Modelo de cinética pontual em reatores nucleares considerando variação na composição do combustível e duas escalas de tempo

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Paganin, Tomás Mallmann
• Orientador(a): Bodmann, Bardo Ernst Josef
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Cinética pontual; Difusão de nêutrons; Reator nuclear
• Palavras-chave em Inglês: Point kinetics; Transuranium; Neutron poisons; Decomposition of reactivity; Adomian decomposition
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/188202

A presente discussão é uma extensão de um novo modelo de cinética pontual de nêutrons recentemente desenvolvido, onde a reatividade é decomposta em termos de contribuição de curtas e longas escalas de tempo. A curta escala condiz ao controle operacional do reator, enquanto na longa escala apresentam-se os efeitos da alteração da composição química do combustível nuclear, como consequência do processo de fissão e captura de nêutrons. A evolução apresentada neste trabalho consiste em não só a consideração dos efeitos dos principais venenos de nêutrons como também uma primeira análise dos efeitos de alguns transurânicos, ou seja, Neptúnio-239 e o Plutônio-239. Em virtude da variação isotópica do combustível, o modelo consiste em um sistema de equações não-lineares. O sistema é resolvido através do método da decomposição de Adomian, que expande a solução em uma série infinita, cujas contribuições são obtidas pela solução de sistemas recursivos em que o termo não linear é tratado como termo fonte. O termo fonte é calculado pelos polinômios de Adomian a partir das soluções obtidas nas recursões anteriores. É proposto também abordagens para diagonalizar a matriz linear e reduzir problemas de rigidez existentes, responsáveis pela grande instabilidade no cálculo computacional. Devido a esta instabilidade, utilizaram parâmetros abaixo das condições esperadas para simulações de reatores nucleares, onde o algoritmo apresenta estabilidade no atual estado de desenvolvimento. São apresentados diversos casos de estudo, analisando o comportamento não-linear de um reator nuclear, sujeito à variação da concentração de combustível inicial, desligando e em operação em longa escala de tempo, utilizando combustíveis novos e usados. As contribuições das soluções são analisadas para averiguar convergência da série. O termo residual do sistema de equações é calculado e apresenta-se ordens de grandeza inferior ao sistema de equações (1%).