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ANÁLISE DE SISTEMA DE DETECÇÃO DE ANTINEUTRINOS DE REATORES NUCLEARES Aluno: Marcelo Jorge Nascimento Souza Orientadores: Ronaldo Glicério Cabral – Ph.D.

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1 ANÁLISE DE SISTEMA DE DETECÇÃO DE ANTINEUTRINOS DE REATORES NUCLEARES Aluno: Marcelo Jorge Nascimento Souza Orientadores: Ronaldo Glicério Cabral – Ph.D. João Carlos Costa dos Anjos – D.C.

2 SUMÁRIO 1.INTRODUÇÃO 2.PRINCÍPIOS FÍSICOS DA DETECÇÃO DE ANTINEUTRINOS 3.MODELO TEÓRICO DO REATOR A DOIS GRUPOS DE ENERGIA 4.DEPLEÇÃO DE URÂNIO: 238 U E 235 U 5.DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA DETECTION 6. RESULTADOS 7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES

3 1. INTRODUÇÃO Espião Atômico Brasileiro – Detector de Antineutrinos Não proliferação nuclear - Rovno (Rússia) - San Onofre (EUA) - Double Chooz (França)

4 2. PRINCÍPIOS FÍSICOS DA DETECÇÃO DE ANTINEUTRINOS Taxa de interação de antineutrino com próton por unidade de volume: Taxa total de interações no volume detector: Onde

5 Com a condição: Tem-se: Onde Fator geométrico Como calcular α 25,α 28, α 41 e α 49 ? 2. PRINCÍPIOS FÍSICOS DA DETECÇÃO DE ANTINEUTRINOS

6 3. MODELO TEÓRICO DO REATOR A DOIS GRUPOS DE ENERGIA 3.1 – Definição do reator nuclear -Reator PWR esférico pelado de raio R -Massa de urânio e água -Enriquecimento de 235 U -Potência térmica

7 3.2 - Equações de Balanço de Nêutrons a dois grupos de energia Onde 3. MODELO TEÓRICO DO REATOR A DOIS GRUPOS DE ENERGIA

8 Condições de contorno: Onde 3. MODELO TEÓRICO DO REATOR A DOIS GRUPOS DE ENERGIA

9 Cálculo das taxas de fissão de cada isótopo envolvido no processo Somando as contribuições de cada elemento. Tem-se: 3. MODELO TEÓRICO DO REATOR A DOIS GRUPOS DE ENERGIA

10 Logo, defini-se: 3. MODELO TEÓRICO DO REATOR A DOIS GRUPOS DE ENERGIA

11 4. DEPLEÇÃO DE URÂNIO: 238 U e 235 U 243 Am (n, γ) 13,2a β _ β _ 238 U 239 U 240 U 239 Np 240 Np 239 Pu 240 Pu 241 Pu 242 Pu 243 Pu 241 Am (n, γ) β _ fissão 56 h 23min14h 4,98h 7min 1h β _ β _ β _ (n, γ) 4.1- Ciclo Térmico do 238 U irradiado

12 4.2 – Equações de Depleção a dois grupos de energia 4. DEPLEÇÃO DE URÂNIO: 238 U e 235 U

13 Onde 4. DEPLEÇÃO DE URÂNIO: 238 U e 235 U

14 5. DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA DETECTION Dados de entrada Sub-rotina Core n 0 25, n 0 28, n 0 ag, R Sub-rotina Reator,, α jk, k eff Sub-rotina Deple n 25,n 28, n 29, n 39, n 40, n 41, n 42,n 49 INÍCIO FIM

15 6. RESULTADOS Caso 1: PWR (W) Massa de Urânio= 90.200kg Enriquecimento= 2,4% Potência= 3411MWt Volume ativo do núcleo=32.800 litros Raio = 198,56cm Tempo (mês) 061218 α 25.95886E+00.87737E+00.77328E+00.62839E+00 α 28.41143E01.44087E0148696E01.56146E01 α 41 0.35977E03.36558E02.15793E01 α 49 0.78179E01.17437E+00.29968E+00

16 Caso 1: PWR (W) Massa de Urânio= 90.200kg Enriquecimento= 2,4% Potência= 3411MWt Volume ativo do núcleo=32.800 litros Raio = 198,56cm Tempo (mês) 061218 Ф 1 (r).37232E+14.39968E+14.44245E+14.51160E+14 Ф 2 (r).35060E+14.44237E+14.58460E+14.81110E+14 6. RESULTADOS

17 Caso 2: PWR (W&B) Massa de Urânio= 94.900kg Enriquecimento= 2,91% Potência= 3600MWt Volume ativo do núcleo= 37.600 litrosRaio= 207,81cm Tempo (mês) 061218 α 25.96292E+00.89675E+00.81230E+00.69498E+00 α 28.37075E01.39403E01.42970E01.48693E01 α 41 0.23948E03.24402E02.10649E01 α 49 0.63606E01.14229E+00.24568E+00 6. RESULTADOS

18 Caso 2: PWR (W&B) Massa de Urânio= 94.900kg Enriquecimento= 2,91% Potência= 3600MWt Volume ativo do núcleo= 37.600 litrosRaio= 207,81cm Tempo (mês) 061218 Ф 1 (r).33763E+14.35941E+14.39272E+14.44614E+14 Ф 2 (r).31556E+14.39243E+14.50920E+14.69428E+14 6. RESULTADOS

19 Caso 3: PWR (CE) Massa de Urânio= 103.000kg Enriquecimento= 2,4% Potência= 3800MWt Volume ativo do núcleo= 40.000 litrosRaio= 212,14 cm Tempo (mês) 061218 α 25.96025E+00.86751E+00.74990E+00.58812E+00 α 28.39752E01.42945E01.47974E01.56027E01 α 41 0.45689E03.46027E02.19558E01 α 49 0.89083E01.19753E+00.33630E+00 6. RESULTADOS

20 Caso 3: PWR (CE) Massa de Urânio= 103.000kg Enriquecimento= 2,4% Potência= 3800MWt Volume ativo do núcleo= 40.000 litrosRaio= 212,14 cm Tempo (mês) 061218 Ф 1 (r).35025E+14.37910E+14.42447E+14.49722E+14 Ф 2 (r).37910E+14.47119E+14.62694E+14.87250E+14 6. RESULTADOS

21 7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES 7.1. Conclusões -A concepção e metodologia apresentaram resultados satisfatórios; -Os coeficientes de fissão dependem do tempo; -Os números de núcleos por unidade de volume dos isótopos de Urânio e Plutônio apresentam, ao longo do tempo, o comportamento esperado teoricamente; -Há contribuição desprezível de α: 239 U, 239 Np, 240 Pu e 242 Pu -Quanto menor o intervalo de tempo considerado nas medidas mais precisas elas serão.

22 7.2. Sugestões -Reator térmico PWR com as mesmas características geométricas desta dissertação, considerando três e quatro grupos de energia; -Reator térmico PHWR e BWR com as mesmas características geométricas desta dissertação, considerando dois, três e quatro grupos de energia; -Obter-se outras constantes de grupo a partir de outros códigos nucleares:HAMMER, WIMSD4 e SCALE 5; -Considerar nas equações do reator um termo que contenha informações sobre os materiais estruturais do núcleo do reator. 7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES

23 F I M


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