کنترل پایدار واکنش های هسته ای

دستگاه تمام اتوماتیک کنترلگر میله های کنترل رآکتور هسته ای برای نخستین بار در کشور به وسیله سیدعلیرضا موسوی شیرازی دانشجوی دکتری تخصصی انرژی هسته ای دانشگاه آزاد طراحی و ساخته شده است.
این دستگاه به صورت تمام اتوماتیک میله های کنترل رآکتور را بالا و پایین می برد، به گونه ای که در این شرایط، رآکتور به حالت پایدار باقی می ماند. در مواقع اضطراری دستگاه سبب سقوط آزاد میله کنترل قرار گرفته در قلب رآکتور می شود. این در حالی است که دستگاه مذکور، قابلیت اتصال به رایانه و کنترل رآکتور از طریق رایانه و همچنین استفاده از سیستم کنترل از راه دور را نیز دارد.

رآکتورهایی برای شکافت رآکتورهای هسته ای دستگاه هایی هستند که در آنها شکافت هسته ای کنترل شده رخ می دهد. رآکتورها برای تولید انرژی الکتریکی و نیز تولید نوترون ها به کار می روند. اندازه و طرح رآکتور بر حسب کار آن متغیر است. فرآیند شکاف یک نوترون به وسیله یک هسته سنگین (با جرم زیاد) جذب شده ، به دنبال آن به دو هسته کوچک تر همراه با آزادسازی انرژی و چند نوترون دیگر شکافته می شود. اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکاف هسته ای دسامبر 1942به دست آمد و ساخت و راه اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی ، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته ای ، زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین رآکتور هسته ای فعال بود

به گفته شیرازی ، این دستگاه در حقیقت سیستم بسیار پیشرفته ای است که کورس حرکتی میله های کنترل به سمت بالا و پایین را تنظیم می کند و در قلب هر نوع رآکتوری قابل استفاده است. سیستم هوشمند کنترل کننده میله های کنترل رآکتور هسته ای پس از ثبت به تایید سازمان انرژی اتمی نیز رسیده و با عنوان ITEX2007 برای مسابقه جهانی اختراعات که در کشور مالزی برگزار خواهد شد پذیرفته شده است.
ارزیابی ویژگی های علمی ، مشخصات فنی و آزمایشگاهی این دستگاه نشان می دهد، سیستم کنترلگر هوشمند به صورت اتوماتیک یا دستی ، به گونه ای میله های کنترل رآکتور هسته ای را تنظیم می کند که این رآکتور در شرایط بحرانی نیز به فعالیت خود ادامه خواهد داد.
به گفته موسوی ، برای دستیابی به این هدف از یک سیستم فرمان میکروکنترلری استفاده شده که براساس زبان برنامه نویسی اسمبلی برنامه ریزی و طراحی شده است.
گفتنی است ، این دستگاه مجهز به سیستم سقوط آزاد اتوماتیک میله کنترل و سقوط آزاد دستی میله کنترل است. از سوی دیگر، دستگاه کنترلگر به سیستم بی سیم در باند UHF مجهز است و از طریق یک فرستنده در فاصله 100 متری می توان تمامی کنترل های رآکتور از جمله تنظیم سرعت حرکت میله کنترل ، سقوط آزاد میله کنترل در مواقع خطر و... را امکان پذیر کرد.
همچنین این دستگاه دارای یک استخر مجازی خنک کننده و نیز یک محفظه آب اضطراری است که سطح آب این استخر خنک کننده در هر لحظه به وسیله دوسنسور کنترل می شود. چنانچه میزان سطح آب این استخر مجازی از حد مجاز پایین تر بیاید، میله کنترل ، سقوط آزاد کرده و آژیر اعلام خطر به صدا در می آید. در این شرایط پمپ موجود در محفظه آب اضطراری روشن شده شروع به پر کردن مقدار آب کاهش یافته در استخر مجازی خنک کننده می کند.
سیستم فعالیت غیراتوماتیک دستگاه به گونه ای است که قسمت مکانیکی دستگاه با مجهز بودن به یک سیستم پیچ و مهره ای می تواند حرکت دورانی سیستم را به حرکت خطی تبدیل کند. در این دستگاه یک صفحه LCD به طور زنده تمام اطلاعات مربوط به تنظیم دستگاه را در هر لحظه نشان می دهد و یک صفحه کلید نیز وجود دارد که برای تنظیم سایر خواسته ها از آن استفاده می شود.

نرم افزارهای رایانه ای

به گفته موسوی ، دستگاه کنترلگر قابلیت اتصال به رایانه از طریق پایانه اتصال سریال com1 و com2 را دارد و پس از برقراری ارتباط بین میکروکنترلر از طریق حرکت دست و شناختن قوانین و اصول مربوط توسط هر یک از آنها، از طریق یک پنجره مجازی سرعت رآکتور و قدرت آن بر حسب کیلووات در هر لحظه به صورت زنده و همزمان محاسبه و نمودار مربوط به آن ترسیم می شود.
زبان برنامه نویسی به کار رفته در این سیستم برای ارتباط میان رایانه و میکروکنترلر و تطبیق اصول و شرایط در نظر گرفته در هر یک از آنها، زبان ویژوال بیسیک است .این دستگاه دارای یک سیستم امنیتی برای خاموش و روشن شدن کل سیستم است که با استفاده از اشعه مادون قرمز عمل می کند.
از دیگر ویژگی های مهم مورد توجه در این طرح تحقیقاتی ، می توان به شبیه سازی آن با یک نرم افزار رایانه ای موسوم به simulink of matlab اشاره کرد. با استفاده از این نرم افزار می توان تمامی حالتها و پاسخهای مختلف سیستم را از نظر نوسانی شدن ، میراشدن ، بحرانی شدن و تمامی حالتهایی که برای سیستم اتفاق می افتد، مورد بررسی قرار دارد.

فرانک فراهانی جم