Bài viết Đánh giá ảnh hưởng của độ phản ứng khi nước được chiếm chỗ không khí trong các kênh chiếu mẫu đứng khô của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt trình bày việc áp dụng phương pháp Monte-Carlo (NCNP5), thư viện ENDF/B VII.0 và chương trình mô phỏng Eureka để thực hiện các mục đích nói trên.
Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ PHẢN ỨNG KHI NƯỚC ĐƯỢC CHIẾM CHỖ KHƠNG KHÍ TRONG CÁC KÊNH CHIẾU MẪU ĐỨNG KHƠ CỦA LỊ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT DAU DUC TU, LE VINH VINH, HUYNH TON NGHIEM, NGUYEN KIEN CUONG, NGUYEN MINH TUAN, TRAN QUOC DUONG, BUI PHUONG NAM Reactor Center, Dalat Nuclear Research Institute, VINATOM 01 Nguyen Tu Luc St, Dalat, Lamdong, Vietnam E-mail: tudd.re@dnri.vn Tóm tắt: Trong thời gian vận hành lò phản ứng, cố thủng kênh chiếu mẫu khí nén kênh 7-1 13-2 ăn mòn nhiều lý khác xẩy ra, việc xác định độ phản ứng đưa vào vùng hoạt nước chiếm chỗ khơng khí hai kênh có vai trị quan trọng trọng việc vận hành an tồn lị phản ứng Bài báo trình bày việc áp dụng phương pháp Monte-Carlo (NCNP5), thư viện ENDF/B VII.0 chương trình mơ Eureka để thực mục đích nói Các kết tính tốn lý thuyết xác định độ phản ứng đưa vào vùng hoạt theo thời gian thủng kênh chiếu mẫu Từ xác định thay đổi cơng suất lị thay đổi nhiệt độ bề mặt nhiên liệu Từ khóa: MCNP, Eureka, độ phản ứng, động học lò, lò phản ứng I GIỚI THIỆU Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt có cơng suất 500 kW loại lò bể bơi sử dụng nước thường cho hai chức làm chậm làm nguội đưa vào vận hành từ 03/1984 Nó xây dựng lại sở lò TRIGA MARK II (Mỹ) xây dựng đưa vào vận hành từ năm 1963 Nhiều cấu kiện tường beton cản xạ, thùng lò, vành phản xạ graphite kênh thí nghiệm nằm ngang, … giữ lại từ lò cũ Vùng hoạt lò nạp tải nhiên liệu VVR-M2 nhiên liệu hợp kim Al-U có độ giàu cao (HEU) 36% từ 03/1984 đến 12/2011 nhiên liệu UO2+Al có độ giàu thấp (LEU) 19.75% có 12 berili vùng trung tâm từ 12/2011 đến Mỗi bó nhiên liệu có ống đồng trục, ống ngồi có dạng hình lục giác cịn hai ống hình trịn Các berili sử dụng LPƯ có tiết diện hình lục giác với kích thước 32 mm [1] Kênh chiếu mẫu khí nén kênh 7-1, kênh 13-2 Hai kênh chiếu mẫu đứng khơ (cịn gọi hai kênh chiếu mẫu khí nén) nằm ô 7-1 13-2 vùng hoạt sử dụng chủ yếu cho việc phân tích kích hoạt nơtron Mẫu phân tích đóng gói lọ nhỏ box chuyên dụng sau đặt chúng vào chuột làm nhựa tổng hợp đưa vào kênh khô nhờ hệ thống chuyển -1- Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 mẫu khí nén Tại hai kênh mẫu thường chiếu khoảng thời gian ngắn từ giây đến phút để xác định nguyên tố thông qua đồng vị sống ngắn Hệ thống chuyển mẫu kênh chiếu xạ 7-1 vận hành theo chế độ điều khiển từ xa dùng trạm phát lệnh di chuyển mẫu đặt phòng 125 nhà số Hệ thống chuyển mẫu kênh chiếu xạ 13-2 sử dụng cho phân tích nhanh, trạm điều khiển chuyển đo mẫu đặt gian nhà lị [2] Vị trí kênh 7-1 kênh 13-2 nằm thấp so với tâm vùng hoạt cm thể hình Bảng Đặc trưng kênh chiếu xạ đứng khô 7-1 13-2 [2] Đặctrưng Kênh 7-1 Kênh 13-2 Thơng lượng nơtron nhiệt, n/cm2/s (3,8÷4,4)1012 (3,8÷4,2)1012 Thơng lượng nơtron nhiệt, n/cm2/s (4,0÷4,5)1011 (3,7÷4,1)1011 Thơng lượng nơtron nhanh, n/cm2/s (3,0÷5,0)1012 (3,0÷6,0)1012 Khối lượng cực đại mẫu chiếu, gram 20 Thời gian chiếu xạ (min.), sec 45 Thời gian chiếu xạ (max.) 20 phút 30 phút Tốc độ di chuyển mẫu, m/s 10 20 Hình Cấu trúc ống chiếu mẫu khí nén kênh 13-2 [2] -2- Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 Hình Hệ chiếu mẫu khí nén kênh 7-1 [2] Trong điều kiện vận hành bình thường, khả thủng kênh chiếu mẫu khí nén ăn mịn nhiều lý khác xẩy báo cáo kịch thủng kênh chiếu mẫu với đường kính lỗ thủng mm Và với cấu hình vùng hoạt lị phản ứng Đà Lạt đưa vào vùng hoạt độ phản ứng dương, với độ phản ứng dương đưa vào cơng suất lị phản ứng nhiệt độ nhiên liệu thay đổi Vì việc phân tích kịch với độ phản ứng dương đưa vào theo thời gian để xem xét đến vấn đề an toàn vận hành lị phản ứng Để tính tốn độ phản ứng phụ thuộc thời gian với kịch trên, báo cáo chương trình MCNP thư viện ENDF/B VII.0 sử dụng Tác giả sử dụng chương trình mơ EUREKA để tính tốn thay đổi cơng suất lị phản ứng nhiệt độ nhiên liệu [4] II MƠ HÌNH MCNP VÀ EUREKA CHO LÒ ĐÀ LẠT Trong nghiên cứu này, vùng hoạt cấu kiện bên lò điều khiển, chèn berili, vành phản xạ graphite, kênh chiếu mẫu khí nén, kênh ngang, cột nhiệt, cột nhiệt hóa,… mơ hình hóa cách chi tiết kích thước hình học thành phần vật liệu Hình trình bày mơ hình MCNP5 mặt cắt ngang đứng lị Đà lạt Hình trình bày mơ hình MCNP5 cấu hình nạp tải 92 bó nhiên liệu độ giàu thấp (LEU) vị trí kênh chiếu mẫu khí nén vùng hoạt lị [3] -3- Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 Kênh Kênh Kênh Kênh Hình Mơ hình MCNP5 mặt cắt ngang đứng lị Đà Lạt Kênh 7-1 Vị trí kênh Tâm vùng hoạt Kênh 13-2 Hình Mơ hình MCNP5 cấu hình nạp tải 92 bó nhiên liệu độ giàu thấp (LEU) kênh chiếu mẫu khí nén lị Đà Lạt -4- Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 59 5.617 Fill Junction (53) Upper plenum volume 56 2.700 57 (52) Extracting well volume No.3 Channel No.1 Channel No.5 Channel No.4 Channel No.2 Channel 51 52 53 0.700 55 54 (10) 10 (20) 20 10 (9) (19) (18) (7) Node number 6 (5) (4) (1) (15) (14) (13) 17 (27) 16 (26) (12) (11) (38) 15 (25) 27 (37) 26 (36) (24) (23) (22) (21) 11 21 (35) 24 (34) 23 (33) (32) 37 (47) 36 (46) (31) 0.540 0.480 0.420 47 0.360 47 46 0.300 45 0.240 44 0.180 43 0.120 42 0.006 46 (45) 35 45 34 (44) 33 (43) 44 43 (42) 32 32 21 48 0.600 (54) 48 33 22 49 49 34 22 11 (48) 35 23 12 (49) 36 24 13 39 38 37 25 50 50 38 25 14 (50) 40 39 27 12 (39) 28 26 14 29 28 13 Junction number (17) (16) (40) 40 29 15 (2) (28) 16 (3) (29) 17 (6) 19 18 18 30 30 19 (8) (30) 20 By pass volume Heat slab number 42 (41) 31 41 41 31 0.000 58 -0.100 (51) Lower plenum volume -0.633 Hình Sơ đồ node chương trình EUREKA cho lị Đà Lạt [4] Với kịch thủng kênh chiếu mẫu khí nén vùng hoạt, phương trình (1) dùng để tính chiều cao cột nước (h) phụ thuộc vào thời gian (t) qua thông số L, S1, S2 S 2g h L L 2S t (1) Trong đó: - L: Chiều cao từ tâm vùng hoạt đến mặt nước bề lò - h: Chiều cao cột nước ống kênh chiếu mẫu (phụ thuộc thời gian kể từ lúc cố bắt đầu xảy ra) - S1: Tiết diện bị rò nước - S2: Tiết diện ống kênh chiếu mẫu - g: Gia tốc trọng trường - V: Vận tốc nước qua tiết diện S1 (phụ thuộc thời gian) III KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ THẢO LUẬN -5- Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 Các tính tốn MCNP5 cho lị Đà Lạt thực với cấu hình nạp tải 92 bó nhiên liệu độ giàu thấp (LEU) Mơ hình tính tốn tới hạn (KCODE) thư viện ENDF/BVII.0 lựa chọn Kết tính tốn trình bày Bảng Bảng Độ phản ứng phụ thuộc thời gian cho kênh 7-1 kênh 13-2 nước chiếm chỗ khơng khí Thời gian (giây) Độ phản ứng kênh 7-1 (cents) 1.62 0.02 5.07 0.05 7.09 0.04 8.52 0.06 9.63 0.05 10.54 0.07 11.31 0.07 11.97 0.06 12.55 0.04 Độ phản ứng kênh 13-2 (cents) 0.35 0.03 1.96 0.05 2.90 0.09 3.57 0.09 4.09 0.08 4.51 0.06 4.87 0.05 5.18 0.06 5.46 0.08 Trên bảng số liệu cho thấy rằng, với kịch thủng kênh sau giây kênh chiếu mẫu 7-1 13-2 ngập nước hoàn toàn, đưa vào vùng hoạt độ phản ứng dương thay đổi theo thời gian thể bảng Trong kết cho thấy, độ phản ứng kênh 7-1 lớn kênh 13-2 kênh 7-1 nằm gần tâm vùng hoạt Hình Độ phản ứng thay đổi theo thời gian kênh 7-1 nước chiếm chỗ khơng khí -6- Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 Hình Độ phản ứng thay đổi theo thời gian kênh 13-2 nước chiếm chỗ khơng khí Hình Sự thay đổi công suất kênh 7-1 13-2 nước chiếm chỗ khơng khí Hình thể rằng, lị phản ứng hoạt động với cơng suất danh định 500 kw, đến giây thứ tượng thủng hai kênh 7-1 13-2 bắt đầu xẩy ra, có độ phản ứng dương đưa vào làm cho công suất lị tăng, cơng suất tăng đạt đến -7- Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 ngưỡng bảo vệ cố lò 550 kw (110% cơng suất danh định) xẩy tượng dập lị, có nghĩa tất điều khiển an toàn rơi vào vùng hoạt đưa vào độ phản ứng âm lớn làm cho công suất giảm xuống nhanh Thời gian trễ lị Đà Lạt xuất hiên tín hiệu đến dập lị theo ngưỡng cơng suất 0.16 giây Hình Nhiệt độ bề mặt nhiên liệu kênh 7-1 13-2 nước chiếm chỗ khơng khí Kết tính tốn cho kênh 7-1 cho thấy độ phản ứng lớn đưa vào vùng hoạt kênh bị nước chiếm hoàn toàn 12.55 0.04 (cents) lò bị dập theo ngưỡng bảo vệ công suất 110% sau 3.4 giây kể từ xẩy cố thủng kênh thể hình Và nhiệt độ cực đại bề mặt nhiên liệu 97.2 0C Đối với kênh 13-2 độ phản ứng lớn đưa vào vùng hoạt nước chiếm hoàn toàn kênh 5.46 0.08 lò dập theo ngưỡng bảo vệ công suất sau 8.5 (giây) kể từ xẩy cố thủng kênh nhiệt độ cực đại bề mặt nhiên liệu 101 0C Vậy nhiệt độ bề mặt nhiên liệu sau cố thủng kênh 7-1 nhỏ nhiệt độ bề mặt nhiên liệu sau cố thủng kênh 13-2 Điều giải thích kênh 7-1 độ phản ứng lớn kênh 13-2 thời gian tăng công suất ngắn tức sau 3.4 giây lò phản ứng bị dập, kênh 13-2 sau 8.5 giây bị dập lị khoảng thời gian tăng nhiệt độ kênh 13-2 lớn IV KẾT LUẬN -8- Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân cán trẻ lần thứ V, Hà Nội, 03 - 04/10/2018 Trong nghiên cứu này, xác định độ phản ứng đưa vào vùng hoạt theo thời gian kênh chiếu mẫu đứng khô kênh 7-1 kênh 13-2 bị nước chiếm khơng khí Với kết xác định thay đổi cơng suất lị nhiệt độ bề mặt nhiên liệu xẩy cố thủng kênh Kết hai kênh đưa vào độ phản ứng dương nước chiếm chỗ khơng khí cho thấy nước hai kênh đóng vai trị làm chậm nơtron hấp thụ nơtron, điều ngược lại so với diện nước bẫy vùng hoạt Các kết có ý nghĩa quan trọng vận hành an tồn lị phản ứng để thực mục đích tính tốn chuyển đổi vùng hoạt lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt sau TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Viện Nghiên cứu hạt nhân, Quy phạm vận hành lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Tháng 3, 2014 [2].Viện nghiên cứu hạt nhân, Báo cáo phân tích an tồn sử dụng cho lò phản ứng hạt nhân Đà lạt, 2012 [3] The general manual is “MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5”, April , 2003 [4] EUREKA-2/RR : A Computer Code for the Reactivity Accident Analyses in Research Reactors, Private Communication -9- ... Viện Nghiên cứu hạt nhân, Quy phạm vận hành lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Tháng 3, 2014 [2].Viện nghiên cứu hạt nhân, Báo cáo phân tích an tồn sử dụng cho lò phản ứng hạt nhân Đà lạt, 2012 [3] The... thủng kênh chiếu mẫu với đường kính lỗ thủng mm Và với cấu hình vùng hoạt lị phản ứng Đà Lạt đưa vào vùng hoạt độ phản ứng dương, với độ phản ứng dương đưa vào cơng suất lò phản ứng nhiệt độ nhiên... phản ứng thay đổi theo thời gian kênh 13-2 nước chiếm chỗ không khí Hình Sự thay đổi cơng suất kênh 7-1 13-2 nước chiếm chỗ khơng khí Hình thể rằng, lò phản ứng hoạt động với công suất danh định