حالت اول شکست تحت تغییر شکل‏های خمشی آغاز شده و می تواند به طور موثری به حالت دوم شکست توسعه یابد. هر دوی این حالات ، هیدروکسیدهای شعاعی را در مقایسه با شکست نوع سوم در نطر نمی گیرند زیرا تاثیر هیدروکسیدهای شعاعی تمایل به غلبه بر شکست روکش فلزی در طی حادثه دارند برای تامین پیش بینی شکل گیری دوباره ی سوخت پتانسیلی ، سه محاسبه ی شکست نشان داده شده در شکل ( ۲-۳ ) ، به عنوان خواص تشکیل دهنده در مدل ماده نسبت به معیار شکست که به واکنش محاسبه شده در قبل اعمال می‏گردد ، عمل می کند. [۹]

اندازه گیری های شکست KIC و Ɛfبه ترتیب کشیدگی کلی در جهت محوری و سختی شکست برای شکست نوع گیوتینی می‏باشند .CSED چگالی انرژی کرنش بحرانی است که ناحیه زیر منحنی تنش-کرنش تعیین شده توسط ، آزمایشات خصوصیت مکانیکی است.

شکل ۲-۳) حالات شکست و اندازه گیری های شکست مورد توجه در آنالیز واکنشی مبنی بر مطالعه SNL [9]

پیشینه

در سال ۲۰۰۶جاوید اقبال و نصیر میرزا در مقاله ای اثر پاره های شکافت برروی میله سوخت را محاسبه کرده بودند که بررسی ها ، شکستگی ها را در یک ششم مجموعه های سوخت نشان می دهد . شکستگی‏های سایش شبکه به لوله توسط افت های نیروی فنر شبکه ایجاد می گردد.
شبیه سازی ها برای راکتور با بهره گرفتن از FPCART-ST با ۱۰۰ ساعت عملیات راکتور در حالت انرژی کامل ، انجام گرفته است.
سپس ، ۱۰ میله سوخت سوراخ شده برای ایجاد محصول شکافت اولیه در سیستم خنک کننده ، همانطور که در شروع سیکل چهارم در تاسیسات انرژی هسته ای ANGRA- 1 در دسترس بود ، مطرح می گردد.
لارس در مقاله خود با عنوان” یک مدل پیشنهادی برای خرابی میله سوخت بر اثر فعل و انفعالات قرص” که مدل PCI نامیده می شود به این نتیجه دست یافت که در این مدل با رشد ترک مربوط به غلاف بر اساس محاسبات المان محدود ، این امکان را فراهم می سازد که فرایند شکست بصورت یک پدیده وابسته به زمان مورد بررسی قرار گیرد . بعضی از نتایج به صورت زیر است. [۱۲]

جانسون و همکاران در پژوهشی با عنوان “عملکرد میله های سوخت LWR در آب با حرارت بالا” به این نتیجه رسیدند که می توان با آلاییدن سوخت _۲UO به _۳O₂Gd تا ۵ درصد وزنی و ۱۰ درصد وزنی میزان خوردگی را کنترل نمود.[۱۳]
جاوید اقبال و نصیر میرزا در مقاله ای اثر پاره های شکافت برروی میله سوخت را محاسبه نمودند که شکل زیر نمونه‏ای از نتایج مربوط به کریپتون می باشدکه غلظت را نسبت به زمان نشان می دهد. در مقاله ای با عنوان “مدل سازی سه بعدی ترک خوردگی سوخت در روکش قرص در فعل و انفعالات مکانیکی” را در مجله فرانسوی Paul Lez به چاپ رسانیدند که در این مدل برنامه عملکرد سوخت با بهره گرفتن از کد CAST3M برای حل مشکل حرارتی مکانیکی اجرا شده است.[۱۱]

فصل سوم

روش تحقیق

تاریخچه MCNP

اولین تلاش ها به منظور استفاده از اعداد تصادفی در حل مسائل ریاضی ، در سال ۱۷۷۲ آغاز شد و به دنبال آن لاپلاس در سال ۱۷۸۶ اظهار داشت که عدد π را می توان با بهره گرفتن از اعداد تصادفی ساخت. روش مونت کارلو از فعالیت های انجام شده در آزمایشگاه لوس آلاموس در طی سال های دهه ی ۱۹۴۰ در طول جنگ جهانی دوم و با تلاش دانشمندان برجسته ای از جمله انریکو فرمی ابداع شد.
در سال ۱۹۴۷ فرمی دستگاهی که آن را فرمیاک^[۱۷] نامید ساخت که قادر بود با بهره گرفتن از روش نمونه برداری تصادفی ، حرکات نوترون ها را در یک ماده ی شکاف پذیر ردیابی و پیش بینی کند . با پیشرفت در زمینه ی علوم کامپیوتر ، روش مونت کارلو نیز پیشرفت های زیادی کرد و کامپوتر در محاسبات مونت کارلو به کار گرفته شد. با این ترتیب در سال ۱۹۶۳ در لوس آلاموس اولین کد مونت کارلویی ترابرد ذرات به نام MCSنوشته شد. در سال ۱۹۶۵ به دنبال MCS ، MCN برای حل مسائل اندرکنش نوترون نوشته شد. در نهایت ، در سال ۱۹۷۷، با توسعه و ادغام چندین برنامه که برای ذرات مختلف نوشته شده بود ، کد MCNP که در آن زمان کد مونت کارلویی نوترون – فوتون نامیده می شد ، تهیه گردید . با گذشت زمان ، این کد توسعه داده شد و به صورت نسخه های مختلفی ( از جملهMCNPX MCNP4, MCNP3) به بازار عرضه گردید. نسخه MCNP4C که در این پایان نامه به آن پرداخته شده است ، نتیجه ی تلاش تقریبا ۵۰۰ نفرساعت است که در سال ۲۰۰۰ منتشر شده است.[۱۴]

واکنش ها و داده های هسته ای

در MCNP کتابخانه های داده های اتمی و کتابخانه های داده های هسته ای وجود دارد. منابع اصلی داده های هسته ای بر اساس برآوردهای انجام شده از مجموعه های ENDF و ENLD و ACTL است که در لیورمور^[۱۸] گردآوری شده و برآورده های انجام شده توسط گروه ( T-2 ) در لوس آلاموس است.
جداول داده های هسته ای ، برای بر هم کنش های نوترون ، نوترون – فوتون ، بر هم کنش های فوتون ، دزیمتری یا فعال سازی نوترون و پراکندگی ذرات حرارتی ، موجود است. جداول داده های معتبر کد MCNP در فایل XSDIR ( موجود در مجموعه های فایل های کد ) فهرست شده است.
در این کد ، بیش از ۵۰۰ جدول شامل اطلاعات مربوط به اندرکنش نوترون ، برای تقریبا ۱۰۰ عنصر و ایزوتوپ مختلف فراهم شده و در دسترس است . در طبیعت ، داده های الکترون و فوتون ، داده های اتمی هستند نه داده های هسته ای . جداول اندرکنش فوتون ، برای تمامی عناصر از ۱ Z= تا ۹۴ Z= موجود است . جدول داده های مربوط به اندرکنش فوتون ، شامل پراکندگی همدوس و ناهمدوس ، جذب فوتوالکتریک با امکان گسیل فلوئورسانس و تولید زوج است . علاوه بر داده های فوق ، در کد MCNP جداول داده های حرارتی نیز برای استفاده در پراکندگی ذرات حرارتی ، وجود دارد.
زمانی که انرژی نوترون ها به اندازه کافی کاهش می یابد ، تاثیرات کریستالی و مقید بودن شیمایی (مولکولی) اهمیت پیدا می کند و به این منظور در دماهای مختلف داده های مربوط به آب سبک و سنگین ، بریلیوم فلزی ، بریلیوم اکسید ، بنزن ، گرافیت ، پلی اتیلن ، زیرکونیوم و هیدروژن در زیر کونیوم هیدرات ، موجود است. [۱۴]
به طور کلی ، این کد توانایی حل مسائل مربوط به ترابرد ذرات را دارد. از این کد می توان در موارد زیر استفاده کرد :

• • ترابرد نوترون به تنهایی

• • ترابرد فوتون به تنهایی

• • ترابرد الکترون به تنهایی

• • ترابرد نوترون و فوتون

• • ترابرد فوتون و الکترون

• • ترابرد نوترون و فوتون و الکترون

البته در استفاده از از کد MCNP4C برای ذرات مختلف ، محدودیت انرژی نیز وجود دارد ، به طوری که تنها قادر به انجام محاسبات مربوط به نوترون در بازه ی انرژی Mev 20 -^{11 -}10 و برای فوتون و الکترون در بازه ی انرژی Mev 1000 – Kev 1 است.

مشخصات چشمه

در MCNP برای کاربر این امکان وجود دارد که چشمه ی تابش را به دلخواه خود تعریف کند. برخی متغیرهای چشمه ، مانند انرژی ، زمان ، موقعیت و راستا (جهت) ، ممکن است دارای توزیع احتمال مستقل باشند . همچنین گاهی ممکن است تعدادی از متغیرهای چشمه به متغیرهای دیگری وابسته باشند ( مانند وابستگی انرژی به زاویه ) ، بنابراین توسعه ی ساختار چشمه از مقدورات و امکانات MCNP است . همچنین تعدادی از توابع توزیع احتمال معتبر برای برخی متغیرهای چشمه در کد در نظر گرفته شده است. از این میان می توان به توابع تحلیلی مختلفی که برای طیف انرژی شکافت و همجوشی مانند وات ، ماکسول و گاوسی در کد وجود دارد ، اشاره کرد. از دیگر خصوصیات کد ، امکان تعریف چشمه ی بحرانیت توسط کاربر به منظور ارزیابی مقدار k_eff است.[۱۴]

تالی^[۱۹] و خروجی

کاربر می تواند به کد فرمان دهد تا خروجی های مختلف وابسته به جریان ذرات ، شار ذرات و انرژی را تولید کند. به این فرمان ها که توسط کاربر به کد داده می شود ، در اصطلاح تالی می گویند.
خروجی تالی های کد MCNP در تمام حالات بجز خروجی چشمه ی بحرانیت ، بر حسب یک ذره ، نرمالیزه می شود. در خروجی برنامه به دنبال تالی جزئیات مربوط به محاسبات نیز آورده شده است. همچنین در فایل خروجی ساخته شده توسط MCNP، به منظور بررسی دقت و صحت محاسبات ، ۱۰ نوع چک آماری مختلف برای هر کدام از تالی های خواسته شده انجام و به کاربر نشان داده می شود. همچنین در برخی حالات امکان نمایش نتایج خروجی به صورت گرافیکی وجود دارد.

هندسه درMCNP

هندسه کد MCNP4C در مختصات کارتزین طبق شکل ( ۳-۲ ) رسم می شود. کد MCNP4C، توانایی رسم هندسه ی داده شده را به منظور بررسی و چک خطاهای هندسه ، داراست.

شکل ۳-۱) هندسه کد MCNP4
کاربر می تواند هندسه رسم شده توسط کد MCNP4C را در سه جهت X، Y و Z مشاهده کند. به منظور پیش فرض هندسه ی نمایش داده شده توسط کد MCNP4C، در صفحه ۰= z است و می توان آن را تغییر داد. [۱۴]

پارامترهای مهم MCNP

پارامترهای مورد استفاده در تعریف سلول
انواع پارامترهای بکار رفته در تعریف سلول ها عبارتند از :
جدول ۳-۱) پارامترهای مهم mcnp