Determinação experimental e análise dos tempos de geração de nêutrons do núcleo e do refletor e da fração de retorno do refletor em várias configurações do reator IPEN/MB-01 e seus impactos na determinação da reatividade do sistema

• Main Author: Eduardo Gonnelli
• Other Authors: Adimir dos Santos
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2017
• Subjects: duas regiões; IPEN/MB-01; reatores refletidos; Rossi-α ruído neutrônico; neutron noise; reflected reactors; two regions
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85133/tde-29012018-110319/

O presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma nova metodologia para a medida da reatividade no reator IPEN/MB-01 baseada nas técnicas de análise de ruído microscópico e macroscópico e no modelo de duas regiões das equações de cinética pontual. Diferentemente dos demais modelos teóricos da cinética pontual, o modelo de duas regiões adotado neste trabalho considera o reator como um sistema acoplado, sendo possível explicitar o núcleo e o refletor matematicamente nas equações de cinética. O estudo do efeito do refletor e da sua contribuição na reatividade é inédito e, para que seja viável, os parâmetros cinéticos relacionados ao refletor devem ser obtidos. A principal vantagem da metodologia proposta é a obtenção dos parâmetros cinéticos do refletor de modo puramente experimental. Com a finalidade de validar este novo método, uma série de experimentos envolvendo diferentes tipos de refletores foi realizada no reator IPEN/MB-01. Foram utilizados os refletores de água leve, aço inox (SS-304) e de água pesada. Utilizou-se a técnica de análise de ruído Rossi-α em vários estados subcríticos para a obtenção dos parâmetros do refletor. Empregou-se também a técnica de Densidades Espectrais para a comparação entre os dados experimentais. Além disso, foi utilizado o código computacional de física de reatores MCNP-5, com a biblioteca de dados nucleares ENDF/B-VII.0, para o cálculo da reatividade a partir do fator de multiplicação efetivo (keff) para cada uma das configurações realizadas experimentalmente. A partir das equações de cinética pontual do modelo de duas regiões foram obtidas as expressões teóricas, que foram utilizadas para o ajuste por mínimos quadrados aos dados experimentais. O tempo de vida dos nêutrons no refletor (τr) e no núcleo (τC) e a fração desses nêutrons que retornam ao núcleo (f) foram obtidos como parâmetros do ajuste e utilizados para o cálculo da reatividade a partir da equação Inhour de duas regiões. São apresentados os resultados experimentais e teóricos referentes ao núcleo padrão com refletor de água leve, refletor de aço inox e refletor de água pesada. Todos os experimentos utilizaram a configuração de 26x28 varetas combustíveis com detectores operando em modo pulso. === This work proposes the development of a new methodology for measurement of the reactivity in the IPEN/MB-01 research reactor facility, based on microscopic and macroscopic noise experiments and the Two-Region point kinetic equations model. Differently from the other point kinetic theoretical models, the Two-Region model assumed in this work takes into account the nuclear reactor how a coupled system, which constitute the theoretical basis of all mathematical development, contemplate both regions of the reactor (core and reflector).The study of the reflector effect and its impact in the reactivity is an original fact and, to make possible the viability of this study, the kinetic parameters related to the reflector must be obtained. The main advantage of this new methodology is to obtain the kinetic parameters from the reflector in a purely experimental way. In order to validate this new method, a series of experiments involving different types of reflectors was performed in the IPEN/MB-01 reactor. The reflectors constituted by Light Water, Stainless Steel (SS-304) and Heavy Water were employed. The Rossi-α neutron noise technique were applied in several subcritical states to obtain the parameters of the reflector. Furthermore, the Auto Power Spectral Densities were also used for a comparison between the experimental data. Moreover, the MCNP-5 nuclear reactor physics code with the ENDF/B-VII.0 library neutron data was employed to calculate the reactivity through the keff multiplication factor for each experimental configuration. In this way, from the Two-Region point kinetic equations model were obtained the theoretical expressions in which were used for least squares fit of the experimental data. The neutron lifetimes in the reflector (τr) and in the core (τC), and the neutron return fraction from the reflector to the core (f) were obtained as least squares fitted parameters and then employed for the reactivity calculation through the Inhour two region equation. The presented experimental and theoretical results are referring to the standard core configuration with aforementioned reflectors of Light Water, Stainless Steel (SS-304) and Heavy Water. For all experiments the 26x28 fuel rod configuration was employed with the detectors operating in pulse mode.