مدل CONTAIN

[دکتر مصطفی کلهر]

در این تاپیک در خصوص مدل CONTAIN به منظور محاسبه میزان نشر مواد رادیو اکتیو بحث خواهد شد.

لازم به ذکر است مدلسازی انتشار توسط مدلهای AERMOD و ADMS صورت گرفته اما میزان نشر در اثر حادثه توسط مد CONTAIN تخمین زده می شود.

[دکتر مصطفی کلهر]

کد contain2.0 یک کد کامپیوتری برای آنالیز محفظه ایمنی راکتور است. این کد کلمپیوتری ابزاری برای آنالیز یکپارچه و پیش بینی وشرایط فیزیکی- ترکیبات شیمیایی و توزیع مواد رادیولوژیکی درون پوشش ایمنی راکتور هسته ای است. و انتشار مواد از مدار اولیه در حادثه یک راکتور آب سبک- (LWR) را دنبال میکند. این کد همچنین توانایی پیش بینی ترم تولید محیطی را داراست. کد contain2.0 جایگزین 1.12CONTAIN است که در سال 1991 انتشار یافت.
contain2.0 بسیار قابل انعطاف و پیمانه ای است و توانایی اجرا کردن مسائل ساده یا پیچیده را داراست. یک جنبه مهم کد contain2.0 ، تعامل بین حوادث ترموهیدرولیک، رفتار ذرات آئروسل و رفتار محصولات شکافت است.
کد شامل مدل های اتمسفریک برای ترمودینامیک هوا/بخار، جریان های درون سلولی، میعان گازها یا تبخیر درون ساختارها و آئروسل ها، رفتار تعلیق مایع یا جسم و انفجار و احتراق گازها، مدل هایی برای رخدادهای کاواک و محفظه راکتور تقطیر بتون قلب و استخر خنک کننده جوشان است.
هدایت گرمایی در ساختارهای قلب، واپاشی محصولات شکافت، حرارت و گرمایش ناشی از واپاشی رادیواکتیو، ترموهیدرولیک و اثرات رفع آلودگی از محصولات شکافت در اثر عملکرد سیستم های ایمنی نیز مدل شده اند.
تا جای ممکن، بهترین مدل های در دسترس برای پدیده های تصادفی شدیددر کد contain یکپارچه سازی شده اند.
اما در مورد آنالیز اتفاقات طبیعی، این امر طبیعی است که راجع به پدیده های بیشمار یک عدم اطمینان با معنی وجود داشته باشد.
در اینگونه موارد مطالعه میزان حساسیت، می تواند بوسیله پارامترهای ورودی مشخص، که توسط اپراتور وارد کد contain می شود صورت گیرد. بنابراین کد contain را می توان همچنین یک ابزار طراحی شده جهت سهولت و کمک در آنالیز علمی ایمنی راکتور به منظور ارزیابی پیامدهای ناشی از مفروضات ملی خاص، در نظر گرفت.

[دکتر مصطفی کلهر]

تاریخچه و پیشینه کد CONTAIN2زمانی که حادثه شکستن لوله رخ می دهد، امکان دارد محفظه ایمنی بشکند و مواد رادیواکتیو به محیط زیست نشت کند. هنگامی که مواد آلاینده رادیواکتیو وارد محیط زیست می شوند تحت تاثیر باد قرار گرفته و در محیط اطراف محل حادثه پخش می شوند. به همین دلیل ابزاری برای آنالیز یکپارچه و پیش بینی وشرایط فیزیکی- ترکیبات شیمیایی و توزیع مواد رادیولوژیکی درون پوشش ایمنی راکتور هسته ای مورد نیاز است. به این منظور کدهای محاسباتی مختلفی برای آنالیز حوادث مختلف درون محفظه ایمنی راکتورهای هسته ای وجود دارد، یکی از کدهای هسته ای CONTAIN2 می باشد که در این مطالعه از آن استفاده کردیم.
قلب راکتور، مولد بخار، پمپ ها و تجهیزات جانبی در محفظه ایمنی قرار گرفته اند، که محفظه ایمنی مهمترین حفاظ در برابر خروج مواد رادیواکتیو به محیط زیست می باشد. حوادثی که در محفظه ایمنی راکتور ممکن است رخ دهد، می توان به موارد زیر اشاره کرد:


حادثه از دست دادن جریان خنک کننده
حادثه از بین رفتن چشمه برداشت حرارت

حادثه از دست دادن جریان خنک کننده از مهم ترین حوادث در محفظه ایمنی راکتور می باشد، که صورت مهار نشدن و عمل نکردن سیستم های اضطراری امکان تبدیل آن به حوادث شدیدتری مانند حادثه ذوب قلب می باشد. به همین دلیل در این مطالعه حادثه شکست لوله در مدار سرد مدلسازی شده است. که فرض شده است، قلب ذوب نشده اما مواد رادیواکتیو از محفظه ای فرضی با قطر0.1 سانتی متر به محیط نشت پیدا کرده است.
با توجه به حائز اهمیت بودن بحث ایمنی در نیروگاه های هسته ای و بررسی حوادث در محفظه ایمنی راکتورها، مطالعات و تحقیقات در جنبه های مختلفی انجام شده است.

[دکتر مصطفی کلهر]

توصیف کلی مدل سازی کداین کد سیستم (containment) را به مثابه یک شبکه از سیستم های حجم کنترل به هم مرتبط (cells) را تشریح می کند. هر سلول نماینده یک یا گروهی از قسمت یا فضاها ی درون containment است.
1-1فرآیندهای اصلی که در این کد مدل می شونددر ادامه به تشریح فرآیندهایی که کد CONTAIN 2.0 می تواند مدل کند، می پردازیم.
1-1-1جریان درون سلولی و ترموهیدرولیکی استخر و فضامدل جریان درون سلولی وترموهیدرولیکی استخر وفضا با حالت ترمودینامیکی و سیال های حجمی در سلول و جریان درون سلولی حوزه های استخر وفضا سروکار دارند.
1-1-2مدل های Lower Cell و Cavityاساس استفاده از مدل Lower cell شامل مدلسازی استخرخنک کننده و زیرلایه ها و برهم کنش های دیواره محفظه و قلب است. Lower Cell شامل مدلهایی برای هدایت حرارت بین استخر و زیرلایه ها، CCI ها، گرمایش واپاشی حجمی رادیونوکلئیدها و چشمه های جرم و انرژی نسبت به استخر و زیرلایه ها است.
1-1-3گرمایش مستقیم محفظه ایمنی (DCH)در سناریوهای حوادث شدید که در ذوب قلب رخ می دهد، فرض اولیه اینست که باقیمانده های مذاب به انتهای محفظه فشار نشت می کند. سناریوی اصلی اینست که محفظه هنگامی که سیستم تحت فشار است، شکافته می شود که این امر موجب بیرون زدن باقیمانده های قلب می شود. این پدیده به گرمایش مستقیم محفظه ایمنی دلالت دارد. فرآیندهای پیچیده شیمیایی، فیزیکی و حرارتی مجموعه ای از گرمایش مستقیم محفظه ایمنی می باشند، که بر اثر انتقال جرم و انرژی از مواد مذاب باقیمانده قلب به فضای ایمنی و محیط اطراف آن رخ می دهد.
1-1-4رفتار آئروسل هازمانی که حادثه اولیه ای در راکتور اتفاق می افتد، محصولات شکافت و آئروسل ها تولید و در محفظه ایمنی راکتور پخش می شوند. همچنین سایر حوادث که رخ می دهد، آئروسل ها به وسیله برهم کنش بین دیواره محفظه ایمنی و باقیمانده های قلب ایجاد می شوند. رفتار آئروسل ها در پوشش ایمنی راکتور مطابق شکل 5 می باشد. این مدل تلاش دارد تا رفتار این ذرات را در تمام محیط پوشش ایمنی راکتور مورد بررسی قرار گیرد.
1-1-5رفتار پاره های شکافتیکی دیگر از مدل هایی که در کد کانتین آنالیز می شود رفتار محصولات شکافت در کد کانتین است. در این کد کتابخانه ای از شکافت ها و محصولات آن وجود دارد که توسط اطلاعات آن سطح ایمنی راکتور بالا رفته و خروجی کد کنترل پوشش ایمنی راکتور را مقدور می سازد.
1-1-6احتراقدر مدل احتراق و سوختن کد contain محاسبات براساس اطلاعات ورودی زیر انجام می گیرد.
1-1-7انتقال جرم و حرارتفرایندهای انتقال جرم و حرارت در کد محاسباتی کانتین به صورت های هدایت، همرفتی، تشعشعی، جوشش، آئروسل ها و فیلم جریان است.

1-1-8سیستم های ایمنی اضطراری (ESF)سیستم های ایمنی اضطراری عبارتند از اسپری محفظه ایمنی، چگالنده های سرما و فن کولرها، اجزای موجود در این مدل ها شامل تانک ها، پمپ ها، اوریفیس ها، لوله ها، شیرها ومبدل های حرارتی هستند و نیز چشمه های خارجی که توسط کاربر تعیین می شوند. به علاوه سر ریز خنک کننده از یک استخر به سایر نیز می تواند مدل شود.