Bài viết Phân tích thủy nhiệt cho lò phản ứng nghiên cứu công suất cao và đa mục tiêu sử dụng nhiên liệu MTR tiến hành tính toán thủy nhiệt và phân tích an toàn cho Lò phản ứng nghiên cứu JRR3M, sử dụng nhiên liệu MTR, bằng các chương trình tính toán trên. Sau đó so sánh kết quả nhận được với kết quả tính bằng COOLOD và EUREKA đã được công bố.
PHÂN TÍCH THỦY NHIỆT CHO LỊ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU CÔNG SUẤT CAO VÀ ĐA MỤC TIÊU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU MTR HỒ NGUYỄN THÀNH VINH, VÕ ĐOÀN HẢI ĐĂNG, HUỲNH TÔN NGHIÊM, LÊ VĨNH VINH, NGUYỄN KIÊN CƯỜNG, NGUYỄN MINH TUÂN Trung tâm Lò phản ứng, Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, VINATOM 01 Nguyên Tử Lực, Đà Lạt, Lâm Đồng E-mail: vinhhnt.re@dnri.vn Tóm tắt Các chương trình tính tốn PLTEMP PARET lựa chọn để tính thơng số thủy nhiệt phân tích an tồn thời điểm khởi động lị phản ứng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu MTR với công suất vận hành MW Nhiệm vụ nghiên cứu đảm bảo xác vấn đề tính tốn sử dụng chương trình tính tốn cách so sánh kết với chương trình COOLOD EUREKA dựa liệu lị phản ứng JRR-3M (JAEA) Các thơng số thủy nhiệt tính lị phản ứng vận hành bình thường trạng thái ổn định với chế độ đối lưu tự nhiên cưỡng bức, trạng thái chuyển tiếp đưa vào độ phản ứng dương rút khơng kiểm sốt điều khiển Bên cạnh đó, kết nhận có ích việc đánh giá an tồn cho cấu hình vùng hoạt đề nghị sử dụng nhiên liệu MTR Nó dùng để so sánh với vùng hoạt sử dụng nhiên liệu VVR-KN IRT-4M Từ khóa: PLTEMP, PARET, thủy nhiệt, MTR, trạng thái ổn định, RIA, COOLOD, EUREKA I GIỚI THIỆU Nhiên liệu MTR số loại nhiên liệu đề nghị sử dụng cho Lò phản ứng nghiên cứu mới, thuộc dự án Trung tâm Khoa học Công nghệ hạt nhân (CNEST) Bên cạnh đó, đề tài cấp quốc gia nhằm tính tốn thơng số neutronic, thủy nhiệt phân tích an tồn cho Lị phản ứngnghiên cứu triển khai PLTEMP PARET lựa chọn để tính tốn thơng số thủy nhiệt phân tích an tồn cho Lị phản ứng nghiên cứu mới.Để đảm bảo độ tin cậy kết nhận từ chương trình tính tốn này, cần phải đánh giá lại chúng thơng qua liệu tính tốn cơng bố trước Cụ thể, nghiên cứu tiến hành tính tốn thủy nhiệt phân tích an tồn cho Lị phản ứng nghiên cứu JRR3M, sử dụng nhiên liệu MTR, chương trình tính tốn Sau so sánh kết nhận với kết tính COOLOD EUREKA cơng bố II SƠ LƢỢC VỀ LỊ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU JRR-3M, NHIÊN LIỆU MTR VÀ CÁC CÔNG CỤ TÍNH TỐN II.1 Lị phản ứng nghiên cứu JRR-3M nhiên liệu loại MTR Lò phản ứng JRR-3 xem lò phản ứng nội địa Nhật Bản Nó đạt tới hạn lần đầu vào năm 1963 JRR-3 sử dụng cho mục đích sản xuất đồng vị phóng xạ năm 1985 Trong năm 1988, lò phản ứng JRR-3 nâng cấp thành JRR-3M đạt tới hạn vào tháng năm 1990 [1] JRR-3M lị phản ứng dạng bể bơi, có vành phản xạ beryllium nước nặng, làm mát nước nhẹ, sử dụng nhiên liệu MTR độ giàu thấp (~20%) có cơng suất lớn 20MW Vùng hoạt JRR-3M chứa 26 bó nhiên liệu chuẩn, bó nhiên liệu chứa điều khiển, vành phản xạ beryllium bể nước nặng thiết lập quanh vùng hoạt(Hình 1) c Hình Sơ đồ lị phản ứng JRR-3M vùng hoạt [1] Nhiên liệu loại MTR sử dụng cho lò phản ứng số có cấu tạo Hình thơng số kỹ thuật Bảng Hình Cấu tạo bó nhiên liệu chuẩn loại MTR [2] Bảng Các thơng số kỹ thuật bó nhiên liệu loại MTR [2] Độ giàu nhiên liệu Số tầm nhiên liệu Kích thước Vật liệu vỏ bọc Độ dày vỏ bọc Vật liệu nhiên liệu Độ dày nhiên liệu Độ cháy trung bình Đơ cháy lớn 20% 21 1.512 x 71.0 x 770.0 Hợp kim Al 0.38 U3O8ALX & U3Si2AlX 0.51 30% 60% II.2 Các chƣơng trính tính tốn COOLOD chương trình phân tích thủy nhiệt cho lị phản ứng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu dạng phát Viện nghiên cứu lượng nguyên tử Nhật Bản (JAERI) Đặc biệt COOLOD dùng để phân tích cho lị phản ứng sử dụng đối lưu tự nhiên COOLOD sử dụng để phân tích thủy nhiệt cho lị phản ứng JRR-3M Nhật Bản, RSG-GAS Indonesia MEX-15 Mexico [3] PLTEMP chương trình tính tốn thủy nhiệt cho hình học dạng phẳng cong Sau phát triển để dùng cho nhiên liệu dạng ống đồng trục (như nhiên liệu Nga) Nó có khả phân tích thủy nhiệt cho dịng chảy đối lưu tự nhiên Vì sử dụng để phân tích cho lị phản ứng nghiên cứu Đà Lạt chương trình chuyển đổi vùng hoạt sang nhiên liệu độ giàu thấp [4] EUREKA chương trình tính tốn dùng cho phân tích cố độ phản lị phản ứng nghiên cứu Nó sử dụng để phân tích hành vi chuyển tiếp thủy nhiệt neutronic Eureka có khả phân tích phản hồi chóng lại thay đổi độ phản ứng vùng hoạt lò phản ứng gây việc rút điều khiển, thay đổi lưu lượng chất làm nguội hay thay đổi nhiệt độ chất làm nguội [5] PARET chương trình phân tích thủy nhiệt giai đoạn chuyển tiếp cho lò phản ứng nghiên cứu sử dụng loại nhiên liệu dạng ống đồng trục [6] III TÍNH TỐN THỦY NHIỆT CHO LỊ PHẢN ỨNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU MTR III.1 Mơ tả tốn Nghiên cứu sử dụng Coolod Pltemp để tính thơng số thủy nhiệt cho lị phản ứng JRR-3M Việc tính tốn thực hai trường hợp: - Lị hoạt động cơng suất 20MW với chế độ đối lưu cưỡng (tốc độ dòng làm mát 2400m3/h) Lò hoạt động với chế độ đối lưu tự nhiên cơng suất 0.28MW Các chương trình Eureka Paret sử dụng để tính tốn cho trường hợp tai nạn độ phản ứng Cụ thể rút khơng kiểm sốt điều khiển khỏi vùng hoạt lị hoạt động với cơng suất 20MW Tốc độ đưa độ phản ứng đưa vào 0.113 $/s Bảng mô tả số liệu ban đầu, kết hợp thơng số kích thước bó nhiên liệu để đưa vào tập tin input chương trình Bảng Số liệu đầu vào[2, 7] Nước thường Hướng xuống 50.03 6030 338.4 176.01 2700 998.56 35 0.152 20 Chất làm mát Hướng chảy dòng làm mát Độ dẫn nhiệt nhiên liệu (W/mK) Mật độ nhiên liệu (kg/m3) Nhiệt dung riêng nhiên liệu (J/kgK) Độ dẫn nhiệt vỏ bọc (W/mK) Mật độ vỏ bọc (kg/m3) Nhiệt dung riêng vỏ bọc (J/kgK) Nhiệt độ nước lối vào (0C) Áp suất vận hành (MPa) Công suất nhiệt tồn vùng hoạt (MW) III.2 Kết tính toán 120 100 Nhiệt độ bề mặt vỏ bọc Nhiệt độ (0C) 80 60 40 Nhiệt độ nước làm mát 20 Tính bầng Coolod Tính Pltemp 0 100 200 300 400 500 Khoảng cách từ lối vào BNL (mm) Hình 3.Kết tính tốn cho chế độ đối lưu cưỡng 600 700 140 120 Nhiệt độ bề mặt vỏ bọc Nhiệt độ (0C) 100 80 Nhiệt độ nước làm mát 60 40 20 Tính Coolod Tính Pltemp 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Khoảng cách từ lối vào BNL (mm) Hình Kết tính tốn cho chế độ đối lưu tự nhiên 0.5 100 Độ phản ứng đưa vào -1 Cơng suất -1.5 10 -2 -2.5 -3 Tính Paret Tính Eureka -3.5 -4 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 Thời gian (s) Hình So sánh công suất độ phản ứng đưa vào vùng hoạt tính Eureka va Paret 1.80 2.00 Công suất (MW) Độ phản ứng ($) -0.5 120 100 100 Nhiệt độ bề mặt vỏ bọc Công suất 60 10 Nhiệt độ chất làm nguội Công suất (MW) Nhiệt độ (0C) 80 40 20 Tính Eureka Tính Paret 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 Thời gian (s) Hình Nhiệt độ chất làm nguội bể mặt vỏ bọc IV KẾT LUẬN Kết tính tồn nhận Hình 3, Hình 4, Hình Hình cho thấy hai chương trình PLTEMP PARET hồn tồn sử dụng để tính tồn thơng số thủy nhiệt phan tích an tồn cho loại bó nhiên liệu MTR sử dụng cho lò nghiên cứu Sự sai khác nhỏ chương trình so sánh với việc sử dụng hệ thức truyển nhiệt, số thủy nhiệt, công thức tính tốn thư viện riêng chương trình Các kết tính tốn hồn tồn sủ dụng để so sánh với kết tính tốn tính tốn cho bó nhiên liệu khác (VVR-KN, IRT-4M) nhằm lựa chọn loại nhiên liệu đáp ứng tốt yêu cầu vấn đề an toàn cho lò phản ứng nghiên cứu V TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Masahiro YAGI, Shigeru WADA, Yoji MURAYAMA and Mitsuo TAKEUCHI, “Characteristic Tests of Silicide Fuel Core in JRR-3M”, “2000 International Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors”, Las Vegas, Nevada, October 1-6, 2000 [2] Daxin Gong, Shanfang Huang, Guanbo Wang, and Kan Wang, “Heat Transfer Calculation on PlateType Fuel Assembly of High Flux Research Reactor”, Science and Technology of Nuclear Installations, Volume 2015, Article ID 198654, 13 pages, 2015 [3] Masanori KAMINAGA, “COOLOD-N2: A Computer Code, For The Analyses Of Steady-State Thermal-HydraulicsIn Research Reactors”, 2008 [4] Arne P Olson, M Kalimullah, “A users guide to the PLTEMP/ANL V3.8 Code”, ANL/RERTR, Argonne National Laboratory, June, 2009 [5] Masanori KAMINAGA, “EUREKA-2/RR: A Computer Code For TheReactivity Accident AnalysesIn Research Reactors”, 2009 [6] A.P Olson, “A Users Guide to the PARET/ANL Code”, 2012 [7] Masanori KAMINAGA, “Eureka-2/Rr Input Data For Jrr-3m Reactivity Initiated Events Analysis”, 2009 ... trình phân tích thủy nhiệt cho lị phản ứng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu dạng phát Viện nghiên cứu lượng nguyên tử Nhật Bản (JAERI) Đặc biệt COOLOD dùng để phân tích cho lò phản ứng sử dụng đối... trình phân tích thủy nhiệt giai đoạn chuyển tiếp cho lò phản ứng nghiên cứu sử dụng loại nhiên liệu dạng ống đồng trục [6] III TÍNH TỐN THỦY NHIỆT CHO LỊ PHẢN ỨNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU MTR III.1... triển để dùng cho nhiên liệu dạng ống đồng trục (như nhiên liệu Nga) Nó có khả phân tích thủy nhiệt cho dịng chảy đối lưu tự nhiên Vì sử dụng để phân tích cho lị phản ứng nghiên cứu Đà Lạt chương