الحرارة تسوس في المفاعلات النووية مقال للدكتور أوليفييه Nusbaumer جديد: الترجمة من قبل اليونا Lompar في اللغة الاوكرانية متاحة هنا! حرارة التحلل هي الحرارة التي تنتجها اضمحلال نواتج الانشطار المشعة بعد أن تم اغلاق مفاعل نووي لأسفل. حرارة التحلل هو السبب الرئيسي للقلق السلامة في مفاعلات الماء الخفيف (مفاعلات الماء الخفيف). وهو مصدر 60٪ من تسرب إشعاعي worldw مخاطر بيئة تطوير متكاملة. في المفاعل النووي، وانشطار الذرات الثقيلة مثل النظائر من اليورانيوم والبلوتونيوم النتائج في تشكيل المواد الانشطارية عالية الإشعاع. هذه نواتج الانشطار تسوس بالإشعاع بمعدل تحدده كمية ونوع من النويدات المشعة الحالية. وبعض الذرات المشعة الاضمحلال في حين أن المفاعل يعمل وسيتم إزالة الطاقة المنطلقة من تحللها من صميم جنبا إلى جنب مع الحرارة الناتجة عن عملية الانشطار. جميع المواد المشعة التي لا تزال في المفاعل في الوقت الذي يتم إغلاقها وسوف عملية الانشطار توقف الاستمرار في الاضمحلال والإفراج عن كمية كبيرة من الطاقة الحرارية. كمية المواد المشعة الموجودة في المفاعل في وقت الاغلاق يعتمد على مستويات الطاقة في المفاعل الذي يعمل ومقدار الوقت الذي يقضيه في تلك المستويات السلطة. كمية الحرارة تسوس مهم جدا. مفاعل نووي يعمل في السلطة الكاملة لمدة 3 أو 4 أيام قبل اغلاق لديها أعلى بكثير من تسوس توليد الحرارة من المفاعل تعمل على الطاقة المنخفضة لنفس الفترة. عادة، فإن كمية الحرارة الاضمحلال التي سوف تكون موجودة في مفاعل التالية الاغلاق على الفور أن ما يقرب من 7٪ من مستوى القوة التي مفاعل يعمل على اغلاق مسبق. مفاعل العاملة في 3600 MW سوف تنتج 252 ميجاوات من الحرارة تسوس مباشرة بعد shutdow ن. هذا يدل على أهمية الحرارة تسوس إذا لم التبريد موجودا. فإن كمية الحرارة تسوس المنتجة في المفاعل تنخفض بشكل كبير والمزيد والمزيد من المواد المشعة يضمحل إلى بعض أشكال مستقرة. قد تنخفض الحرارة تسوس إلى حوالي 2٪ من مستوى الطاقة قبل الاغلاق خلال الساعة الأولى بعد الاغلاق و1٪ خلال اليوم الأول. وسوف تستمر الحرارة تسوس في الانخفاض، ولكنه سيقلل بمعدل أبطأ بكثير. سوف حرارة الاضمحلال تكون كبيرة أسابيع وحتى أشهر بعد اغلاق المفاعل. الفشل في تبريد المفاعل بعد النتائج الاغلاق في heatup الأساسية والانهيار ربما الأساسية (أي ثري مايل آيلاند 2). وعلاوة على ذلك، سوف نظائر مشعة تتحلل في نهاية المطاف إلى مادة مستقرة. ومع ذلك، في حين أنهم المتحللة، التي تنبعث منها الإشعاعات (α، β - β + وγ). بعض نظائر تسوس في ساعات أو حتى دقائق، ولكن تسوس الآخر ببطء شديد. تلك النفايات على مستوى عال خطرة على البشر وغيرها من أشكال الحياة بسبب المستويات العالية من الإشعاع. على سبيل المثال، بعد عشر سنوات من إزالة مفاعل، ومعدل الجرعة السطحية للجمعية الوقود المستنفد نموذجي يتجاوز 10'000 عيني / ساعة، في حين أن جرعة كامل الجسم قاتلة للبشر هي حوالي 500 REM (إذا وردت كلها في وقت واحد) . وعلاوة على ذلك، إذا كانت مكونات هذه النفايات عالية المستوى للوصول الى المياه الجوفية أو الأنهار، فإنها يمكن أن تدخل في السلسلة الغذائية. على الرغم من أن جرعة المنتجة من خلال هذا التعرض غير المباشر هو أصغر بكثير من جرعة التعرض المباشر، هناك إمكانية أكبر لعدد أكبر من السكان لتكون عرضة للخطر. وهذا هو السبب لماذا يجب أن يتم تخزين النفايات النووية بطريقة توفر الحماية الكافية لزمن طويل جدا. والطاقة الحرارية تسوس تأتي أساسا من خمسة مصادر: نواتج الانشطار غير المستقرة، التي تضمحل عبر α، β -. β + وانبعاث أشعة γ لنظائر مستقرة. الأكتينات غير المستقرة التي شكلتها المتعاقبة ردود فعل أسر النيوترون في اليورانيوم والبلوتونيوم النظائر الموجودة في الوقود. انشطار الناجمة عن تأخر النيوترونات. ردود الفعل الناجمة عن نيوترونات الانشطار النووي. المواد الإنشائية والكسوة في المفاعل التي قد تصبح مشعة. وعادة ما يتم إهمال إنتاج الحرارة بسبب تأخر النيوترون الناجم عن الانشطار أو الانشطار النووي. تفعيل العناصر الخفيفة في المواد الإنشائية يلعب دورا إلا في ظروف خاصة، ويتم استبعاد عادة من تحلل الحرارة الاضمحلال. لتلخيص، بعد اغلاق مفاعل نووي، والتحلل الإشعاعي من نواتج الانشطار، الأكتينات والمنتجات تفعيل تنتج الحرارة التي يتم إزالتها من النظام. في محطة للطاقة النووية، ويتحقق إزالة الحرارة التحلل من صميم الطوارئ أنظمة التبريد والمبادلات الحرارية. تم تصميم هذه النظم عالية زائدة لتوفير كمية كافية من المياه ماكياج لعدة أيام دون تدخل المشغل. ومن الأهمية العالية لنعرف على وجه الدقة كمية الحرارة تسوس من أجل تقييم الاستراتيجية الأساسية والاحتواء التبريد خلال الحدث غير طبيعي. تم فحص البيانات من العديد من التجارب في 1960s لتوفير أساس دقيق للتنبؤ المنتج الانشطار الطاقة الحرارية الاضمحلال. في عام 1971، تم اعتماد النتائج من قبل الجمعية النووية الأميركية (ANS) لتجميع أول معيار الحرارة تسوس (ANS-5.1 / N18.6). مشروع ANS-5.1 / N18.6 تحديثه لاحقا إلى ANS-5،1-1٬973 يتضمن مشروع المعيار منحنى واحد لتمثيل كل المفاعلات باليورانيوم. أدت قياسات جديدة في السبعينيات لتجميع الجديد والتي أسفرت عن المعيار المعتمد في عام 1979 (ANS-5،1-1٬979). وقد وضعت معايير لتلبية حاجة لتقييم أداء الانشطار مفاعل يعتمد على المعرفة السلطة تسوس للحرارة في عناصر الوقود. منذ إقرار المعيار، وقد نشرت قياسات جديدة للحرارة الاضمحلال. وبالإضافة إلى ذلك، أدت تحسين قواعد البيانات النووي في حسابات الجمع أكثر دقة من حرارة الاضمحلال. أحدث نسخة من والمعيار هو ANS-5،1 حتي 19 94 (القياسية الحالية، مراجعة ANSI / ANS-5،1-1٬979؛ R1985). يوفر المعيار ANS 5.1 قواعد لتحديد قوة إيقاف تسوس الحرارة وعدم اليقين في اغلاق التالية من مفاعلات الماء الخفيف (مفاعلات الماء الخفيف). المعلومات الواردة في هذا المعيار يمكن استخدامها في تصميم وتقييم الأداء، وتقييم سلامة مفاعلات الماء الخفيف. هذا المعيار يمكن استخدامها كأساس لتحديد المنتج الانشطار الطاقة الحرارية الاضمحلال. وANS 5.1 معيارا لتوليد الحرارة تسوس في محطات الطاقة النووية يوفر وسيلة مبسطة لتقدير متطلبات التبريد الوقود النووي التي يمكن برمجتها بسهولة إلى رموز الكمبيوتر المستخدمة للتنبؤ بالأداء النبات. النماذج القياسية ANS 5.1 في إطلاق الطاقة من نواتج الانشطار من 235 U، U 238 و 239 بو باستخدام الجمع من حيث الأسية مع الثوابت التجريبية. وتقدم تصحيحات لحساب إطلاق الطاقة من اضمحلال 239 U و 239 أرستها وتفعيل النيوترون من نواتج الانشطار مستقرة. على الرغم من أن يتم بناؤها الثوابت التجريبية في المعايير، يتم ترك مدخلات بيانات معينة لتقدير المستخدم. هذه الخيارات تسمح للتفسير الاختلافات في تاريخ السلطة، وتخصيب الوقود الأولي ومستوى تدفق النيوترون. تسوس الطاقة الحرارية من الأكتينيدات الأخرى والمنتجات التنشيط في المواد الإنشائية، وقوة الانشطار من تأخر الناجم عن النيوترون الانشطار، ليست مدرجة في هذا المعيار. الطرق المعيارية لتقييم حرارة الاضمحلال ووصفت الوثيقة قابلة للتطبيق على مفاعلات الماء الخفيف التي تحتوي على 235 U كمادة انشطارية الرئيسية الأولية و 238 U كمادة خصبة. يتم التعامل مع مساهمات من 235 U، U 238، 239 و 241 بو بو صراحة. يتم توفير تمثيل السلطة الانشطار المنتج تسوس الحرارة القياسية في شكل جدول لمفاعل حراري النيوترون الطيف انشطار 235 U، 239 بو و 241 بو، والانشطار السريع من 238 U، في أوقات مختلفة بعد الاغلاق التاليتين الحد من فترات التشغيل المفاعل، واحدة لل نبض الانشطار واحد لمفاعل يعمل بمعدل الانشطار المستمر لفترة لا حصر لها من الوقت ومن ثم تغلق على الفور إلى أسفل. هذه التأكيدات القياسية لا تمثل أسر النيوترون بواسطة نواتج الانشطار. يتم توفير الشكوك لكل وقت الاغلاق لكل من الجداول. توصف طرق للحصول على مجموع تسوس الانشطار منتجات الطاقة الحرارية وعدم اليقين المرتبطة بها لمدة التشغيل المحدودة من أي نبض أو بيانات عملية لانهائية. يشرع طريقة لحساب تأثير أسر النيوترون في نواتج الانشطار في أوقات الاغلاق أقل من 10 4 ثواني. ويستخدم عاملا ضرب هذا يعتمد على مفاعل الوقت التشغيل، الانشطار الإجمالي لكل ذرة الانشطارية الأولية، والوقت بعد الاغلاق. والحد الأعلى لهذا العامل يشرع أيضا في أوقات اغلاق ما يصل الى 10 10 ثانية. المستخدم لديه خيار الحوسبة وتبرير تصحيح أسر النيوترون وتعرض البيانات على المنتج الانشطار الطاقة الحرارية تسوس بطريقتين في هذا المعيار. الأول هو فاي (ر)، والذي يمثل التحلل الطاقة الحرارية في الانشطار بعد نبض حظية عدد كبير من الأحداث الانشطار. الأسلوب الثاني من العرض هو F ط (ر، ∞)، والطاقة الحرارية تسوس من نواتج الانشطار ينتج بمعدل ثابت على مدى فترة طويلة التشغيل بلا حدود دون امتصاص النيوترونات في منتجات الانشطار. توصف طرق للحصول على الطاقة الحرارية تسوس لالتعسفي التاريخ قوة المفاعل دون أسر النيوترون في نواتج الانشطار. أسر النيوترون في نواتج الانشطار له تأثير صغير على الطاقة الحرارية تسوس ل0 العلامة & lt؛ ر LT &؛ 10 4 ثانية، ويعامل على أنه عامل تصحيح. وبالنظر إلى إجمالي الطاقة تسوس حسب: P د (ر، T) = P 'د (ر، T) G (ر) حيث P د (ر، T) يناظر مجموع الطاقة الحرارية تسوس المنتج الانشطار في تي ثانية بعد الاغلاق لتعمل مرة ثانية T. لدينا: وأنا = 1، 2، 3 و 4 يمثلون 235 U الحرارية، 239 بو الحرارية، 238 U سريع و 241 بو، على التوالي. إهمال القبض على تأثير النيوترونات، والحرارة بيتا وغاما تسوس تنتج في حالة الانشطار ليست سوى وظيفة من الوقت الاضمحلال. السماح ب (ر) و (ز) (ر) أن تكون هذه المصادر حرارة الاضمحلال، على التوالي. إجمالي ظيفة الحرارة الاضمحلال في و حالة الانشطار (ر) هو ببساطة مجموع ب (ر) و (ز) (ر). إذا كان يتم المشع على نوية الانشطارية لفترة I بمعدل الانشطار المستمر، والحرارة تسوس في الزمن t 'بعد التشعيع يمكن حسابها بشأن التشعيع عن سلسلة من رشقات نارية الانشطار كما هو مبين أدناه. لكل انفجار الانشطار، والمساهمة في قوة تحلل بيتا لكل وحدة معدل الانشطار يساوي ب (ر) دينارا. ثم يتم التعبير عن مجموع القوة تحلل بيتا في تسوس الوقت ر 'تطبيع لكل وحدة معدل الانشطار من قبل: تم العثور على تعبير مشابه لاضمحلال جاما الحرارة G (I، ر ') ومجموع F الحرارة تسوس (I، ر'). إذا كان الوقت تشعيع صغير مقارنة مع الوقت تسوس ر '. وظيفة B (I، ر '). وعلى نحو مماثل لG (I، ر ') وF (I، ر'). يمكن أن يقترب من قبل: وينص هذا ببساطة أن لفترة قصيرة التشعيع ووقت تسوس طويلة، والحرارة تسوس يمكن أن يقترب من وظيفة انفجار تقييمها في وقت ر '+ I / 2. وظيفة B (I، ر ') يمكن أن يكتب بفارق مقعدين التكاملات: من خلال اتخاذ الحد من I 0 إلى ما لا نهاية، وظيفة B (I، ر ') يمكن أن تكون مكتوبة على أساس الفرق من ولايتين في الإشعاع لا حصر له: هذه هي المعادلة الحاكمة الدولة لانهائية لحساب حرارة الاضمحلال. تنطبق صيغة مماثلة لقوة تسوس غاما ومجموع القوة الاضمحلال. وظائف ب (ر). وأعرب ز (ر ") وو (ر") في وحدات (إلكترون فولت / ثانية) والمقابلة لا يتجزأ كميات B (I، ر '). يتم التعبير عن G (I، ر ') وF (I، ر') في وحدات (إلكترون فولت / الانشطار) في (الانشطار / ثانية)، أي بشكل فعال في وحدات (إلكترون فولت / ثانية). ثم لخص الحرارة تسوس تصل لكل دفعة وكل قطاع الطاقة باستخدام المعادلة التالية: حيث: N (ب) هو فترات عدد للدفعة. ب والمؤشر وتحديد فترة التشغيل على مستوى السلطة المستمر. س ط هو مجموع الطاقة القابلة للاسترداد (الانشطار + تسوس) المرتبطة الانشطار واحدة من نوية ط، أعرب في [إلكترون فولت / الانشطار] من أجل الاستعمال الفعال للANS-5،1 حتي 94 معيارا لتطبيق محطة للطاقة النووية، تم وضع C ++ التفاعلية البرمجيات. DECANS V1.2. وتحسب الطاقة الحرارية الاضمحلال على أساس معيار ANS-5،1 حتي 94. تم تطويره كبرنامج "قائمة بذاتها" وكان تنفيذ إد في البيئة MELSIM / MELCOR. وقد DECANS V1.2 مفيدا لتحديد مدخلات التكوين الأساسية وغير مناسبة لمستوى PSA 2 التطبيقات، تحليل مستقل وإدارة الحوادث في الوقت الحقيقي. DECANS V1.2 يقيم تلقائيا مساهمة الانشطار كسور كل النظير الانشطاري (235 U، U 238، 239 و 241 بو بو) بناء على الوقود burnup باستخدام نشرت منحنيات المساهمة التجزيئية للمفاعلات الماء الخفيف (انظر المثال في أدناه). الجزء الأكثر أهمية هو تحديد تاريخ جوهر كاملة. العملية الأولى هي تحديد عدد دفعات في الصميم. وينقسم كل دفعة إلى عدة قطاعات الطاقة، أي مستويات الطاقة المختلفة من الحياة دفعة و. وكمثال على ذلك، وقدم 4 قطاعات التاريخ الطاقة دفعة أدناه: بشكل عام، وهناك ثلاثة قطاعات للكل عام التشغيل: في حالة المبينة أعلاه الجزء الأول يناظر 330 يوما من القوة الكاملة الوقت التشغيل في 720 ميغاواط، والثانية لمدة 20 يوما في 684 ميغاواط للمفاعل coastdown (95٪ من تقييما الطاقة الحرارية)، وآخر من 15 يوما من انقطاع مع أي سلطة. الجزء الثاني يتوافق مع فترة عند انخفاض القوة تدريجيا حتى 90٪ من الطاقة الكاملة قبل الاغلاق انقطاع التيار العادي. في الظروف الحقيقية، وانخفاض القوة غير الخطي تقريبا. بعد تعريف قطاعات الطاقة في كل دفعة، يتم تعريف المستويات الوقت التشغيل وقوتهم. يتم تعريف كافة شرائح بهذه الطريقة. مطلوب كتلة دفعة أيضا منذ burnup يعتمد على كتلة من أكسيد اليورانيوم. لكل قطاع الطاقة، DECANS يدمج قوة دفعة من أجل تحديد الشروط burnup بعد وقت التشغيل ر *. بفضل المنحنيات التي تمثل جزء معدل نسبي من النويدات كما ظائف burnup، فمن الممكن أن نعرف مجموع الحرارة المتولدة تسوس ر * بعد ثوان من العزلة الاحتواء لكل دفعة، وذلك باستخدام معيار ANS. وأخيرا، فإن منحنى الحرارة تسوس بوصفها وظيفة من الوقت يمكن حساب. هناك منحنى واحد لكل دفعة يتم بعد ذلك لخص للحصول على منحنى العام الحرارة تسوس المفاعل. لقطات الشاشة التالية من DECANS تمثل تاريخ السلطة لدفعة التي تم تحميلها منذ 3 سنوات، وبالتالي فإنه ما مجموعه 3 فترات تشعيع مع 7 قطاعات الطاقة: على لقطات الشاشة، والبيانات المحسوبة التي كتبها DECANS هي بخط مائل، والبعض الآخر إدخال المستخدم (الوقت التشغيل، قوة القطاع ودفعة متر الحمار). ثم يتم احتساب قوة تسوس (غير المصححة للأسر النيوترون) التي DECANS مع احترام كل دفعة وكل فترات التشعيع باستخدام معيار ANS: حيث: N (ب) هو فترات عدد للدفعة. ب والمؤشر وتحديد فترة التشغيل على مستوى السلطة المستمر. س ط هو مجموع الطاقة القابلة للاسترداد (الانشطار + تسوس) المرتبطة الانشطار واحدة من نوية ط، أعرب في [إلكترون فولت / الانشطار] فاي (تي، T) هو اضمحلال القوة ر ثانية بعد فترة التشغيل من T ثانية في معدل الانشطار المستمر للنويدة i في غياب أي أسر النيوترون في منتجات الانشطار، وأعرب في [إلكترون فولت / الانشطار]. وقد تم التحقيق احتمالين من أجل اتخاذ تأثير أسر النيوترون في الاعتبار: أول واحد، كما اقترح في ANS-5.1، يستخدم صيغة العلاقة التالية لوقت الاغلاق ر العلامة & lt؛ 10'000 ثانية: حيث y هو عدد انشطار الذرة في الانشطارية الأولية ويمكن تحديد من الأولي U 235 تخصيب ومجموع burnup على النحو التالي: حيث B هو burnup وN إثراء الأولي في المئة للمرة فوق 10'000 ثانية، يتم استخدام الجدول محسوبة مسبقا (على النحو الوارد في مستوى ANS) لتقييم القيم G بوصفها وظيفة من وقت الاغلاق ر. يستخدم الأسلوب الثاني في جدول احتساب مسبقا من بداية حتى نهاية العملية الحسابية. ميزة الخيار الأول تكمن في دقة أعلى لها. ومع ذلك. التبديل بين الارتباط والجدول يسبب انقطاع في 10'000 ثانية بعد بدء عابرة (انظر أدناه): يسمح مربع DECANS التالية اختيار بين خيارين: وفقا لمعيار ANS، كان لها الفضل مساهمة من U 239 و 239 أرستها في DECANS باستخدام العبارات التالية: حيث: E U239 وE Np239 هي متوسط الطاقة القابلة للاسترداد من اضمحلال U 239 و 239 أرستها ومتساوون في 0.474 إلكترون فولت و0.419 إلكترون فولت على التوالي. 1 لتر ولتر 2 هي الثوابت تسوس (4.91.10 -4 -6 و3.41.10 ثانية -1). R هو عامل التحويل. وهو يمثل عدد U 239 الذرات في مجموع الأحداث الانشطار وتقييمها في تكوين المفاعل في وقت الاغلاق. ويرد الحرارة تسوس النهائية كما تم إنشاؤه من قبل DECANS أدناه. ويمكن بعد ذلك منحنى يتم تصديرها إلى MS EXCEL باستخدام وظيفة التصدير. 2004-2006، أوليفييه Nusbaumer