Streszczenie - Politechnika Śląska

MODELOWANIE INśYNIERSKIE
Gliwice 2010
ANALIZA WYMIANY CIEPŁA W PŁYTKACH URANOWYCH
NAŚWIETLANYCH W REAKTORZE JĄDROWYM
ADAM FIC, JAN SKŁADZIEŃ, MAREK ROJCZYK
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska
e-mail: [email protected], jan.skladzien@ polsl.pl marek.rojczyk@ polsl.pl
Streszczenie. Jednym z najczęściej stosowanych izotopów w diagnostyce
medycznej jest technet-99m. Jest on dogodny w tych zastosowaniach z uwagi na
to, Ŝe ma krótki okres półrozpadu (6 h) oraz emituje promieniowanie gamma o
niskiej energii. Izotop ten nie występuje naturalnie w przyrodzie lecz jest
produkowany sztucznie w reaktorach jądrowych. Najczęściej stosowana metoda
jego produkcji polega na naświetlaniu w reaktorach jądrowych płytek uranowych.
Płytki te są umieszczane w rdzeniach reaktorów i następuje w nich reakcja
rozszczepienia uranu-235. W wyniku rozpadu β − szeregu krótkoŜyciowych
produktów rozszczepienia powstaje molibden-99. Izotop ten ma stosunkowo
długi okres półrozpadu (66h), a w wyniku jego rozpadu β − powstaje technet99m. Technet ten jest odzyskiwany z naświetlonych płytek uranowych
bezpośrednio przed procedurą medyczną. Aktualnie planuje się wdroŜenie tego
typu technologii produkcji molibdenu w reaktorze Maria. Płaskie cienkie płytki
uranowe będą umieszczane w rdzeniu w specjalnych pojemnikach ulokowanych
w rurach typu Fielda. Realizacja tej technologii wymaga przeanalizowania
warunków termicznych występujących w płytkach podczas normalnej
eksploatacji oraz po wyłączeniu reaktora i pomp cyrkulacyjnych, kiedy w
obszarze pojemnika występuje jedynie konwekcja naturalna. W pracy dokonano
takiej analizy przy wykorzystaniu pakietu CFD FLUENT.
Obliczenia
zrealizowano dla przypadku normalnej eksploatacji, kiedy w płytkach jest
generowane ciepło w wyniku reakcji rozszczepienia oraz dla charakterystycznych
czasów po jego wyłączeniu - bezpośrednio po wyłączeniu pomp oraz przed
wyładunkiem płytek. Po wyłączeniu reaktora w płytkach nadal jest bowiem
generowane ciepło powyłączeniowe. Mimo tego, Ŝe jest ono znacznie mniejsze,
gorsze warunki chłodzenia powodują, Ŝe temperatury bywają w płytkach wyŜsze
niŜ podczas pracy reaktora i cyrkulacji wymuszonej chłodziwa. Wyniki obliczeń i
ich analiza zostaną przedstawione podczas konferencji.
MODELOWANIE INśYNIERSKIE
Gliwice 2010
HEAT TRANSFER ANALYSIS IN URANIUM PLATES
EXPOSED IN THE NUCLEAR REACTOR
ADAM FIC, JAN SKŁADZIEŃ, MAREK ROJCZYK
Institute of Thermal Technology, Silesian University of Technology
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Summary. Technetium-99m is a radioactive isotope, which is commonly used
in the medical diagnostics. It is convenient in these applications due to short half
life (6 h) and the emission of low energy photons. This isotope does not occur
naturally on the earth, but it is usually produced in the nuclear reactors. The most
popular method of this process consists of exposition of the uranium plates in the
nuclear reactors. These plates are located in the core of the nuclear reactor and
this leads to the fission of uranium-235. Molibdenum-99 is produced in this way
as a result of β − decay of some short lifetime fission products. This β −
radioactive isotope has a relatively long lifetime and technetium-99m is a product
of its decay. Technetium-99m is extracted from the exposed uranium plates
shortly before the medical procedure. This technology of molybdenum production
is planned to be applied in the Reactor Maria in the nearest future. The thin
uranium plates will be placed within the reactor core in special containers located
in the Field pipes. The thermal conditions in the plates domain have to be
analyzed prior to the utilization of this technology both for the normal work of the
reactor, when the heat is generated in the plates due to the fission, and for the
characteristic time instants after its shutdown, when the circulating pumps are
turned off and the natural convection takes place only in the vicinity of the plates.
The decay heat generated in the plates after the reactor shutdown is much lower
than the one obtained from the fission, but the temperature in the plates are
usually higher due to worse cooling conditions. The analysis of the cooling
conditions of the plates performed using the commercial CFD package FLUENT
is the subject of this paper. The results of this analysis will be presented at the
conference.