Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của mình.Hà Nội, tháng 04 năm 2018 Học viên Trang 4 Lời cảm ơnLuận văn này là kết quả của quá trình học tập tại Trường Đại học Bách
PHÙNG KHẮC TOÀN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHÙNG KHẮC TOÀN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT HẠT NHÂN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH FRAPTRAN1.5 ĐÁNH GIÁ AN TOÀN THANH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN TRONG TRẠNG THÁI CHUYỂN TIẾP LÒ PHẢN ỨNG AES-2006 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật hạt nhân KHOÁ 2015B Hà Nội – Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113839671000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHÙNG KHẮC TỒN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH FRAPTRAN1.5 ĐÁNH GIÁ AN TOÀN THANH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN TRONG TRẠNG THÁI CHUYỂN TIẾP LÒ PHẢN ỨNG AES-2006 Chuyên ngành: Kỹ thuật hạt nhân LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HẠT NHÂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN TUẤN KHẢI Hà Nội – Năm 2018 Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình khoa học chưa cá nhân tổ chức công bố Tất số liệu luận văn trung thực, khách quan có nguồn gốc rõ ràng Các kết nghiên cứu luận văn tự tìm hiểu, phân tích đánh giá cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết phân tích chưa công bố nghiên cứu khác Tơi xin chịu trách nhiệm cơng trình nghiên cứu Hà Nội, tháng 04 năm 2018 Học viên Phùng Khắc Toàn Lời cảm ơn Luận văn kết trình học tập Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trình tham gia nghiên cứu, thực Đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu ảnh hưởng trình vận hành đến tính chất nhiên liệu vỏ nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000“ Cục NLNT chủ trì thời gian đào tạo hướng dẫn TS Jinzhao Zhang quan kỹ thuật lượng điện TRACTEBEL (GDF SUEZ - Vương quốc Bỉ) Với tình cảm chân thành, em xin bày tỏ lịng biết ơn đến quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy lớp cao học khóa 2015B, chuyên ngành Kỹ thuật hạt nhân, thầy cô Viện Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Lãnh đạo Viện Kỹ thuật hạt nhân Vật lý môi trường – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Lãnh đạo Cục Năng lượng nguyên tử tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trình học tập hoàn thành luận văn Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Tuấn Khải định hướng truyền đạt kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm vô quý báu nghiên cứu khoa học giúp em thực hoàn thành luận văn Các kết dựa luận văn em đồng nghiệp Trung tâm Thông tin Tư vấn hạt nhân, Cục Năng lượng nguyên tử viết thành báo: “Using FRAPTRAN1.5 code for safety evaluation of TVS-2006 fuel rod under transient conditions of VVER-AES2006 reactor” tạp chí Nuclear Science and Technology chấp nhận đăng số 3, Vol năm 2015 Mặc dù thân cố gắng chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp bổ sung q thầy bạn Hà Nội, tháng 04 năm 2018 Học viên Phùng Khắc Toàn MỤC LỤC DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ CỐ RIA TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐẾN THANH NHIÊN LIỆU 17 1.1 Sự cố RIA lò phản ứng hạt nhân 17 1.2 Tác động cố RIA lên nhiên liệu thông qua PCMI 19 1.3 Những kết thử nghiệm cố RIA giới 24 CHƯƠNG 2: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIÊN LIỆU FRAPTRAN1.5 31 2.1 Tổng quan chương trình FRAPTRAN 1.5 31 2.1.1 Mục đích phạm vi tính tốn chương trình FRAPTRAN1.5 31 2.1.2 Thơng tin input output 32 2.2 Các mơ hình tính tốn chương trình FRAPTRAN1.5 33 2.2.1 Xây dựng mơ hình nhiên liệu 33 2.2.2 Mơ hình tính tốn thủy nhiệt 34 2.2.3 Mơ hình tính tốn học vật lý 41 2.3 Bài tốn benchmark sử dụng chương trình FRAPTRAN 1.5 tính tốn an tồn cố RIA 53 2.3.1 Dữ liệu ban đầu toán 54 2.3.2 Các kết tính tốn 54 CHƯƠNG PHÂN TÍCH AN TỒN THANH NHIÊN LIỆU LỊ PHẢN ỨNG VVER-AES2006 TRONG SỰ CỐ RIA 58 3.1 Đặc điểm thiết kế nhiên liệu lò phản ứng VVER-AES2006 58 3.2 Phương pháp phân tích mơ hình hóa 61 3.2.1 Phương pháp phân tích 61 3.2.2 Mơ hình hóa nhiên liệu lò phản ứng VVER-AES2006 61 3.3 Tính tốn an tồn nhiên liệu lị phản ứng VVER-AES2006 cố RIA 63 3.3.1 Các điều kiện ban đầu tính tốn an tồn nhiên liệu hạt nhân lò phản ứng VVER-AES-2006 63 3.3.2 Diễn biến cố RIA 65 3.3.3 Điều kiện biên áp dụng cố 66 3.3.4 Tiêu chí an toàn cố RIA 70 3.3.5 Kết tính tốn 70 3.3.6 Kết luận 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 86 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt BWR Tiếng Anh Tiếng Việt Boiling Water Reactor Lò phản ứng hạt nhân nước sơi BTNLHN Bó nhiên liệu hạt nhân BTDK Bó điều khiển CHF Critical Heat Flux Thông lượng nhiệt tới hạn DNB Departure from Nuclear Boiling Dời khỏi sôi nhân IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế LOCA Loss of Coolant Accident Tai nạn/sự cố chất tải nhiệt LWR Light Water Reactor Lò phản ứng hạt nhân nước nhẹ LPUHN FGR Lò phản ứng hạt nhân Fission Gas Release Phát tán khí phân hạch NO Normal Operation Vận hành bình thường PCI Pellet Cladding Interaction Tương tác viên gốm - vỏ bọc PCMI Pellet Cladding Mechanical Interaction Tương tác học viên gốm-vỏ bọc PWR Pressurized Water Reactor Lò phản ứng hạt nhân nước áp lực RIA Reactivity Initiated Accident Tai nạn/sự cố khởi phát độ phản ứng SCC Stress Corrosion Cracking Rạn nứt ăn mòn ứng suất US NRC United State Nuclear Regulatory Commission Ủy ban Pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ VVER (WWER) Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor/WaterCooled Water-Moderated Energy Reactor Lò phản ứng hạt nhân nước áp lực kiểu Nga DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Các thí nghiệm nhiên liệu LWR trước bị chiếu xạ 25 Bảng Lựa chọn chế độ truyền nhiệt mối quan hệ thành phần 38 Bảng 2 Kết dự đoán biến dạng nhiên liệu UO2 MOX lò phản ứng CABRI NSRR 55 Bảng Kết dự đoán biến dạng nhiên liệu UO2 lò phản ứng CABRI NSRR 56 Bảng Các thơng số thiết kế nhiên liệu lị phản ứng VVER-AES2006 58 Bảng Dữ liệu phân bố công suất dọc trục tương đối nhiên liệu .63 Bảng 3 Chuỗi biến cố diễn .66 Bảng Điều kiện biên 66 Bảng So sánh kết FRAPTRAN kết cua PSAR .80 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Quá trình học phá hủy nhiên liệu lớp vỏ xảy RIA 20 Hình Tác động khí phân hạch từ viên nhiên liệu lên lớp vỏ 22 Hình Tác động hydrua hóa PCMI lên lớp vỏ nhiên liệu 23 Hình Nứt nẻ PCMI hydrua hóa xuất đầu trinh chuyển tiếp, nhiệt độ lớp vỏ thấp 23 Hình Quá trình gây nứt lớp vỏ nhiên liệu PCMI 24 Hình Viên nhiên liệu bị vỡ vụn quan sát CABRI 27 Hình Hình dạng nứt gãy thử nghiệm REP-Na1 tượng PCMI 28 Hình Hình dạng nứt gãy thử nghiệm HBO-1 tượng PCM 28 Hình Hình dạng nứt gãy thử nghiệm 804-1 PBF tượng PCMI .29 Hình 10 Kết nứt gãy lớp vỏ thử nghiệm 803-1 (0 GWd/tU) 29 Hình 11 Biến đổi trạng thái lớp oxi hóa 29 Hình 12 Hiện tượng tụ hợp kim hydrua lớp vỏ hợp kim zircaloy 30 Hình 13 Những kết thử nghiệm thực từ năm 1965 đến năm 2000 Hoa Kỳ, Nhật Bản Pháp .30 Hình 1.Ví dụ mơ hình nhiên liệu “nốt hóa” 34 Hình 2 Giản đồ mơ hình nhiệt độ nhiên liệu lớp vỏ nhiên liệu .35 Hình Mối liên hệ thông lượng nhiệt bề mặt nhiệt độ bề mặt .38 Hình Mơ tả mơ hình BALON2 47 Hình Ứng lực Hoop vị trí nổ vỡ xác định mơ hình BALON2 48 Hình Kết dự đoán biến dạng nhiên liệu UO2 MOX lò phản ứng CABRI NSRR 55 Hình Kết dự đốn biến dạng nhiên liệu UO2 lò phản ứng CABRI NSRR 56 Hình Thanh nhiên liệu hạt nhân TVS-2006 60 Hình Mơ hình nốt hóa nhiên liệu dọc trục 62 Hình 3 Vị trí bó nhiên liệu hạt nhân vùng hoạt chu kỳ thứ 64 Hình Vị trí bó nhiên liệu hạt nhân vùng hoạt chu kỳ cân 64 Hình Số bó nhiên liệu vùng hoạt, vị trí bó kênh nóng 65 Hình Cơng suất vùng hoạt 67 Hình Áp suất vùng hoạt 68 Hình Tốc độ dịng làm mát lối vào kênh nóng 68 Hình Nhiệt độ chất làm mát vùng hoạt 69 Hình 10 Enthalpy nhiên liệu 69 Hình 11 Độ giãn dài nhiên liệu 72 Hình 12 Độ giãn dài theo trục nhiên liệu 73 Hình 13 Ứng suất tác dụng lên lớp vỏ nhiên liệu .73 Hình 14 Nhiệt độ bề mặt nhiên liệu .74 Hình 15 Nhiệt độ bề mặt dọc trục nhiên liệu .75 Hình 16 Nhiệt độ dọc trục tâm nhiên liệu 75 Hình 17 Nhiệt độ tâm nhiên liệu 76 Hình 18 Nhiệt độ tâm nhiên liệu theo hồ sơ PSARs 76 Hình 19 Nhiệt trung bình dọc trục lớp vỏ nhiên liệu 77 Hình 20 Nhiệt độ mặt ngồi nhiên liệu 78 Hình 21 Enthalpy dọc trục nhiên liệu 79 Hình 22 Enthalpy dọc trục nhiên liệu 79 Hình 23 Enthalpy nhiên liệu từ hồ hơ PSARs .80 10