAC DENUMG

8 32 1.2057 1.2025 1.2575 1.2530 1.3020 1.2973 10 52 1.2044 1.2012 1.2562 1.2517 1.3006 1.2960 12 76 1.2039 1.2001 1.2557 1.2507 1.3001 1.2949 14 112 1.2035 1.2005 1.2553 1.2509 1.2997 1.2952 15 148 1.2031 1.2002 1.2549 1.2503 1.2993 1.2945 16 193 1.2032 1.2017 1.2549 1.2523 1.2993 1.2965 18 208 1.2042 1.2012 1.2560 1.2511 1.3004 1.2955

เปรยบเทยบคาวกฤตในการค านวณ 3 มต

1.1800

1.2000

1.2200

1.2400

1.2600

1.2800

1.3000

1.3200

0 50 100 150 200 250 300 350

จ านวนโหนด

คาวกฤต

S-2.1%

S-2.6%

S-3.2%

D-2.1%

D-2.6%

D-3.2%

T-2.1%

T-2.6%

T-3.2%

S : SRAC

D : โปรแกรม

ทพฒนา

T : ทฤษฎ

รปท 7 กราฟเปรยบเทยบผลการค านวณ 4.3 ผลการค านวณ คาพคก าลง (Peak Power Factor) จากการปรบคาสารเคมควบคม

ผลการค านวณพบวาเมอท าการปรบสารเคมควบคมใหคาวกฤตเขาส 1.00 โดยนน คาพคก าลงสงสดเกดขนในการบรรจเชอเพลงแบบเปนเนอเดยวทงสามชนด (เชอเพลงชนดเสรมสมรรถนะ 2.1% 2.6% และ 3.2%) ส าหรบการบรรจเชอเพลงอกสองรปแบบ พบวา การบรรจเชอเพลงแบบ Out-In Loading จะใหคา พคก าลงสงกวาการบรรจเชอเพลงแบบ In-Scatter ดงแสดงในตารางท 2


PS08-11

ตารางท 2 เปรยบเทยบคาวกฤตและคาพคก าลงภายในแกนปฏกรณเมอบรรจเชอเพลงแบบตางกน

การบรรจเชอเพลงแบบเนอเดยว การบรรจเชอเพลงแบบ

Out-In Loading การบรรจเชอเพลงแบบ

In-Scatter เสรมสมรรถนะ คาวกฤต Pmax/Pavg คาวกฤต Pmax/Pavg คาวกฤต Pmax/Pavg

2.1% 1.2118 2.1076 1.2423 1.4506 1.2444 1.4321 2.6% 1.2625 2.1086

3.2% 1.3071 2.1089

เปรยบเทยบการกระจายความหนาแนนก าลง (Pmax/Pavg)

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 100 200 300 400 500 600 700

ระยะเวลา (วน)

ความหน

าแนน

ก าลง

(Pm

ax/P

avg)

2.10% 2.60% 3.20% Out-In In-Scatter

รปท 8 เปรยบเทยบการเปลยนแปลงความหนาแนนก าลงเมอเวลาเปลยนไป


PS08-12

1 4 7

10

13 S1

S7

S13

0

0.5

1

1.5

2

2.5

(ก)

1 3 5 7 9

11

13

15

S1

S6

S11

0

0.5

1

1.5

2

2.5

(ข)

รปท 9 การกระจายพคก าลงเมอบรรจเชอเพลงแบบเนอเดยวทเวลา 0 วน (ก) และ 400 วน (ข)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

S1

S5

S9

S13

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

(ก)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

S1

S5

S9

S13

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

(ข)

รปท 10 การกระจายพคก าลงเมอบรรจเชอเพลงแบบ Out-in ทเวลา 0 วน (ก) และ 400 วน (ข)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

S1

S4

S7

S10

S13

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

(ก)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

S1

S5

S9

S13

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

(ข)

รปท 11 การกระจายพคก าลงเมอบรรจเชอเพลงแบบ In-Scatterทเวลา 0 วน (ก) และ 400 วน (ข)


PS08-13

4.4 การค านวณคาการเผาผลาญเชอเพลงตอการบรรจเชอเพลงในแตละวงรอบ (cycle) การค านวณการบรรจเชอเพลงเปนวงรอบหรอการเตมเชอเพลงเขาไปในแกนปฏกรณฯ ทได

ด าเนนการมาเปนระยะเวลาหนงจนกระทงคารแอคตวตสวนเกนมคาลดต าลงจนไมสามารถน าแกนปฏกรณฯ เขาสสภาวะวกฤตได จ าเปนตองจดการแกนใหม

การค านวณในหวขอนจะท าการค านวณในกรณทแกนปฏกรณฯ บรรจเชอเพลงแบบเนอเดยวไว และท าการค านวณการเผาผลาญเชอเพลงจนกระทงพบวาคาวกฤตทไดจากการค านวณมคาต ากวา 1.00 จงเขาสกระบวนการจดการเชอเพลงโดยการน าเชอเพลง 65 มดทมการเผาผลาญมากทสดออกจากแกนปฏกรณฯ ในกรณนจะเปนเชอเพลงทบรรจอยสวนวงรอบในของแกนปฏกรณฯ ออก จากนนเลอกเชอเพลง 1 มด จาก 65 มดทเลอกออกไปโดยเลอกมดทมคาการเผาผลาญนอยทสด น ามาใสไวทต าแหนงกลางแกนปฏกรณฯ จากนนยายเชอเพลงทเหลอรอบนอกเขามาบรรจขางในแทน แลวจงบรรจเชอเพลงมดใหม ณ ต าแหนงทวางทวงรอบขางนอกอกครง โดยมขอก าหนดวาเชอเพลงใหมทบรรจส าหรบการค านวณนจะบรรจเชอเพลงทมคาเสรมสมรรถนะเดม คาทไดจากการค านวณคาการเผาผลาญเชอเพลงมหนวยเปนเมกะวตตวนตอกโลกรมยเรเนยม (MWD/kgU) และจะน าคาทไดไปเปรยบเทยบกบการค านวณในระบบสองมต และหนงกลมพลงงาน

ผลการค านวณเมอบรรจเชอเพลงชนด 3.2% แบบเนอเดยวและการปรบเปลยนเชอเพลงแบบวงรอบสามารถแสดงไดดงรปท 12 พบวาคาการเผาผลาญเชอเพลงลเขาสคาประมาณ 7.82 เมกกะวตตวนตอกโลกรมยเรเนยม

Comparison

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10

Cycle

MW

D/k

gU BRACC

REF[1]

DENUMG

รปท 12 เปรยบเทยบผลค านวณการเผาผลาญเชอเพลงในหนวยเมกะวตตวนตอกโลกรมยเรเนยม


PS08-14

5. สรป

5.1 ผลการค านวณคาวกฤต

ผลการค านวณคาวกฤตทไดจากโปรแกรมทพฒนา (DENUMG) เมอเปรยบเทยบกบ โปรแกรม SRAC แลว มความคลาดเคลอนสมพทธแตกตางกนททศนยมต าแหนงท 3 โดยคาวกฤตทค านวณจากโปรแกรม DENUMG จะมคาสงกวาการค านวณดวยโปรแกรม SRAC ทงนเนองจากในการพฒนาโปรแกรมไดพจารณาเงอนไขขอบเขตใหคานวตรอนฟลกซทขอบมคาเปนศนย แตในโปรแกรม SRAC ใชเงอนไขขอบเขตทตางกน ซงเปนไปไดวานวตรอนทเลดลอดออกออกจากระบบเมอค านวณดวยโปรแกรม SRAC มคานอยกวา จงท าใหคาวกฤตทไดจากโปรแกรม SRAC มคามากกวา แตอยางไรกตาม ผลจากการค านวณพบวาคาความคลาดเคลอนสมพทธทนอยกวาน จะเปนไปอยางสม าเสมอตลอดการค านวณไมวาเงอนไขจ านวนเชอเพลง ชนดเชอเพลง หรอจ านวนโหนดทก าหนดใหกบทงสองโปรแกรมจะมการเปลยนแปลงไปอยางไรกตาม ซงเปนการยนยนไดวาโปรแกรมทพฒนาขนมกระบวนวธในการค านวณเชงตวเลขเปนไปอยางถกตอง

5.2 ผลการค านวณคาพคก าลงเมอบรรจเชอเพลงในรปแบบตาง ๆ

ผลคาพคก าลง หรอ พคแฟกเตอร ทค านวณเมอบรรจเชอเพลงสามรปแบบ พบวา การบรรจเชอเพลงแบบเนอเดยว ไมวาเชอเพลงจะมการเสรมสมรรถนะเทาใด ใหผลคาพคแฟกเตอรมากทสด ในขณะท Out-In Loading และ In-Scatter Loading ใหคาพคแฟกเตอรนอยลงตามล าดบ คาพคแฟกเตอรทมคาสงแสดงใหเหนวาคาก าลงสงสดตอคาก าลงเฉลยในแกนมคาสงมากซงไมดตอการจดการแกนปฏกรณฯ เพราะจะท าใหเกดการกระจายความหนาแนนก าลงในแกนปฏกรณไมเทากน และท าใหเกดความแตกตางของอณหภมสง ดงนนเมอเปรยบเทยบการบรรจเชอเพลงทงสามรปแบบแลวจะเหนวา การจดแกนปฏกรณในรปแบบ In-Scatter Loading จะเปนการจดแกนปฏกรณทเหมาะสมทสดเพราะมการกระจายก าลงในแกนอยางสม าเสมอ ในขณะทการจดแกนปฏกรณแบบเนอเดยวทงแกนใหผลคาพคก าลงสง และไมเหมาะสมตอการจดการแกนปฏกรณ

5.3 การค านวณคาการเผาผลาญเชอเพลง

ผลการค านวณแสดงใหเหนวาในการค านวณการเผาผลาญเชอเพลงขนเวลาท 1 (20 วน) การลดลงของคาวกฤตจะลดลงเรวกวาขนเวลาถด ๆ ไปเนองจากมการเกดผลผลตฟชชนขนภายในเชอเพลงซงจะผลผลตฟชชนบางตวมคาภาคตดขวางการดดกลนสงท าใหมการดดกลนนวตรอนเพมขนภายในแกนและท าใหการเผาผลาญเชอเพลงชาลงเปนผลใหคาวกฤตลดลงอยางชา ๆ ตามกนไป


PS08-15

ผลการค านวณยนยนวาการบรรจเชอเพลงชนดเสรมสมรรถนะ 3.2% แบบเนอเดยวสามารถใชงานแกนปฏกรณฯ ไดนานกวา แตเนองจากมคาพคก าลงสงดงนนจงไมเหมาะสม ดงทกลาวไวใน 5.2

5.4 เปรยบเทยบการเปลยนเชอเพลงแบบวงรอบ

จากการผลการค านวณพบวาการเปลยนเชอเพลงตามรปแบบทอธบายไวใหผลลเขาสคาการเผาผลาญเกดการแกวงเลกนอย ทงนเปนผลจากการปรบคาภาคตดขวางมหภาคการดดกลนในการค านวณและเปนผลมาจากการค านวณเชงตวเลขเชนกน อยางไรกตาม ผลการค านวณทไดจากการก าหนดคากลมนวตรอน 2 และ 4 กลม จะใหแนวโนมเดยวกน ซงการเปรยบเทยบผลจากการค านวณดวยโปรแกรมทพฒนา และโปรแกรมทค านวณดวยนวตรอนกลมเดยว พบวามคาการเผาผลาญเชอเพลงทใกลเคยงกน

6. กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธนส าเรจลลวงไปไดดวยความชวยเหลออยางดยงของ รศ.ดร.สญชย นลสวรรณโฆษต ซงทานไดใหค าแนะน าและขอคดเหนตาง ๆ ในการวจยมาดวยดตลอด ขอขอบคณ คณยทธพงศ บษมงคล และ ดร. ชนาธป ทพยกล ทใหแนววธการคดเพอน ามาปรบปรงการวจย ขอขอบคณ Mr. Nobuaki Onishi ทไดกรณาแนะน าโปรแกรม SRAC และการใชงาน ซงเปนประโยชนอยางยงตองานวจย

7. เอกสารอางอง

[1] Duderstadt, J. J. and Hamilton, L. J. Nuclear Reactor Analysis. 2nd edition. New York: John Wiley & Sons, 1974.

[2] ปราโมทย เดชะอ าไพ. ระเบยบวธเชงตวเลขในงานวศวกรรม. พมพครงท 5. พระนคร:ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2541.

[3] ภชวด เขยวรอด. การพฒนาโปรแกรมค านวณการจดการแกนเชอเพลงนวเคลยรแบบ 2 มต และหนงกลมพลงงาน. วทยานพนธ ปรญญามหาบณฑต ภาควชานวเคลยรเทคโนโลย วศวกรรมศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลยม, 2544.

[4] สญชย นลสวรรณโฆษต. วศวกรรมแกนปฏกรณเบองตน. เอกสารประกอบการสอนรายวชา 2111642 ภาควชานวเคลยรเทคโนโลย วศวกรรมศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2544 (เอกสารไมตพมพ)

[5] Almenas, K. and Lee, R. Nuclear Engineering An Introduction. College Park Campus Department of Chemical and Nuclear Engineering The University of Maryland United State of America. Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K, 1992.


PS08-16

[6] Chapra, S. C. and Raymond, P. C. Numerical Methods for Engineers. 3rd edition, Singapore: McGraw-Hill Companies, 1998.

[7] Glasstone, S. and Sesonske, A. Nuclear Reactor Engineering (Reactor Systems Engineering. 4th edition, volume one, United States of America: Chapman & Hall, Inc., 1994.

[8] Lamarsh, J. R. Introduction to Nuclear Engineering. 2nd. New York : Addison-Wesley Publishing Company, 1975.

[9] Okumura, K. et al. SRAC (Ver. 2002) ;The comprehensive neutronics calculation code system. Vol 1. Japan : JAEA publication, 2002.

DEVELOPMENT OF A COMPUTATIONAL PROGRAM FOR FUEL … · 2011-10-04 · งาน วิจยัน...

Documents

Transcript of DEVELOPMENT OF A COMPUTATIONAL PROGRAM FOR FUEL … · 2011-10-04 · งาน วิจยัน...