|
|
Experimental Investigation of the Neutron Field in an Accelerator Driven Subcritical Reactor
Zeman, Miroslav ; Janda,, Jiří (referee) ; Chudoba,, Petr (referee) ; Katovský, Karel (advisor)
This dissertation focuses on irradiations of a spallation set-up consisting of more than half a ton of natural uranium that were executed by a 660 MeV proton beam at the Joint Institute for Nuclear Reserch in Dubna. Two types of irradiations were arranged: with and without lead shielding. Both types were arranged with threshold activation detectors (Al-27, Mn-55, Co-59, and In-nat) located throughout the whole set-up both in horizontal and vertical positions and activated by secondary neutrons produced by spallation reaction. The threshold activation detectors were analysed by the method of gamma-ray spectroscopy. Radionuclides found in the threshold detectors were analysed and reaction rates were determined for each radionuclide. Ratios of the reaction rates were determined from irradiation of the set-up with and without lead shielding. Subsequently, the neutron spectra generated inside the spallation target at different positions were calculated using Co-59 detector. The experimental results were compared with Monte Carlo simulations performed using MCNPX 2.7.0.
|
|
|
Monitoring and Simulation of ADS Experimental Target Behaviour, Heat Generation, and Neutron Leakage
Svoboda, Josef ; Kliman,, Ján (referee) ; Wagner,, Vladimír (referee) ; Katovský, Karel (advisor)
Urychlovačem řízené podkritické systémy (ADS) se schopností transmutovat dlouhodobě žijící radionuklidy mohou vyřešit problematiku použitého jaderného paliva z aktuálních jaderných reaktorů. Stejně tak i potenciální problém s nedostatkem dnes používaného paliva, U-235, jelikož jsou schopny energeticky využít U-238 nebo i hojný izotop thoria Th-232. Tato disertační práce se v rámci základního ADS výzkumu zabývá spalačními reakcemi a produkcí tepla různých experimentálních terčů. Experimentální měření bylo provedeno ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně v Ruské federaci. V rámci doktorského studia bylo v průběhu let 2015-2019 provedeno 13 experimentů. Během výzkumu byly na urychlovači Fázotron ozařovány různé terče protony s energií 660 MeV. Nejdříve spalační terč QUINTA složený z 512 kg přírodního uranu, následně pak experimentální terče z olova a uhlíku nebo terč složený z olověných cihel. Byl proveden také speciální experiment zaměřený na detailní výzkum dvou protony ozařovaných uranových válečků, z nichž je složen spalační terč QUINTA. Výzkum byl především zaměřen na monitorování uvolňovaného tepla ze zpomalovaných protonů, spalační reakce a štěpení, způsobeného neutrony produkovanými spalační reakcí. Dále se na uvolňování tepla podílely piony a fotony. Teplota byla experimentálně měřena pomocí přesných termočlánků se speciální kalibrací. Rozdíly teplot byly monitorovány jak na povrchu, tak uvnitř terčů. Další výzkum byl zaměřený na monitorování unikajících neutronů z terče porovnávací metodou mezi dvěma detektory. První obsahoval malé množství štěpného materiálu s teplotním čidlem. Druhý byl složený z neštěpného materiálu (W nebo Ta), avšak s podobnými materiálovými vlastnostmi se stejnými rozměry. Unik neutronů (resp. neutronový tok mimo experimentální terč) byl detekován uvolněnou energií ze štěpné reakce. Tato práce se zabývá přesným měřením změny teploty pomocí termočlánků, s využitím elekroniky od National Instrument a softwaru LabView pro sběr dat. Pro práci s daty, analýzu a vizualizaci dat byl použit skriptovací jazyk Python 3.7. (s využitím několika knihoven). Přenos částic by simulován pomocí MCNPX 2.7.0., a konečně simulace přenosu tepla a určení povrchové teploty simulovaného modelu bylo provedeno v programu ANSYS Fluent (pro jednodušší výpočty ANSYS Transient Thermal).
|
|
|
Monitoring and Simulation of ADS Experimental Target Behaviour, Heat Generation, and Neutron Leakage
Svoboda, Josef ; Kliman,, Ján (referee) ; Wagner,, Vladimír (referee) ; Katovský, Karel (advisor)
Urychlovačem řízené podkritické systémy (ADS) se schopností transmutovat dlouhodobě žijící radionuklidy mohou vyřešit problematiku použitého jaderného paliva z aktuálních jaderných reaktorů. Stejně tak i potenciální problém s nedostatkem dnes používaného paliva, U-235, jelikož jsou schopny energeticky využít U-238 nebo i hojný izotop thoria Th-232. Tato disertační práce se v rámci základního ADS výzkumu zabývá spalačními reakcemi a produkcí tepla různých experimentálních terčů. Experimentální měření bylo provedeno ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně v Ruské federaci. V rámci doktorského studia bylo v průběhu let 2015-2019 provedeno 13 experimentů. Během výzkumu byly na urychlovači Fázotron ozařovány různé terče protony s energií 660 MeV. Nejdříve spalační terč QUINTA složený z 512 kg přírodního uranu, následně pak experimentální terče z olova a uhlíku nebo terč složený z olověných cihel. Byl proveden také speciální experiment zaměřený na detailní výzkum dvou protony ozařovaných uranových válečků, z nichž je složen spalační terč QUINTA. Výzkum byl především zaměřen na monitorování uvolňovaného tepla ze zpomalovaných protonů, spalační reakce a štěpení, způsobeného neutrony produkovanými spalační reakcí. Dále se na uvolňování tepla podílely piony a fotony. Teplota byla experimentálně měřena pomocí přesných termočlánků se speciální kalibrací. Rozdíly teplot byly monitorovány jak na povrchu, tak uvnitř terčů. Další výzkum byl zaměřený na monitorování unikajících neutronů z terče porovnávací metodou mezi dvěma detektory. První obsahoval malé množství štěpného materiálu s teplotním čidlem. Druhý byl složený z neštěpného materiálu (W nebo Ta), avšak s podobnými materiálovými vlastnostmi se stejnými rozměry. Unik neutronů (resp. neutronový tok mimo experimentální terč) byl detekován uvolněnou energií ze štěpné reakce. Tato práce se zabývá přesným měřením změny teploty pomocí termočlánků, s využitím elekroniky od National Instrument a softwaru LabView pro sběr dat. Pro práci s daty, analýzu a vizualizaci dat byl použit skriptovací jazyk Python 3.7. (s využitím několika knihoven). Přenos částic by simulován pomocí MCNPX 2.7.0., a konečně simulace přenosu tepla a určení povrchové teploty simulovaného modelu bylo provedeno v programu ANSYS Fluent (pro jednodušší výpočty ANSYS Transient Thermal).
|
|
|
Experimental Investigation of the Neutron Field in an Accelerator Driven Subcritical Reactor
Zeman, Miroslav ; Janda,, Jiří (referee) ; Chudoba,, Petr (referee) ; Katovský, Karel (advisor)
This dissertation focuses on irradiations of a spallation set-up consisting of more than half a ton of natural uranium that were executed by a 660 MeV proton beam at the Joint Institute for Nuclear Reserch in Dubna. Two types of irradiations were arranged: with and without lead shielding. Both types were arranged with threshold activation detectors (Al-27, Mn-55, Co-59, and In-nat) located throughout the whole set-up both in horizontal and vertical positions and activated by secondary neutrons produced by spallation reaction. The threshold activation detectors were analysed by the method of gamma-ray spectroscopy. Radionuclides found in the threshold detectors were analysed and reaction rates were determined for each radionuclide. Ratios of the reaction rates were determined from irradiation of the set-up with and without lead shielding. Subsequently, the neutron spectra generated inside the spallation target at different positions were calculated using Co-59 detector. The experimental results were compared with Monte Carlo simulations performed using MCNPX 2.7.0.
|
guest ::
