Determinação experimental e análise dos tempos de geração de nêutrons do núcleo e do refletor e da fração de retorno do refletor em várias configurações do reator IPEN/MB-01 e seus impactos na determinação da reatividade do sistema

Abstract

O presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma nova metodologia para a medida da reatividade no reator IPEN/MB-01 baseada nas técnicas de análise de ruído microscópico e macroscópico e no modelo de duas regiões das equações de cinética pontual. Diferentemente dos demais modelos teóricos da cinética pontual, o modelo de duas regiões adotado neste trabalho considera o reator como um sistema acoplado, sendo possível explicitar o núcleo e o refletor matematicamente nas equações de cinética. O estudo do efeito do refletor e da sua contribuição na reatividade é inédito e, para que seja viável, os parâmetros cinéticos relacionados ao refletor devem ser obtidos. A principal vantagem da metodologia proposta é a obtenção dos parâmetros cinéticos do refletor de modo puramente experimental. Com a finalidade de validar este novo método, uma série de experimentos envolvendo diferentes tipos de refletores foi realizada no reator IPEN/MB-01. Foram utilizados os refletores de água leve, aço inox (SS-304) e de água pesada. Utilizou-se a técnica de análise de ruído Rossi-α em vários estados subcríticos para a obtenção dos parâmetros do refletor. Empregou-se também a técnica de Densidades Espectrais para a comparação entre os dados experimentais. Além disso, foi utilizado o código computacional de física de reatores MCNP-5, com a biblioteca de dados nucleares ENDF/B-VII.0, para o cálculo da reatividade a partir do fator de multiplicação efetivo (keff) para cada uma das configurações realizadas experimentalmente. A partir das equações de cinética pontual do modelo de duas regiões foram obtidas as expressões teóricas, que foram utilizadas para o ajuste por mínimos quadrados aos dados experimentais. O tempo de vida dos nêutrons no refletor (τr) e no núcleo (τC) e a fração desses nêutrons que retornam ao núcleo (f) foram obtidos como parâmetros do ajuste e utilizados para o cálculo da reatividade a partir da equação Inhour de duas regiões. São apresentados os resultados experimentais e teóricos referentes ao núcleo padrão com refletor de água leve, refletor de aço inox e refletor de água pesada. Todos os experimentos utilizaram a configuração de 26x28 varetas combustíveis com detectores operando em modo pulso.