Tính toán và đánh giá á thông số vật lý ủa lò phản ứng hạt nhân ap 1000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẶNG CƠNG KHANH TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THƠNG SỐ VẬT LÝ CỦA LỊ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN AP-1000 NGÀNH: KỸ THUẬT HẠT NHÂN MÃ SỐ: KTHN11B-06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN KIM TUẤN HÀ NỘI - 2013 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131858701000000 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, giảng dạy tận tình thầy Ở bổ sung kiến thức giúp trưởng thành học tập nghiên cứu khoa học Cho gửi lời biết ơn đến tất thầy cô giảng dạy suốt thời gian học trường Đầu tiên, xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn Viện trưởng Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường – TS Trần Kim Tuấn định hình cho tơi lựa chọn đề tài tận tình hướng dẫn tơi suốt thời gian thực luận văn Kế đến, muốn gửi lời cảm ơn đến ThS Trần Thùy Dương bạn Nguyễn Ngọc Hưng có ý kiến đóng góp q báu nhiệt tình suốt q trình thực luận văn Tơi chân thành cảm ơn tập thể giảng viên, cán Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường cung cấp cho tài liệu quan trọng giúp tơi hồn thành luận văn Xin phép gửi lời cảm ơn đến thầy Hội đồng đọc, nhận xét giúp tơi hồn chỉnh luận văn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè ln ủng hộ, động viên giúp đỡ tơi suốt khóa học LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn thạc sỹ khoa học: “ Tính tốn đánh giá thơng số vật lý lị phản ứng hạt nhân AP-1000” hồn thành Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Đặng Công Khanh MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG I : TRẠNG THÁI TỚI HẠN CHO LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 13 1.1 Trạng thái tới hạn lò phản ứng 13 1.2 Phương trình thơng lượng nơtrơn lị phản ứng hạt nhân 15 CHƯƠNG II : CHƯƠNG TRÌNH MCNP 5.0 ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TỐN TỚI HẠN 16 2.1 Cơ sở vật lý áp dụng chương trình MCNP để tính tốn hệ số tới hạn lò 17 2.2 Các lệnh quan trọng MCNP 5.0 sử dụng q trình mơ tới hạn lò phản ứng hạt nhân 20 2.3 Các câu lệnh MCNP cần thiết cho tính tốn tới hạn, phân bố thơng lượng, phân bố cơng suất lị phản ứng hạt nhân 24 2.4 Đánh giá sai số phương pháp Monte- Carlo MCNP 27 CHƯƠNG III : CẤU TRÚC VÙNG HOẠT LÒ PHẢN ỨNG AP-1000 VÀ CÁC BÀI TỐN MƠ PHỎNG 30 3.1 Cấu trúc vùng hoạt lò AP-1000 30 3.1.1 Giới thiệu lò AP-1000 30 3.1.2 Hình dạng, cấu trúc thành phần vùng hoạt lò AP-1000 31 3.1.3 Các thơng số vật lý mơ lị AP-1000 45 3.2 Các tốn mơ để đưa kết tính tốn cho lị AP-1000 52 3.2.1 Bài tốn 56 3.2.2 Bài toán 57 3.3.3 Bài toán 61 CHƯƠNG VI : KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, ĐÁNH GIÁ VÀ THẢO LUẬN 64 4.1 Bài toán 64 4.2 Bài toán 71 4.3 Bài toán 78 CHƯƠNG V : KẾT LUẬN 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC 106 Phụ lục : Chương trình tính tốn keff cho nhiên liệu 106 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu Bm Buckling vật liệu Bg Buckling hình học D Hệ số khuếch tán E Hạt Electron f Hệ số sử dụng nơtrôn nhiệt k∞ Hệ số nhân nơtrôn môi trường vô hạn k eff Hệ số nhân hiệu dụng L Chiều dài khuếch tán m Khối lượng nơtrôn n Hạt nơtrôn p Xác suất tránh hấp thụ cộng hưởng P Hạt photon v Vận tốc nơtrôn ∑a Tiết diện hấp thụ ∑s Tiết diện tán xạ ∑tr Tiết diện vận chuyển Ф Thông lượng hạt (nơtrôn/cm2) η Hệ số phân hạch nhiệt λ tr Độ dài dịch chuyển µ Hệ số phân hạch nhanh β Hạt bêta γ Hạt gamma ρ Độ phản ứng Các chữ viết tắt AO Nhóm điều khiển AO BOC Bắt đầu chu kỳ EOC Kết thúc chu kỳ FA Thanh Nhiên liệu GRCA Thanh điều khiển loại GRCA HEU Nhiên liệu Uranium độ làm giầu cao IAEA Cơ quan lượng nguyên tử quốc tế IFBA Thanh chất độc đốt tồn phần ZircaloyTM Hợp kim Zirconium TM LEU Nhiên liệu Uranium độ làm giầu thấp MA Nhóm điều khiển loại A MB Nhóm điều khiển loại B MC Nhóm điều khiển loại C MD Nhóm điều khiển loại D M1 Nhóm điều khiển loại M2 Nhóm điều khiển loại MCNP Chương trình vận chuyển xạ dùng phương pháp Monte Carlo MTU Metric Uranium MWd/t Mêga ốt ngày PWRs Các lị phản ứng nước áp lực PS Nguồn nơtrơn RCCA Thanh điều khiển loại RCCA SS304 Thép không gỉ 304 SS Nguồn nơtrơn thứ cấp SD1 Nhóm dập lị SD4 Nhóm dập lị DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các loại tally lấy 21 Bảng 3.1: Các thơng số vật lý mơ cho lị AP-1000 45 Bảng 3.2: Thành phần vật liệu nhiên liệu, điều khiển, nguồn phát 51 Bảng 3.3: Khối lượng riêng vật liệu 308 oC 15,5 Mpa 52 Bảng 3.4: Vật liệu mơ bó theo mầu 58 Bảng 3.5: Vật liệu mơ lị AP-1000 63 Bảng 4.1: Kết toán với nhiên liệu vô hạn theo độ làm giầu 65 Bảng 4.2: Kết toán với nhiên liệu hữu hạn theo độ làm giầu 68 Bảng 4.3: Kết tốn với bó nhiên liệu vơ hạn theo độ làm giầu 72 Bảng 4.4: Kết tốn với bó nhiên liệu hữu hạn theo độ làm giầu 74 Bảng 4.5: Kết k eff bố trí nhiên liệu giống vùng hình 3.21 điền đầy lị với độ làm giầu khác 81 Bảng 4.6: Kết k eff bố trí nhiên liệu giống vùng hình 3.22 điền đầy lò với độ làm giầu khác 82 Bảng 4.7: Kết k eff bố trí nhiên liệu giống vùng hình 3.23 điền đầy lị với độ làm giầu khác 83 Bảng 4.8: Kết vùng hoạt với tồn lị điền đầy vùng nhiên liệu 87 Bảng 4.9: Giá trị k eff so sánh với liệu điều khiển thiết kế chương trình tính Scale 88 Bảng 4.10: Thông lượng tương đối nơtrôn dọc theo chiều cao vùng hoạt AP-1000 với nguồn nơtrôn 90 Bảng 4.11: Thông lượng tương đối nơtrôn dọc theo chiều cao vùng hoạt AP-1000 với nguồn nơtrôn 92 Bảng 4.12: Sự thay đổi nồng độ Boron hòa tan với k eff độ phản ứng 94 Bảng 4.13: So sánh k eff liệu điều khiển thiết kế chương trình MCNP 5.0 với nồng độ boron hòa tan đưa vào 95 Bảng 4.14: Giá trị k eff rút nhóm điều khiển theo chiều cao với nồng độ boron hòa tan 1574 ppm đưa vào 97 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 3.1: Mơ hình cấu trúc mặt cắt dọc nhiên liệu AP-1000 32 Hình 3.2: Ma trận nhiên liệu điều khiển bó nhiên liệu 33 Hình 3.3: Hình ảnh chi tiết bó điều khiển loại RCCA 34 Hình 3.4: Hình ảnh chi tiết điều khiển 35 Hình 3.5: Mặt cắt A-A chi tiết bó điều khiển hấp thụ mầu xám GRCA 36 Hình 3.6: Cấu tạo bó chất độc cháy phần 37 Hình 3.7: Cấu tạo bó chất độc cháy toàn phần (IFBA) 38 Hình 3.8: Cấu tạo bó nguồn 39 Hình 3.9: Cấu tạo bó nguồn thứ cấp 40 Hình 3.10: Mơ hình xếp 24, 9, 12 Pyrex Rods bó nhiên liệu 41 Hình 3.11: Mơ hình xếp 28, 44, 72 112 IFBA bó nhiên liệu 42 Hình 3.12: Mơ hình xếp 88 chất độc (IFBA) bó nhiên liệu 42 Hình 3.13: Mơ hình xếp bó nhiên liệu vùng hoạt theo độ làm giầu 43 Hình 3.14: Mơ hình xếp bó nhiên liệu điều khiển, bó chất độc bó nguồn 44 Hình 3.15: Mặt cắt chi tiết thùng lò AP-1000 45 Hình 3.16: Phân bố độ làm giầu nhiên liệu vùng hoạt 54 Hình 3.17: Mơ vị trí nhóm điều khiển loại RCCA loại GRCA 55 Hình 3.18: Mơ hình mặt cắt ngang dọc nhiên liệu UO2 57