الملخص

تقدم هذه الورقة البحثية دراسة هيدروحرارية لتصميم جديد من وقود المفاعلات النووية المجوف الذى تم تطويره بمعهد ماسيشوستس للتقنية، MIT، يتم فيه تبريد قضبان وقود المفاعل من الداخل والخارج ويتوقع أن يسمح بتشغيل المفاعلات النووية المبردة بالماء الخفيف بقدرات أكبر )قد تصل إلى 150% من قدرات التشغيل الحالية) وبهوامش أمان أفضل بكثير من تلك السائدة في المفاعلات الحالية التي تستخدم الوقود الاسطواني المصمت المبرد من الخارج فقط عند نفس ظروف التشغيل. استخدم في التحليل برنامج حاسوب كتب في مشروع سابق لتحليل قناة مفاعل ماء مغلي تقليدي يستخدم فيها الوقود من النوع المصمت بعد أن تم تعديله ليلائم الشكل الهندسي للوقود الجديد (المجوف) قيد الدراسة بهدف مقارنة نتائج الوقود القديم بنتائج الوقود الجديد.
من بين أهم النتائج التي تم الحصول عليها مقارنة أقصى درجة حرارة للوقود وكسر الحيود عن الغليان المنتظم في القناة بالنسبة لتصميمي الوقود، حيث كانت أقصى درجة حرارة للوقود المصمت 1800درجة مئوية بينما كانت أقصى درجة حرارة للوقود المجوف عند نفس ظروف تشغيل المفاعل 1026 درجة مئوية. أما كسر الحيود عن الغليان المنتظم فكان 2.0 في الوقود المصمت و 3.1 في الوقود المجوف. وهذه النتائج توضح أن هوامش الأمان للتصميم الجديد من الوقود (المجوف) أكبر بكثير منها في الوقود القديم (المصمت). كما بينت النتائج أنه يمكن تشغيل المفاعل بهوامش أمان مناسبة باستخدام الوقود المجوف وبقدرة تعادل 130% من قدرة الوقود القديم حيث كانت أقصى درجة حرارة للوقود 1234 درجة مئوية وأصغر كسر حيود عن الغليان المنتظم حوالي 2.6.

ABSTRACT

This paper presents a thermal-hydraulic analysis of a Boiling Water Reactor (BWR) channel operating with a new fuel design concept of an annular shape, developed by the Massachusetts Institute of Technology (MIT). The analysis is carried out using a computer code written in a previous project for the analysis of typical conventional BWR channel using the traditional solid fuel rod design. The code is modified in this work to suit the annular fuel geometry, in which the fuel is cooled from both sides (inside and outside), and is successfully implemented to perform the thermal hydraulic analysis of the new design concept.
The results obtained for the old and new fuel design concepts are presented and compared for the same operating conditions. The results showed that the peak temperature of the annular fuel was 1026 and the MDNBR was 3.1, while the peak temperature of the solid fuel was 1800 and the DNBR was 2, indicating considerable improvements of the reactor safety margins of the new fuel design. The results also showed that the annular channel can be operated safely with good safety margins under 130% overpower condition with a peak fuel temperature of 1234oC and a MDNBR of 2.6, while it was not possible to operate the reactor with the old solid fuel at this power level.