Č. Téma Anotace 1 Spektrometrie neutronů pomocí Bonnerových sfér

Transkript

1 Č. Téma Anotace 1 Spektrometrie neutronů pomocí Bonnerových sfér V rámci BP bude provedena rešerše zaměřená na metody používané při spektrometrii neutronů, tj. jejich přehled, popis, detailní popis spektrometrie neutronů pomocí Bonnerových sfér, tj. teorie, vybavení, způsob měření a vyhodnocování, studie možnosti provádění spektrometrie neutronů pomocí Bonnerových sfér na KJR a návrh konkrétních experimentů s pomocí Bonnerových sfér. Podle časových možností bude proveden jednoduchý experiment. V rámci navazujícího VÚ a DP by studentská práce přecházela do teoreticko-experimentální až vyloženě experimentální oblasti. 2 Mlžná komora a její aplikace s neutrony V rámci bakalářské práce bude provedena zevrubná rešerše typů mlžných komor obecně i se zaměřením na aplikace využívající pole neutronů. Student se na základě rešerše pokusí vybrat vhodný typ komory pro použití na reaktoru VR-1. Předpokládá se návaznost ve VÚ a DP 3 Vyhořelé jaderné palivo a jeho vlastnosti Student se seznámí s inventářem radionuklidů ve VJP, zejména s ohledem na jeho rozložení v matrici VJP, mezeře mezi povlakem a palivem, konstrukčních materiálech VJP. Součástí práce bude rovněž rešeršní vyhodnocení jeho závislostí na vyhoření, které bude doprovázeno jednoduchými ověřovacími výpočty. 4 Současné trendy ve využití jaderného paliva a ve výměně paliva v jaderných elektrárnách v České republice a ve světě 5 Neutronová aktivační analýza historických předmětů na školním reaktoru VR-1 Seznámení se se základními principy a fyzikální podstatou využití jaderného paliva a výměny paliva v současných i budoucích jaderných elektrárnách v České republice a ve světě, kontinuální a výměna paliva, kampaňová výměna paliva v tlakovodních, varných a rychlých reaktorech reaktorech, kontinuální výměna paliva v reaktorech v plynem chlazených reaktorech a reaktorech CANDU, výměna paliva v reaktorech RBMK, způsoby výpočtu neutronově-fyzikálních charakteristik vyhořívajícího paliva v jaderných elektrárnách v České republice a ve světě. Předpokládá se pokračování práce ve VÚ a DP, kde kromě prohloubení znalostí z oblasti palivových kampaní tlakovodních reaktorů budou práce zaměřeny na studium neutronověfyzikálních charakteristik a jejich modelování pro americké reaktory AP-1000 a francouzské EPR. V rámci bakalářské práce se student seznámí s metodou neutronové aktivační analýzy, kterou využije na školním jaderném reaktoru VR-1 pro účely studia složení historických předmětů, zejména starých mincí. Provede rešerši možností využití výzkumných reaktorů z pohledu neutronové aktivační analýzy a základní rešerši neutronové spektrometrie aktivační metodou. V experimentální části si osvojí práci s polovodičovým HPGe detektorem. Kromě historických vzorků změří aktivitu a určí parametry neutronového pole v ozařovacím místě školního reaktoru VR-1, především reakční rychlosti standardů aktivačních detektorů. Předpokládá se možnost

2 6 Jaderná data pro výpočty jaderných reaktorů 7 Pokročilé typy paliv pro lehkovodní reaktory 8 Studium vlivu složení paliva na neutronové charakteristiky aktivních zón rychlých reaktorů 9 Vliv radiačního poškozování na materiály jaderných zařízení 10 Studium vlivu provozních stavů reaktorů LVR-15 na parametry epitermálního svazku pro bórovou neutronovou záchytovou terapii pokračování v tematice ve formě výzkumného úkolu s důrazem na spektrometrii neutronového pole školního reaktoru VR-1 aktivační metodou. V rámci bakalářské práce bude provedena rešerše obecných i specializovaných databází jaderných dat. Dále se student seznámí se specifickými požadavky statistických a deterministických výpočetních kódů na knihovny jaderných dat. Práce bude zakončena popisem programů, které se používají pro přípravu dat pro výpočetní kódy spolu s ukázkou použití programu NJOY. U této BP se očekává návaznost na VÚ i DP. Výsledkem by v následujících letech měla podrobná citlivostní analýza parametrů programu NJOY a vytvoření nástroje pro automatizovaný převod aktuálních databází jaderných dat pro potřeby výpočetních kódů. Navrhované téma bude vyžadovat rychlé pochopení fyziky interakcí neutronů, dobrou znalost angličtiny a ochotu pracovat samostatně. Orientace v prostředí GNU/Linux je výhodou, ale není podmínkou. Cílem práce je provést rešerši nových návrhů jaderného paliva, které zvyšují jadernou bezpečnost a umožňují snížení produkce minoritních aktinoidů, které představují značnou radiační zátěž při skladování ozářeného paliva. Hlavní důraz je kladen na charakteristiky TRISO částic a možnosti využití paliva na této bázi v lehkovodních reaktorech. Součástí rešerše bude přehled kladů a záporů moderních konceptů paliv a srovnání jejich vybraných charakteristik se stávajícím uranovým palivem. V rámci bakalářské práce by se student měl seznámit s výpočetním kódem Serpent. V práci lze pokračovat i v rámci VÚ a DP, kde bude kladen větší důraz na výpočetní analýzy. Student se seznámí s koncepty a provozovanými typy rychlých reaktorů. Podle vybraných typů vytvoří modely pro výpočty neutronových charakteristik, bezpečnostních parametrů a množivého faktoru. V závislosti na složení paliva tyto charakteristiky vyhodnotí. Podle zjištěných vlastností zformuluje výhody a nevýhody jednotlivých typů jak mezi sebou, tak i oproti lehkovodním reaktorům. V BP bude zpracován přehled nedestruktivních technik používaných při analýze radiačního křehnutí materiálů. Student se dále seznámí s vlivem záření na změny struktury a vlastností kovových slitin a obecně teoreticky i prakticky s principy Mössbauerovy spektrometrie a obecně. Provoz svazku pro výzkum bórové neutronové záchytové terapie na reaktoru LVR-15 má díky své konstrukci vliv na podmínky v aktivní zóně a naopak. Provoz svazku tak negativně zasahuje do plnění úkolů prováděných zejména na okraji aktivní zóny, což výrazně limituje provozování svazku. Cílem práce bude stanovit vazbu mezi provozem reaktoru a provozem svazku a stanovit

3 11 Stanovení gama ohřevu v aktivní zóně reaktoru LVR Stínění ocelového obalového souboru pro skladování vyhořelého jaderného paliva typu VVER Popis a inventarizace vyhořelého jaderného paliva v České republice a uvolňování kritických radionuklidů z vyhořelého jaderného paliva 14 Plánování provozu a návrhy palivových vsázek lehkovodních reaktorů 15 Experimentální výzkum chování jaderného paliva 16 Využití CFD (Computational fluid dynamics) kódů pro výpočty dvoufázového proudění 17 Malé reaktory pro prodloužení provozu VVER 440 pravidla k jejímu omezení. Téma je vhodné pro pokračování ve výzkumném úkolu a diplomové práci. Výstup v akademickém roce 2013/2014 není požadován (nicméně by byl vítán). Práce se bude zabývat problematikou ohřevu způsobeného gama zářením v aktivních zónách výzkumných jaderných reaktorů. Její součástí bude provedení rešerše a zhodnocení metod stanovení gama ohřevu v podmínkách reaktoru LVR-15 a odhad gama ohřevu v experimentálním kanálu reaktoru LVR-15. Práce bude řešena ve spolupráci s Centrem výzkumu v Řeži. V rámci BP se student seznámí s radiačními vlastnostmi VJP obecně i se zaměřením na palivo VVER-440 a provede rešerši konstrukcí obalových souborů. Seznámí se rovněž s výpočetními systémy používanými v této oblasti (MCNP a SCALE). Předpokládá se návaznost ve VÚ a DP, kdy by měly proběhnout výpočty v programovém prostředí MCNP a SCALE. Student se v rámci BP seznámí s obsahem radionuklidů ve VJP, způsoby jeho inventarizace a možnými mechanismy uvolňování kritických radionuklidů z VJP. Tyto možnosti kriticky vyhodnotí vzhledem k potřebě inventarizace v ČR za dobu provozu EDU, ETE i včetně predikce budoucího množství pro stávající a nové zdroje. Student připraví rešerši zaměřenou na přípravu provozu energetických reaktorů. Důraz je kladen především na nástroje použitelné pro výpočty parametrů aktivních zón, jejich verifikaci a validaci. Součástí rešerše by měl být popis metodiky přípravy jaderných dat, modelů palivových kazet a průběh 3-D výpočtů pomocí difuznich kódů. V další části práce se student seznámí s provozem JE Dukovany, historií palivového cyklu a současnou strategií provozu. V rámci práce se student naučí pracovat s výpočetním kódem ANDREA. Řešení BP bude probíhat ve spolupráci s ÚJV a práce musí být ukončena v ak.roce 2013/2014. Jde o úvod do problematiky, na který se bude navazovat v dalších studentských pracích (VÚ a DP). Student se podrobně seznámí s mezinárodním Haldenským projektem, jeho palivovými experimenty a daty které poskytuje. Naučí se vyhodnocovat chování paliva na základě dat z online měření. Rovněž se seznámí s některým z vhodných integrálních kódů pro popis chování paliva. V rámci pozdějších prací (VÚ a DP) poté využije experimentálních dat pro fitování kódu V rámci rešerše student vyhodnotí vhodnost dostupných CFD (Computational fluid dynamics) kódů pro výpočty dvoufázového proudění a přenosu tepla. Seznámí se s vhodným CFD kódem a při praktické části vytvoří model kanálu chladiva palivového souboru a otestuje jej. Ve spolupráci s ÚJV Řež a ČEZ: posouzení využití infrastrukturního zázemí EDU v době po ukončení provozu stávajících reaktorů - do stávající technologie na EDU by byl vestavěn malý modulární reaktor (SMR), čímž by došlo k úspoře v investičních nákladech v podpůrných

4 18 Hodnocení potenciálu výstavby fabrikačního závodu na jaderné palivo 19 Identifikace korozních produktů v jaderných zařízeních 20 Analýza podkritického násobení neutronů a jeho využití 21 Využití polovodičových detektorů pro spektroskopii neutronů 22 Prahové reakce v neutronovém poli indukovaném nabitými částicemi na beryliovém terči systémech elektrárny (balance-of-plant). Jedná se tedy o další využití stávající technologie, převážně v nejaderné části elektrátny. Zpracujte studii výstavby fabrikačního závodu na výrobu jaderného paliva; seznamte se problematikou výroby JP, s důrazem na fabrikaci palivového souboru. Vyjděte z projektu ukrajinského NFPP a dostupných veřejných zdrojů. Práci založte na předem vyjmenovaných předpokladech, z nichž provedete základní ekonomické hodnocení obecného projektu fabrikačního závodu JP. Student se seznámí: se vznikem a vlastnostmi oxidů a hydroxidů železa, identifikuje místa v jaderných zařízeních nejvíce vystavená účinkům koroze a seznámí se teoreticky a na jednoduchém měření i prakticky s Mössbauerovou spektrometrií. Student se v rámci tématu seznámí s fyzikální podstatou podkritického násobení neutronů. Bude následovat sestavení základních rovnic popisujících podkritické násobení. Již v prvním roce se očekává analýza výpočetních postupů v Monte-Carlo kódu MCNP. Očekávaným výstupem bakalářské práce pak budou modelové výpočty, které jasně demonstrují rozdílné výsledky podle módu výpočtu v MCNP a diskuze aplikace získaných výsledků na výpočetní analýzu základního kritického experimentu prováděného na Školním reaktoru VR-1. Téma představuje náročnou úlohu z fyzikálního i matematického hlediska. Student musí mít o dané téma hluboký zájem a ochotu pro samostudium. Odměnou je výsledek, který najde uplatnění při jednom z nejrozsáhlejších pravidelných experimentů na školním reaktoru VR-1. Toto téma je vypisováno se záměrem, aby v něm student dále pokračoval ve VÚ a DP. Další návaznost může být podle zájmu studenta v dalších simulacích, rozvoji teorie, nebo v experimentální práci. Cílem BP je seznámit se s problematikou polovodičových detektorů určených pro detekci neutronů, provést rešerši možností využití polovodičových detektorů pro spektroskopii neutronů, věnovat se možnostem využití kódu MCNP pro modelování odezvy polovodičového detektoru neutronů a návrhu spektroskopu neutronů pro podmínky radiálního kanálu reaktoru VR-1. Cílem BP je seznámení se s metodikou aktivačních měření reakčních rychlostí prahových reakcí neutronů. Student si osvojí základy jaderné gama-spektrometrie, práci s polovodičovým HPGe detektorem Canberra a stanoví jeho detekční účinnost použitím sady kalibračních etalonů. Změří aktivitu a určí reakční rychlosti aktivačních fólií ozářených v neutronovém poli zdrojové reakce p + Be nebo d + Be neutronového zdroje NG-2, který je řízen izochronním cyklotronem U-120M. Předpokládá se možnost pokračování v tematice ve formě VÚ a DP se zaměřením na

5 23 Projektová a bezpečnostní kriteria jaderného paliva 24 Heuristické algoritmy pro optimalizaci palivových vsázek spektrometrii neutronového pole produkovaného protony či deuterony na beryliovém terči vhodného pro validaci jaderných dat. V rámci BP student prostuduje jaká jsou ve světě i v ČR používaná bezpečnostní a projektová kriteria pro jaderná paliva a zjistí běžně používané metodiky jejich ověřování (výpočty a jejich typy, experimenty, ). Kriticky je srovná a vyhodnotí z hlediska konzervativnosti i potřeby provozních výpočtů. Cílem práce je základní seznámení se s problematikou optimalizace palivových vsázek a implementace jednoduchého vybraného algoritmu pro kombinatorickou optimalizaci vsázek v prostředí MATLAB. Nepůjde o realizaci kompletního nástroje pro optimalizaci, ale pouze o implementaci resp. testování funkcionality jednoho vybraného algoritmu a zhodnocení jeho vhodnosti pro budoucí praktické využití. Předpokládá se základní znalost programování (znalost MATLAB je výhodou). Na tématu je možno dále pokračovat v rámci dalších prácí (VÚ a DP), kde bude kladen větší důraz na problematiku reaktorové fyziky a praktického nasazení pro energetické reaktory. 25 Ohřev a průtok chladiva v AZ VVER 440 V rámci BP se student podrobně seznámí s konstrukcí palivových kazet reaktoru VVER 440 a s termohydraulikou jeho aktivní zóny. Návazně provede její zjednodušenou analýzu. Seznámí se rovněž s potřebnými výpočetními kódy s nimiž bude následně pracovat ve VÚ a DP. 26 Zajištění jakosti programového vybaveni (software) bezpečnostních systémů jaderných zařízení V BP provede student rešerši dostupných norem a standardů, metodiky verifikace a validace, aplikace v praxi.