THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG TƠI KIM TIẾN HĨA TRONG THIẾT KẾ VÙNG HOẠT LÒ PHẢN ỨNG NHỎ 200MWt Trong nghiên cứu này, phương pháp mô kim tiến hóa (ESA) áp dụng để thiết kế vùng hoạt lò phản ứng nhỏ 200 MWt Thiết kế vùng hoạt dựa thơng số lị phản ứng ACPR50S, loại lò triển khai nhà máy điện hạt nhân Trung Quốc Vùng hoạt bao gồm 37 bó nhiên liệu loại 17x17 sử dụng lò phản ứng PWR với ba loại độ làm giàu U-235 khác 4,45; 3,40 2,35 % khối lượng Cấu hình nạp tải vùng hoạt (LP) tối ưu hóa để có độ dài chu kỳ 900 ngày hoạt động với 100% cơng suất, đồng thời có độ giàu trung bình nhiên liệu nạp tải nhỏ hệ số đỉnh cơng suất thỏa mãn tiêu chuẩn an tồn Q trình tối ưu hóa thực cách kết hợp phương pháp ESA với mô-đun COREBN chương trình SRAC2006 MỞ ĐẦU hết phương pháp dựa mô hệ thống tự nhiên mô kim (SA) Trong năm gần đây, quan tâm đến [3], [4], thuật toán gen di truyền (GA) [3] , [5], lị phản ứng mơ-đun nhỏ (SMR) ngày gia phương pháp tiến hóa [6], phương pháp tối ưu tăng tính linh hoạt việc phát điện cho hóa bầy hạt (PSO) [7], tiến hóa vi phân [8], v.v người dùng, địa điểm xây dựng ứng dụng Mặc dù có nhiều cố gắng rộng Chúng cho thấy hiệu suất an toàn nhiệm vụ phức tạp đa mục tiêu [9] nâng cao thông qua hệ thống an tồn thụ động cơng nghệ cập nhật [1] Hiện có Trong nghiên cứu tại, phương pháp mô 70 mẫu thiết kế SMR phát triển tơi kim tiến hóa (ESA) áp dụng giới [2] Do tính linh hoạt tính để thiết kế vùng hoạt lị phản ứng nhỏ 200 MWt an tồn SMR, nghiên cứu công nghệ Phương pháp ESA phát triển để cải thiện SA cần thiết cho chiến lược phát triển ban đầu cách sử dụng toán tử chéo lượng Việt Nam Một nhiệm vụ đột biến để tạo giải pháp thử nghiệm mới, nghiên cứu SMR thiết kế thay trao đổi nhị phân bậc ba SA vùng hoạt lị phản ứng mơ hình nạp tải ban đầu [10] Tốn tử chéo đột biến tương tự sử dụng GA Vùng hoạt lị phản Tối ưu hóa q trình nạp nhiên liệu ứng thiết kế dựa lò phản ứng ACPR50S nhiệm vụ quan trọng thiết kế vùng tham chiếu triển khai nhà máy điện hoạt lò phản ứng hạt nhân, thực sau hạt nhân (FNPP) sử dụng bó nhiên liệu chu kỳ lò phản ứng hạt nhân Vấn đề nhiên liệu PWR điển hình [2], [11], [12] Thiết tối ưu hóa cấu hình nạp tải nhiên liệu (LP) kế vùng hoạt nhắm mục tiêu để đạt nhận quan tâm từ đầu công độ dài chu kỳ khoảng 900 ngày vận hành 100% nghệ lò phản ứng hạt nhân với việc áp dụng công suất (EFPDs) tương tự ACPR50S tham nhiều phương pháp tối ưu hóa khác Hầu chiếu, đồng thời có độ giàu U-235 trung bình Số 67 - Tháng 6/2021 29 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN nhỏ hệ số đỉnh cơng suất nhỏ giới hạn cho phép Các tính tốn vật lý cho vùng hoạt thực cách sử dụng mơ-đun COREBN hệ chương trình SRAC2006 Phương pháp ESA kết hợp với mô-đun COREBN để thực q trình tối ưu hóa LÝ THUYẾT TÌM KIẾM CẤU HÌNH NẠP TẢI TỐI ƯU (4) Một LP thử nghiệm tạo từ hai LP sở sử dụng toán tử trao đổi chéo đột biến (5) Nhiệt độ T(n) giảm xuống: T(n+1) = αT(n), α < 1, sau số LP thử nghiệm tính tốn với T khơng đổi, gọi độ dài Malkov (6) Các tiêu chí hội tụ kiểm tra ngừng tìm kiếm tiêu chí hội tụ đáp ứng Nếu khơng, bước (2) lặp lại 2.1 Phương pháp ESA Trong phương pháp ESA, hai LP sở gọi bố, mẹ LP thử nghiệm Sự trao Phương pháp mô kim (SA) sớm đổi chéo thực cách trao đổi hai áp dụng cho tốn tối ưu hóa LP nhiên bó nhiên liệu bó nhiên liệu bố, mẹ liệu [3] Phương pháp SA có khả khỏi minh họa Hình Sau đó, LP thử cực trị địa phương đưa vào xác suất chấp nghiệm tạo từ hệ cách nhận nghiệm Tuy nhiên, hội áp dụng toán tử đột biến với xác suất 0,5 tụ chậm nên số lượng LP tính tốn thường lớn Trong nghiên cứu trước đây, phương pháp ESA phát triển để cải thiện SA ban đầu cách sử dụng chéo đột biến để tạo giải pháp thử nghiệm Ưu điểm ESA so với SA ASA kiểm tra [10] Quy trình ESA mô tả sau: (1) Bắt đầu với LP thử nghiệm ban đầu (2) Tính tốn đặc trưng vật lý LP thử nghiệm thực hàm mục tiêu đánh giá Hình Tốn tử trao đổi chéo sử dụng phương pháp ESA • Giá trị hàm mục tiêu LP thử nghiệm nhỏ so với hàm mục tiêu LP sở, LP sở cập nhật xác suất: ρ = exp(δC/T(n)) Trong trường hợp này, δC khác biệt hàm mục tiêu LP sở LP thử nghiệm; T nhiệt độ tìm kiếm Hai LP sở cập nhật cách thay LP sở LP thử nghiệm bước (3) Do đó, LP tốt ln chọn hai LP sở Vì LP có nhiều đặc điểm mẹ bố, nên việc lựa chọn mẹ từ hai LP sở có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất ESA Do đó, để tăng tính đa dạng Quá trình đột biến thực theo hai bước (3) So sánh hàm mục tiêu LP thử nghiệm với Đầu tiên, hai ba bó nhiên liệu LP hàm mục tiêu LP sở Các LP sở chọn trao đổi ngẫu nhiên để tạo cập nhật nếu: LP thử nghiệm Thứ hai, bó nhiên liệu • Giá trị hàm mục tiêu LP thử nghiệm lớn LP chọn ngẫu nhiên thay giá trị hàm mục tiêu LP bó nhiên liệu ngẫu nhiên có độ giàu U-235 khác với xác suất 0,5 sở 30 Số 67 - Tháng 6/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN q trình tìm kiếm, LP sở chọn tiên Trung Quốc mẹ Tiêu chí hội tụ đặt để dừng vịng lặp tính tốn LP sở không thay đổi sau 100 LP thử nghiệm LP tốt không thay đổi sau 1000 LP thử nghiệm 2.2 Hàm mục tiêu Một hàm mục tiêu sử dụng để thiết kế vùng hoạt nhằm đạt độ dài chu kỳ khoảng 900 EFPD, tương tự độ dài chu kỳ lò phản ứng ACPR50 tham chiếu; độ giàu U-235 trung bình nhỏ hệ số đỉnh công suất nhỏ giới hạn Dạng hàm mục tiêu sau: (1) (2) đó, C độ dài chu kỳ; E độ giàu trung bình bó nhiên liệu nạp tải, Ei độ giàu nhiên liệu loại i ni số lượng bó nhiên liệu nạp loại i; PPF hệ số đỉnh công suất theo phương ngang C0 = 900 ngày (EFPDs), P0 = 1,5 chọn làm số wc = 0,00333, we = 0,1 wp = 10 hệ số trọng số Độ dài chu kỳ xác định keff giảm đến giá trị LP tốt tương ứng với giá trị Hàm mục tiêu lớn Hình Cấu hình vùng hoạt (a) bó nhiên liệu PWR 17x17 điển hình (b) Bảng Các thơng số vùng hoạt lị phản ứng mơ-đun nhỏ dựa lị phản ứng ACPR50 [2], [11] 2.3 Mơ tả vùng hoạt Vùng hoạt thiết kế dựa bó nhiên liệu PWR điển hình tương tự vùng hoạt ACPR50 Hình Vùng hoạt bao gồm 37 bó nhiên liệu có dạng hình học đối xứng 1/4 Các bó nhiên liệu loại PWR điển hình, với mạng 17x17, chứa 264 thanh, 24 ống dẫn hướng ống thiết bị Ba loại bó nhiên liệu nhiên liệu tương ứng với độ giàu U-235 tương ứng 4,45; 3,40 2,35%, xem xét để nạp vào vùng hoạt Các thông số thiết kế vùng hoạt cho Hình Bảng [11], [12], [13] Các thông số thiết kế tương tự thiết kế lò phản ứng ACPR50S FNPP đầu Các tính tốn vật lý vùng hoạt tính tốn cháy thực dựa mơ hình 2D tồn vùng hoạt cách sử dụng mơ-đun COREBN hệ chương trình SRAC2006 thư viện liệu JENDL-3.3 Vùng hoạt phản xạ nước Số 67 - Tháng 6/2021 31 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN Hình Tiết diện vĩ mơ tám nhóm cho bó nhiên liệu tạo cách sử dụng mô-đun PIJ chương trình SRAC2006 Các tính tốn COREBN thực để thu hệ số nhân hiệu dụng (keff ) phân bố cơng suất q trình cháy Sau đó, độ dài chu kỳ (C) PPF lớn xác định Hình mơ tả LP vùng hoạt tối ưu lò phản ứng nhỏ 200 MWt chọn từ mười lần chạy độc lập q trình tối ưu hóa Phân bố cơng suất theo phương ngang đầu chu kỳ cho thấy PPF 1,377 xuất gần tâm vùng hoạt bó nhiên liệu với độ giàu 3,40% Hình mơ tả thay đổi keff PPF trình cháy vùng hoạt Có thể thấy PPF giảm dần trình cháy keff giảm vào khoảng 900 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ ngày CỦA CẤU HÌNH NẠP TẢI FNPP Một số tham số LP tối ưu tính 3.1 Thiết kế vùng hoạt tối ưu hóa tốn tóm tắt Bảng Có thể thấy Trong q trình tối ưu hóa sử dụng phương pháp hai tham số vùng hoạt bao gồm PPF EFESA, thông số điều khiển khảo sát PDs đáp ứng yêu cầu lò phản ứng ACPR50S lựa chọn bao gồm nhiệt độ ban đầu: T = 15,0; α PPF