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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.85.2020.tde-06112020-124129
Documento
Autor
Nome completo
Diogo Feliciano dos Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Santos, Adimir dos (Presidente)
Deppman, Airton
Diniz, Ricardo
Silva, Fernando Carvalho da
Título em português
Ruído neutrônico macroscópico até 100 kHz do reator IPEN/MB-01
Palavras-chave em português
lifetime de nêutrons
medidas de APSD
modelo de duas regiões e dois grupos de energias
reatividade subcrítica
ruído neutrônico
tempo de geração de nêutrons
Resumo em português
Experimentos subcríticos de ruído neutrônico de potência zero em frequências até 100 kHz foram realizados no reator de pesquisa IPEN/MB-01. A configuração de núcleo adotada consistiu num arranjo com 26×24 varetas combustíveis e barras de controle totalmente retiradas. A subcriticalidade foi alcançada diluindo-se ácido bórico (H3BO3) na água do reator nas concentrações de 286,8 e 578,6 ppm de boro natural. Os pulsos gerados em dois detectores de 3He em lados opostos do núcleo foram somados e enviados ao Correlator, o qual processou a Densidades Espectrais de Potência Própria (APSD). Adquiriram-se duas APSDs médias em várias operações do reator. Após a análise dos dados com os mínimos quadrados, verificou-se que a APSD até frequências próximas de 70 kHz é bem descrita por um modelo de decaimento com quatro modos. Os dois primeiros modos de decaimento estão relacionados aos eventos de nêutrons térmicos e os outros dois aos nêutrons rápidos. O acoplamento entre o comportamento cinético dos nêutrons térmicos e rápidos era fraco e poderiam ser considerados desacoplados. Com essas ponderações, construiu-se um modelo teórico inédito, mas baseado nos métodos tradicionais de solução das equações de transporte de nêutrons (ETN), com dois grupos de energia (térmico e rápido) e duas regiões (núcleo e refletor infinito), o qual possibilitou a obtenção de parâmetros físicos importantes no caso com 286,8 ppm de boro natural, como a reatividade subcrítica, o lifetime e o tempo de geração de nêutrons prontos no núcleo e no refletor. Com o modelo desenvolvido, construíram-se as curvas da distribuição Rossi-α para tempos menores que o tempo morto do detector utilizado. Os cálculos com o código MCNP6 justificou a existência dos modos de nêutrons rápidos adquiridos por um detector essencialmente de nêutrons térmicos. Além disso, a reatividade térmica (ρΤΤ) e o tempo de geração de nêutrons térmicos (ΛΤ) apresentaram boas concordâncias nas comparações entre o calculado e o medido. Os resultados experimentais são de excelente qualidade e apropriados para um benchmark internacional.
Título em inglês
Macroscopic noise up to 100 kHz in the IPEN/MB-01 reactor
Palavras-chave em inglês
APSD measurements
neutron generation time
neutron lifetime
reactor noise
subcritical reactivity
two-region two-group kinetic model
Resumo em inglês
Subcritical experiments of zero power reactor noise at frequencies up to 100 kHz have been performed in the IPEN/MB-01 research reactor. The adopted core configuration consists of an assembly of 26×24 fuel rods and the control banks were totally withdrawn. Subcriticality was reached by poisoning the reactor water with boric acid (H3BO3) in the concentration of 286.8 and 578.6 ppm of natural boron. The generated neutron pulses from the two 3He detectors on opposite sides of the nucleus were added and inserted into the Correlator and the Auto Power Spectral Density (APSD) was inferred through a mathematical model. Two average APSDs were acquired in various reactor operations. After the data analyzes with the least squares method, it was found that the APSD in frequencies close to 70 kHz is best described by a four-modes decay model. The first two decay modes are related to thermal neutron events and the other two to the fast ones. The coupling between the kinetic behavior of thermal and fast neutrons was weak and could be considered decoupled. From these considerations, a new theoretical model was built, but based on the traditional way of solving neutron transport equations (ETN), with two energy groups (thermal and fast) and two regions (core and infinity reflector), which made it possible to obtain important physical parameters in the case of 286.8 ppm of natural boron, such as the subcritical reactivity, neutron lifetime and prompt neutron generation time in the core and reflector. With the developed model, the Rossi-α curves were constructed for times shorter than the dead time of the detector that was used. Calculations with the MCNP6 code justified the fast neutron modes existence acquired by a thermal neutron detector. Also, the thermal reactivity (ρΤΤ) and thermal neutron generation time (ΛΤ) obtained good agreements in the comparisons between the calculated-to-measured. The experimental results are of excellent quality and suitable for an international benchmark.
 
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2020SantosRuido.pdf (7.62 Mbytes)
Data de Publicação
2020-11-27
 
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