65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 11. Engenharia Nuclear

Simulador Computacional para Cálculos de Blindagem para Nêutrons

Maicon de Paiva Torres - Instituto Politécnico do Estado do Rio de Janeiro - UERJ Hermes Alves Filho - Instituto Politécnico do Estado do Rio de Janeiro - UERJ

INTRODUÇÃO:

Os cálculos de blindagem são de grande importância para a proteção de pessoal, de equipamentos e do meio ambiente numa vizinhança onde existe material radioativo, constituindo um retorno benéfico para a sociedade. Os cálculos de blindagem para nêutrons, como os que foram desenvolvidos neste trabalho, visam proteger equipamentos e a biosfera contra radiação ionizante, em situações de armazenamento de rejeitos nucleares de baixo, médio e alto nível. Neste trabalho, apresentamos um Simulador Computacional que nos propicia uma visão dinâmica de algumas aplicações na área de Engenharia Nuclear, sobretudo em cálculos de blindagem para nêutrons. Nesse contexto, consideramos inicialmente o modelo determinístico do transporte unidimensional de partículas neutras, em meios materiais não-multiplicativos, i.e, um meio onde não ocorre o fenômeno de fissão. É um problema de valor de contorno onde há que se considerarem apenas as interações que resultam: absorção da partícula por região, fuga de partículas pelos contornos do domínio e espalhamento. Trabalhamos com problemas unidimensionais de transporte de nêutrons usando a formulação de ordenadas discretas SN, com os modelos monoenergético e multigrupo de energia, independente do tempo, com espalhamento isotrópico e linearmente anisotrópico, e então arquitetamos um aplicativo computacional (Simulador) para modelagem computacional de problemas de transporte de nêutrons usados em típicos cálculos de blindagem.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um simulador computacional para cálculos de blindagem para nêutrons na plataforma MATLAB, versão 7.0. Para isso, baseou-se em um modelo simplificado da Equação de Transporte de Boltzmann para partículas neutras, considerando um domínio unidimensional, independente do tempo, azimultamente simétrico e com um e dois grupos de energia.

MÉTODOS:

A Modelagem Computacional é uma metodologia moderna de investigação que requer o estudo teórico dos fenômenos contemplados no problema, uma coerente representação matemática de tais fenômenos, a geração de um sistema algorítmico numérico interpretável pelo computador e finalmente, a análise da solução conseguida, podendo ainda lançar mão de sistemas preexistentes que facilitem a visualização dos resultados, como editores de gráficos cartesianos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Foi desenvolvido um simulador computacional que proporciona um um ambiente amigável para o usuário. Este Simulador possui uma tela de abertura com uma grade gráfica dinâmica, que apresenta alguns parâmetros como a quantidade de regiões materiais, suas dimensões físicas, ordem da quadratura de Gauss-Legendre, condições de contorno prescritas e precisão determinada para a convergência dos processos iterativos. Uma guia de cores indica em qual posição do domínio temos uma maior taxa de exposição à radiação, e um gráfico que auxilia o usuário a analisar o comportamento do fluxo escalar médio de nêutrons no domínio em questão. Na janela inicial, por exemplo, podemos acessar a tela de Propriedades, onde estão listados os parâmetros físicos-materiais do problema, que se trata das seções de choque macroscópicas total e de espalhamento, tanto para casos isotrópicos ou anisotrópicos que podem ser encontradas na literatura, e a possibilidade da incidência de uma fonte, distribuída numa zona material arbitrária. Podemos escolher o método numérico a ser usado, a partir da guia Calcular, tendo como opções os métodos DD, CN e o SGF. Nessa tela, podemos acionar a opção da reconstrução espacial ou angular do fluxo angular de nêutrons, sendo possível a apresentação desses resultados na forma gráfica. Na guia de Resultados, podemos realizar o cálculo dos fluxos angulares e escalares, as taxas de absorção de nêutrons por região e a fuga de partículas nos contornos externos do domínio.

CONCLUSÕES:

No futuro, pretendemos incluir o cálculo da taxa de dose absorvida e o cálculo da distribuição de potência em um reator nuclear, para problemas mais realísticos. A impressão desses valores no próprio simulador deixou o programa muito mais dinâmico, pois o usuário não necessita mais recorrer a arquivos de texto fora do Simulador para a conferência de dados.

Palavras-chave: Proteção da Biosfera, Simulador Computacional, Blindagem para Nêutrons.