ی شکافت مانند زنون و ید هستند. با استفاده از میزان غلظت مواد رادیواکتیو وارده شده به خنک کننده و توزیع آنها در قلب می توان به موقعیت خرابی سوخت پی برد.
به دلیل شکافت های هسته ایی غیر قابل پیش بینی ، میزان توان تولید شده در هر ناحیه از سوخت می‏تواند تغییر کند و این تغییرات می تواند برای قلب مشکل آفرین باشد. خصوصیات مربوط به تغییرات رادیو اکتیویته‏ی خنک کننده در نتیجه زنون و ید به دلیل شکست هر کدام از میله‏ی سوخت می تواند با بررسی میزان سوختن سوخت در هنگام شکست ، ابعاد شکستن غلاف و موقعیت شکست در طول غلاف آهنگ جذب غلاف تعیین گردد. [1]
ما در این پژوهش آسیب دیدگی قرص سوخت را بصورت یک ترک که از وتر قرص و به ارتفاع مشخصی تا سطح قرص گسترش یافته است را در نظر می گیریم و سپس بوسیله کد MCNP تغییرات شار نوترون و پرتو گاما را برای دو وضعیت قرص با ترک و بدون ترک محاسبه کرده و با هم مقایسه می کنیم.
تغییرات شار در ناحیه ی آسیب دیدگی باعث تغییرات توان در نتیجه تغییرات دما می شود که این تغییر دما به نوبه ی خود می تواند باعث بر هم زدن توزیع دمایی در ناحیه ی آسیب دیدگی و در نتیجه شوک های گرمایی به میله های دیگر سوخت گردد.
هدف اصلی این تحقیق این است که آیا آسیب دیدگی یک قرص سوخت و در نتیجه یک میله ی سوخت تاثیر قابل توجهی روی شار نوترون و پرتوهای گاما می گذارد که بتوان با آشکار سازی این تغییرات ، محل آسیب دیدگی را قبل از وقوع حادثه ی جدی پیدا کرد یا نه ؟
در این پروژه از ترک های بسیار کوچک شروع کرده و سپس با گسترش پهنای ترکها که نشانه پیشرفت خرابی المان سوخت می باشد تغییرات شار را بررسی می کنیم. بنابراین می توان تاثیر این خرابی را در بوجود آمدن یک حادثه در راکتور پیش بینی نمود.

اجزای مختلف راکتورهای هسته‏ای
‏ اجزای اساسی یا نواحی مختلف راکتورها در شکل (1-1) نشان داده شده‏اند. لازم به یادآوری است که این شکل نمودار یک راکتور است و یک راکتور واقعی را نشان نمی دهد.
‏قسمت مرکزی راکتورکه در شکل (1-1) نشان داده شده است قلب راکتور نامیده می شود. دریک راکتور حرارتی قلب راکتور حاوی سوخت ، کندکننده ، خنک کننده ، میله های کنترل ، بازتابنده و حفاظ های حرارتی می باشد. ماده سوخت هم عامل ایجاد حالت بحرانی راکتور است و هم انرژی شکافت آزاد می‏نماید. ماده سوخت ممکن است حاوی مقدار زیادی ماده زاینده باشد. درحقیقت اغلب راکتورهای قدرت جدید (که از نوع حرارتی می باشند) دارای سوخت اورانیوم تا چند درصد غنی شده از اورانیوم 233 می باشند بنابراین بیشتر سوخت اورانیوم 238 است.
شکل 1-1) اجزای اصلی یک راکتور هسته ای[2]
ماده کندکننده که فقط در راکتورهای حرارتی وجود دارد به منظور کند کردن نوترون‏های شکافت به نوترون‏های حرارتی به کار میرود . هسته‏هایی با عدد جرمی‏کم ، مؤثرترین ماده برای کندکردن نوترون ها
می باشند. ‏آب ( که دو سوم اتم های آن هیدروژن است ) آب سنگین و گرافیت ( کربن معمولی ) اغلب به عنوان کندکننده در راکتورها بکار می‏رود.
‏بریلیوم واکسید بریلیوم ( BeO یک ماده سفید سرامیکی ) بعضی مواقع به عنوان کند کننده به کار می‏رود لکن ماده خیلی گرانقیمتی است. خنک کننده‏ها همان ‏طور که از اسمش برمی‏آید برای انتقال حرارت از داخل قلب راکتور و ‏دیگر قسمتهائی که حرارت در آنها تولید می شود به خارج از راکتور به کار می رود. آب معمولی ، آب ‏سنگین و گازهای مختلف متداولترین خنک کننده‏ها در راکتورهای حرارتی می باشند. درمواردی که آب معمولی و آب سنگین به عنوان خنک کننده به کار می روند ، اغلب عمل کند کردن را نیز انجام می دهند. در راکتورهای سریع نمی توان از آب معمولی و آب سنگین به صورت مایع ، به عنوان خنک کننده استفاده کرد زیرا در این مواد نوترون‏های شکافت را کند می کنند زیرا دراین نوع راکتورها باید ‏سعی کرد که انرژی نوترون‏ها حتی الامکان بالا باشد. اغلب راکتورهای سریع (که فقط چندتایی از آنها تا به حال ساخته شده ‏است) با فلز مایع به ویژه سدیم مایع خنک می شوند.
‏سدیم دارای خاصیت انتقال حرارت عالی می باشد و وزن اتمی آن 23 است که حداقل ‏نوترو‏ن‏ها را در نتیجه برخورد الاستیک کند می‏کند (تعدادی از نوترون‏ها در نتیجه برخورد غیرالا‏ستیک کند می شوند). دراین نوع راکتورها ازگازها نیز می توان برای خنک کردن قلب راکتور استفاده کرد. [2]
اطراف بعضی از را کتورها به ویژه راکتورهای زاینده یک لایه ماده زاینده قراردارد که طبقه زایش نامیده می‏شود . این ناحیه به ویژه برای تبدیل یا زایش به کار می رود. نوترون‏هایی که ازقلب راکتور فرار می‏کنند وارد طبقه زایش شده واکنش‏های تبدیلی مختلفی انجام می‏دهند.‏ به علت وجود نوترون‏های سریع در این لایه شکافت‏های متعددی‏ انجام می‏گیرد که در نتیجه ‏ایجاد حرارت می‏نماید . بنابراین این قسمت راکتور نظیر قلب راکتورر بایستی خنک شود. [2]
‏ناحیه ای که مجاور قلب راکتورر یا طبقه زایش قرار داده می شود طبقه بازتابنده نامیده می شود. عمل این لایه از ماده کندکننده که به عنوان بازتابنده به‏کار می رود را می توان به صورت زیر توجیه کرد. ابتدا فرض می کنیم که قلب یا طبقه زایش بدون حفاظ بوده و در معرض هوا باشد. در این حالت تمام نوترون‏هائی که ازقلب راکتور خارج می شوند از دست ‏رفته محسوب شده و هپچ کدام به راکتور برنمی‏گردند. باقرار دادن یک لایه از ماده کندکننده ‏در اطراف راکتورر تعدادی از نوترون‏ها در نتیجه یک یا چند برخورد درطبقه بازتابنده مجددا” به داخل قلب یا طبقه زایش بر می گردند. البته تمام نوترون‏های خروجی به داخل راکتور، برنمی‏گردند و ایجاد شکافت زنجیره‏ای می کنند لذا واضح است بودن طبقه بازتابنده بهتر از نبودن آن است. وجود طبقه بازتابنده به مقدار زیادی ، مقدارسوخت لازم برای حالت بحرانی راکاهش می‏دهد.
میله های کنترل که در شکل یک نشان داده شده اند میله های متحرک جاذب نوترون هستند که از نامشان پیداست برای تنظیم کار راکتور به کار می روند. از آنجا که میله های کنترل جاذب نوترون هستند هر حرکت جزئی آنها باعث تغییر ضریب تکثیر دستگاه می شود. بیرون کشیدن میله ها k را افزایش و فرو بردن میله ها به داخل قلب راکتور k را کاهش می دهد. بنابراین با حرکت مناسب میله های کنترل می توان راکتور را روشن یا خاموش کرد و قدرت آن را تغییر داد. میله های کنترل را باید طوری تنظیم کرد که راکتور بحرانی بماند و در یک قدرت مشخص کار کند. در طول زمان به علت مصرف سوخت و تجمع پاره های مختلف شکافت جاذب نوترون در قلب راکتور تغییر میله های کنترل الزامی است. مواد مختلفی در میله های کنترل به کار می رود که از جمله فولاد حاوی بور ( بور دارای سطح مقطع جذب زیاد است ) و هافنیوم و کادمیوم ( که فلزات جاذب قوی نوترون هستند ) و نقره و آلیاژهای مختلف آن را می توان نام برد. میله های کنترل به شکل استوانه ای یا به شکل ورقه یا تیغه یا به صورت ورقه های متعامد که میله های صلیبی نامیده می شوند می باشند.
تمام قسمت های مختلف راکتور که در بالا توضیح داده شدند در داخل محفظه راکتور1 قرار دارند ، و اگر تمام قسمت ها تحت فشار باشند محفظه تحت فشار نامیده می شود. برای اینکه بتوان حرارت محفظه راکتور را که در نتیجه جذب اشعه گاما قلب ایجاد می شود کاهش داد لازم است در بعضی از راکتورها یک لایه ضخیم جاذب اشعه گاما معمولا از جنس آهن یا فولاد به نام حفاظ حرارتی2 در بین بازتابنده و دیواره داخلی محفظه قرار داد. از آنجا که حفاظ حرارتی مقدار زیادی انرژی جذب می کند لازم است همراه با قلب و لایه زاینده خنک شود. برای محافظت افرادی که در نیروگاه در موقع کار راکتور کار می‏کنند محفظه راکتور ، و قسمت های دیگر نظیر دستگاه مولد بخار که شامل منابع تابش ها می باشد به وسیله حفاظ اشعه احاطه شود. برای حفظ عموم مردم از سوانح راکتور به ویژه سوانحی که منجر به آزاد شدن پاره های شکافت می شود تمام تاسیسات راکتور در ساختمان محکمی قرار داده می شوند. در بعضی از نیروگاه ها ساختمان سنگینی تمام دستگاه مولد بخار را دربر می گیرد. در حالی که در بعضی دیگر ساختمان به دو قسمت می شود یکی راکتور را دربر می گیرد ( ساختمان اولیه ) و بقیه در ساختمان دیگری قرار می گیرد. ساختمان دومی علاوه برقسمت های متعددی که در شکل تشریح شد ، دستگاه های ایمنی پیچیده ای که باید در نیروگاه برای مواقع اضطراری به کار می روند تعبیه شوند. وسایل خاصی برای سوار کردن میله های سوخت در قلب راکتور و همچنین برای انباشتن میله های سوخت مصرف شده رادیواکتیو قبل از ارسال آنها به کارخانه لازم است . در نقاط مختلف داخلی و خارجی محفظه راکتور دستگاهی های حساس قرار داده می‏شود تا نشان دهنده طرز کار دستگاه ها باشند. بالاخره مقدار زیادی موادساختمانی برای کمک به نیروگاه وایجاد یکپارچگی آن لازم است . نیروگاه های هسته ای طبیعتا تاسیسات پیچیده ای هستند ، بنابراین باید با دقت زیاد طرح ریزی شوند.
انگیزه اقتصادی ساخت راکتور های هسته ای ، به دلیل چگالی انرژی خیلی زیاد در سوخت اورانیم آنهاست که به طور نسبی سبب قیمت پایین تر واحد انرژی تولید شده می شود. یک کیلو گرم اورانیم ( با 3 درصد از 235 – U ) Kj 109× 2/5 انرژی تولید میکند . در مقابل ، یک تن سوخت فسیلی ، انرژی برابر Kj 107× 4 تولید می کند. انرژی هسته ای در سال 1996، حدود 7 درصد کل مصرف انرژی و برابر 17 درصد مصرف انرژِی الکتریکی جهان بوده است. این مقدار در آخر سال 2004برابر با 5/16 درصد انرژِی الکتریکی مصرفی جهانی است. [2]