Ir p primeira página

(1)

Programa

experimental

do núcleo do

reator da INAP

(2)

Validação e qualificação de

metodologias de cálculo

Objetivos

• Validação de códigos de Física de

reatores

• Validação de metodologias de cálculo

• Avaliação e qualificação de bibliotecas de

dados nucleares

(3)

(4)

Reator IPEN/MB-01

Características Gerais:

- Reator potência zero (máxima 100 Watts)

- Tanque de água com núcleo composto de

varetas combustíveis com o arranjo flexível

- Criticalização por barras de controle

- Sistema de desligamento por queda de

(5)

Reator IPEN/MB-01

Características do núcleo:

- Arranjo atual 28x26

- 680 varetas combustíveis

- 24 varetas de controle - Ag-In-Cd

- 24 varetas de B

₄

C

(6)

Reator IPEN/MB-01

Características do núcleo:

- pastilhas cerâmica de UO

₂

- enriquecimento de

235 U 4,30%

- altura ativa 54,60 cm

(7)

Programa de Qualificação e Validação

Experimento

Parâmetro

neutrônico

Código

_Metodologia

Biblioteca de

dados nucleares

(8)

Códigos e Biblioteca de dados nucleares

Código e Bibliotecas do Projeto :

HAMMER-TECHNION (Cálculo celular)

CITATION (Cálculo de Reator)

(9)

Códigos e Biblioteca de

dados nucleares

Códigos e bibliotecas de análise e verificações:

MCNP (Monte Carlo)

TORT (Transporte 3D Ordenadas Discreta)

(10)

Cadeia de Códigos e

Biblioteca de dados

nucleares

Dados

nucleares

ENDF/B

Sistema

NJOY

Sistema

AMPX-II

MCNP

DOORS-3.2

(TORT)

HAMMER-TECHNION

(11)

Parâmetros neutrônicos constantes do

projeto nuclear da INAP

Atividade

Parâmetros

geração de seções de

choque

seção de choque do

combustível, barra de controle,

segurança, veneno queimável

criticalidade e

distribuição de

potência

estimativa de kef

carregamento do reator

distribuição de potência axial e

(12)

Parâmetros neutrônicos constantes do

projeto nuclear da INAP

Atividade

Parâmetros

Controle e reatividade

do reator

Defeito de temperatura,

coeficientes de tempeartura,

vazio, defeito de potência,

margem de desligamento,

reatividades das barras de

controle, parâmetros cinéticos

Informação para

instrumentação

(13)

Experimentos já

realizados

1) taxa de reação dentro da vareta combustível

2) Buckling, k

3) reatividade integral e diferencial de barra

4) sombreamento de barra

5) reatividade do boro solúvel (

a ser realizado

)

6) experimento do baffle (

em andamento

)

7) carregamento, massa crítica

(14)

Experimentos já

realizados

10) mapeamento de fluxo com mini-câmara

11) mapeamento de densidade de potência por

gama scanning

12) mapeamento de folha com fio e calibração de

potência

13) verificação da reatividade do veneno

queimável e

(15)

Experimentos já

realizados

14) coeficiente de reatividade de temperatura

isotérmico - operação entre 20 e 80 C

15) inserção de vazios no núcleo (homogêneo e local)

16) razão beta/lambda por ruído

17) determinação de abundâncias βi/β

18) determinação do beta-efetivo via análise de ruído

e potência

(16)

Experimentos

Parâmetros Cinéticos

Parâmetros cinéticos – Razão

_Λ

β

(s

-1

)

Configuração

Medido

(s

-1

)

Calculado

(s

-1

)

Discrepância

(%)

Conf. Retangular

249,8 + 4,6

246,3

-1,4

(17)

-Experimentos

Coeficiente de Temperatura

(Critério de Projeto)

Coeficiente de temperatura isotérmico

Faixa de

Temperatura

(

o

C)

Medido

(pcm/

o

C)

Calculado

(pcm/

o

C)

Discrepância

(%)

20-40

-6,2

-5,5

-11,3

40-80

-12,7

-12,2

-3,9

(18)

Experimentos

Coeficiente de Temperatura

S S S S S

S S A A A A A A A A A A

A A

B B B B B

B B S S S S S S S S S S

S S

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z za ab 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Fluke

Sinal dos 15 Termopares

Núcleo do Reator

com os termopares

Grava dados de temperatura

Controle

(19)

Experimentos

Coeficiente de Temperatura

1 3 : 1 9 1 3 : 2 6 1 3 : 3 3 1 3 : 4 0 1 3 : 4 8 1 3 : 5 5 2 0 , 5

2 1 , 0 2 1 , 5 2 2 , 0 2 2 , 5 2 3 , 0 2 3 , 5 2 4 , 0 2 4 , 5 2 5 , 0

P o n t o 2

P o n t o 1 T 1

T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8 T 9 T 1 0 T 1 1 T 1 2

T em per at ur a ( o C)

(20)

Experimentos

Coeficiente de

Temperatura-Ponto de inversão

8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0

5 8 , 7 4 5 8 , 7 6 5 8 , 7 8 5 8 , 8 0 5 8 , 8 2 5 8 , 8 4 5 8 , 8 6

P a r â m e t r o s A j u s t a d o s M o d e l o : P 1 + P 2 . x + P 3 . x2 C h i ^ 2 = 0 . 0 6 7 4 9

P 1 5 9 . 5 4 1 1 9 ± 0 . 0 4 6 5 P 2 - 0 . 1 0 9 5 3 ± 0 . 0 0 6 8 P 3 0 . 0 0 3 8 4 ± 0 . 0 0 0 2 4

B C 1

P os iç ão da B C #1 (% i ns er ida)

(21)

Experimentos

Coeficiente de Vazio

(Critério de Projeto)

Coeficiente de Vazio

Medido

(pcm / % vazio)

Calculado

(pcm / % vazio)

Discrepância

(%)

(22)

Experimentos

Reatividade de barras

(Critério de Projeto)

Reatividade de barras de controle - Valor Integral

Barra

Medida

Barra de

compensação

Tipo de

compensação

Medido

(pcm)

Calculado

(pcm)

Discrepância

(%)

BC1

Ag-In-Cd

BC2

Ag-In-Cd

Diagonal

669

0 BC1

Ag-In-Cd

BC2

B

₄

C

Paralela

730

699 -4,2

BC2

Ag-In-Cd

BC1

Ag-In-Cd

(23)

Experimentos

Calibração de potência

Reator de potência – calorimétrica

Unidade Crítica – Análise de ativação - Referência

Unidade Crítica – ruído neutrônico

Potência – Ativação

(W)

Desvio Máximo

(%)

0,5

14 1,0

3

20

9

50

2

(24)

Experimentos

Veneno Queimável

Pastilhas de

(25)

Experimentos

Veneno Queimável

(26)

Experimentos

Veneno Queimável

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Taxa de reação medida no Au / fluxo térmico calculado

(9 VQ junto a BC2 / 15 cm abaixo do topo / entre 19 e 20)

taxa de reação com VQ

fluxo térmico com VQ

(27)

Experimentos

Veneno Queimável

Comparação da depressão entre taxa de reação e fluxo

neutrônico térmico devido ao veneno queimável

Região

Valor medido da

depressão na taxa de

reação (tabela 4.1)

Valor calculado da

depressão no fluxo

térmico (tabela 5.2)

Discrepância

(%)

Centro

(entre 14 e 26 cm e

altura de 27,3 cm)

0,96

0,94

-2,1

Barra BC2

(entre 12 e 15 cm e

altura de 15 cm)

0,89

0,87

-2,3

Barra BC2

(entre 6.5 e 9.5 cm e

altura de 15 cm)

0,89

0,85

-4,5

Barra BC2

(entre 12 e 15 cm e

altura de 32 cm)

0,89

0,91

2,2

Barra BC2

(28)

Experimentos

Veneno Queimável

10

20

30

40

50

60 Sombreamento de barra BC#2

(com 9 VQ junto a BC#2)

experimental - sem VQ

calculado - sem VQ

experimental - com VQ

calculado - com VQ

(29)

Experimentos

Out of

Core

Critério de

Projeto

S S S S S

S S A A A A A A A

A A A A A

B B B B B

B B S S S S S S S S S S

S S

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z za ab 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 1 Instrumentação do reator Posições dos detectores simulando a instrumentação “out-of-core”

(30)

Experimentos

Out of Core

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 100 200 300 400 500 600

Número de Placas

(31)

Experimentos

Out of Core

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2x104

2x104 2x104 2x104 2x104 2x104 2x104 2x104 2x104

Detetor BF₃ Posição 1 (-62,2 cm)

exp.

calc.

A

tiv

. E

sp

e

cí

fica

(B

q/

g)

(32)

(33)

Experimentos

Taxa de reação

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

MCNP4B (Monte Carlo com 40 milhões) Experimental (γ scanning)

CITATION (3D Difusão pino a pino) TORT (3D Transporte com P₃S₁₆)

posição M27

D

ens

idade de F

is são N or m al iz ada

(34)

Experimentos

Taxa de reação

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 Posição B24

MCNP4B (Monte Carlo com 40 milhões) Experimental ( γ scanning)

CIATION (3D Difusão pino a pino) TORT (3D Transporte P₃S₁₆)

D

ens

idade de F

is são N or m al iz ada

(35)

Experimentos

Densidade de potência com

detectores ex-core

BS1 X DAP NORTE (s/ os pontos em que a barra ficou parada)

40 50 60 70 80 90 100 110

12 14 16 18 20

DAP NORTE (% )

B

S

1

(

%

)

Posição da barra de

segurança BS1 em

função da DAP

(diferença axial de

(36)

Experimentos

Vazio Local

(Critério de Projeto)

Varetas combustíveis

(37)

Experimentos

Vazio Local

(Critério de Projeto)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

(38)

Experimentos

Vazio Local

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Total sem bloco de alumínio Líquida sem bloco de alumínio Total com bloco de alumínio Líquida com bloco de alumínio

C

ont

ag

ens

(39)

Experimentos

Vazio Local

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

MCNP4B

CITATION (4 grupos)

Experimental

T

a

xa de r

(40)

Segundo núcleo do reator

IPEN/MB-01

Principais modificações

• Pitch = 1,29 cm (igual do reator da INAP)

• Altura ativa = 98,70 cm (igual do reator da

INAP)

(41)

Segundo núcleo do reator

IPEN/MB-01

Atividades

(42)