Análise sobre a dinâmica e controle de um reator nuclear Pressurized Water Reactor (PWR) - Micelli, Matheus Barros (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
A preocupação com o avanço das mudanças climáticas traz o uso da energia nuclear como uma alternativa às tecnologias de conversões energéticas de utilização de combustíveis fósseis. Para que um reator nuclear produza energia com segurança é necessário que seu controle funcione adequadamente para inclusive evitar acidentes nucleares. Assim, o presente trabalho realiza um estudo que modela um reator do tipo Pressurized Water Reactor (PWR) através da dinâmica de reatores, a fim de entender como os efeitos termodinâmicos influenciam a reatividade de um reator nuclear, que por sua vez, afeta diretamente a densidade de nêutrons (potência do reator). Além disso, é modelado o efeito da reatividade externa, que simula o comportamento da reatividade quando as hastes de controle atuam a fim de controlar a reação em cadeia. Como forma de avaliação da estabilidade do reator nuclear, utiliza-se o diagrama de Bode em duas análises: uma com efeitos dos feedbacks e a outra sem os efeitos dos feedbacks. Observa-se uma margem de ganho de cerca de 23,6560dB na frequência de 14,9211Hz, mostrando que a estabilidade desse reator é garantida através dos feedbacks mostrando que o sistema possui uma grande capacidade de se tolerar a variações e incertezas, uma vez que a margem de ganho encontrada é positiva. A margem de ganho encontrada para o reator sem feedback tendeu- se ao infinito, o que mostra uma instabilidade do reator. A simulação encontrou oscilações na densidade de nêutrons e ela pode ser entendida através dos efeitos dinâmicos como forma de controle de um reator nuclear, uma vez que a estabilidade é encontrada devido aos feedbacks de temperatura e das hastes de controle.

The concerns about the advance of climate change bring the use of nuclear energy as an alternative to energy conversion technologies using fossil fuels. For a nuclear reactor to operate safely, its control must work properly to avoid nuclear accidents. Thus, the present work carries out a study that models a simple Pressurized Water Reactor (PWR) type reactor through point neutron dynamics, to understand how thermodynamic effects influence the reactivity of a nuclear reactor, which, in turn, affects the neutron density (reactor power) directly. Furthermore, it models the effect of external reactivity, which simulates the behaviour of reactivity when the control rods act to control the chain reaction. As a way of evaluating the stability of the nuclear reactor, the Bode diagram is used in two analyses: one with feedback effects and the other without feedback effects. A gain margin of around 23.6560dB is observed at a frequency of 14.9211 Hz, showing that the stability of this reactor is guaranteed through feedback, showing that the system has a great capacity to tolerate variations and uncertainties, since the profit margin found is positive. The gain margin found for the reactor without feedback tended to infinity, which shows reactor instability. The simulation found oscillations in neutron density, and this can be understood through the dynamic effects as a form of control of a nuclear reactor, since stability is found due to temperature and control rod feedback.
Analysis of the dynamics and control of a nuclear Pressurized Water Reactor (PWR)
Keywords: Dinâmica de reatores nucleares; Densidade de nêutrons; PWR; Reatividade; Controle do reator; Dynamics of nuclear; Neutron density; Reactivity; Reactor control