Mô phỏng quá trình vận huyển nơtron trong môi trường hất làm hậm ủa lò nướ nhẹ

Phƣơng pháp Monte Carlo cho bài tốn vận chuyển nơtron trong mơi trƣờng làm ch m ậ1.1.1.. Mô t ả phƣơng pháp MC trong bài toán vận chuyển nơtron1.2.1.. Trang 27 CHƢƠNG 2 CHƢƠNG TRÌNH MƠ P

LỜI CAM ĐOAN t qu nghiên cu lu th d cơng b bt k cơng trình khác Các thơng tin, tài liu trích dn luc ghi rõ ngun gc Tôi xin chu trách nhim v nghiên cu cc Vii Hi hc Bách Khoa Hà Ni Hà Ni, tháng 10  Hc viên   17084941185204732c9b3-5f88-47a3-b14e-febaac8e51d0 17084941185205ae1936b-9a75-4d67-841e-eb8eda844819 1708494118520f6dc7c1c-0392-467d-9b2f-0092d8d154f1 LỜI CẢM ƠN u tiên, xin bày t lịng bii vi TS Nguyn Tun Khi, i có nhiu kinh nghim vic thit k thí nghim hn vi     ng,  ng dn t      ng nghiên cn gii quyt mi v n hoàn thành tt lu tt nghip cao hc Tôi xin chân thành c thy cô Vin K thut Ht nhân Vng, i hc Bách khoa Hà No mu ki rt nhiu q trình hc tp hồn thành lu Tôi  xin gi li c ti anh, ch bn ng nghip  vic tng Ht nhân, Vin Khoa hc K thut Ht nhân, c bing nghip ThS Trn Vit Phú ThS Bùi Duy o lu thc hing Cui cùng, xin bày t lòng bii tt c nhi thân yêu gia  bên ng viên, ng h rt nhiu v c tinh thn vt cht  tơi có th c lu Hà Ni, tháng 10  Tác gi lu   MỤC LỤC DANH MC KÍ HIU VÀ CH VIT TT DANH CÁC MC HÌNH V TH  LÝ THUYT n chuyng làm chm ng hc ci ht nhân 1.1.1.1 Tán x c 1.1.1.2 S hp th  10 1.1.1.3 Bi vn tc h khi tâm (CM) h phịng thí nghim (PTN) 10 1.1.2 Tit din phn ng 13 1.1.3 Tit din vi phân (phân b góc) 16 1.1.4 Tit diy t ca ht 17 1.2 Mô t n chuy 18 1.2.1 S phân hch ht nhân nng gây b 18 1.2.2 Phân b t 21 1.2.3 Hiu ng Doppler 23 1.2.4 Mô t n chuy 24 NG QUÁ TRÌNH VN CHUY 27 2.1 Gii thiu v  27 c v gii thut c 30 2.3 Thông s hình hc bó nhiên liu s dng mơ phng 34 2.4 Tham s hóa tit din t bng s liu 35 2.5 ng cphân b thc nghim 37 2.6 V trí sinh góc bay c 40 2.7 Ly mu quãng chy t 42 2.8 i t theo dõi v trí c 42 2.9 ng v loa v 45 T QU VÀ THO LUN 47 3.1 S va chm trình làm chm 47 3.2 So sánh kt qu ph ng v 51 3.3 c tính b dày vùng phn x 54 KT LUN VÀ KIN NGH 57 TÀI LIU THAM KHO 59 PH LC 61 DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT JEFF n s liu ht nhân ca cng châu Âu ENDF n s liu ht nhân ca M n s liu ht nhân ca Nht Bn CM : H khi tâm PTN : H phịng phịng thí nghim n : N E : Energy - ng MC : Monte Carlo  : Tit din vi mô  : Tit di  : Quãng chy t 16 ng v Oxy 16 O H ng v Hydro Z n t ht nhân A : S khi 135 235 Xe ng v Xenon 135 U ng v Urani 235  : Xác sut phát  ng E K : Hng s boltzman PWR c áp lc VLHN : Vt lý ht nhân DANH CÁC MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Tán xạ đàn hồi nơtron với hạt nhân bia Hình 2: Tán xạ khơng đàn hồi nơtron với hạt nhân bia Hình 3: Va chạm nơtron tới (hạt 1) hạt nhân bia (hạt 2),Sau va chạm nơtron (hạt 3) …….9 Hình 4: Biểu đồ vận tốc n sau va chạm đàn hồi với hạt nhân [3] 11 Hình 5: Tương quan góc tán xạ hạt sau va chạm đàn hồi hệ PTN hệ CM [3] 12 Hình 6: Tương tác chùm hạt tới với hạt nhân bia 13 Hình 7: Tiết diện tương tác tồn phần nơtron với proton [8] 14 Hình 8: Tiết diện tán xạ đàn hồi nơtron với proton [8] 14 Hình 9: Tiết diện bắt nơtron proton: n + p → d + γ -ray (2.2 MeV) [8] 15 Hình 10: Phân bố góc tán xạ đàn hồi nơtron với proton lượng E n ……… 16 Hình 11: Quãng chạy tự nơtron số loại vật liệu: Polyethylene, Nhơm Chì ….18 Hình 12: Sự phân hạch hạt nhân nặng 19 Hình 13: Phân bố khối mảnh phân hạch 235U 20 Hình 14: Phổ nơtron tức thời từ phân hạch 235U [4] 21 Hình 15: Tiết diện phân hạch 235U phụ thuộc lượng nơtron [8] 23 Hình 16: Sự nở rộng Doppler đỉnh cộng hưởng ~ 1.05eV 240Pu [4] 24 Hình 17: Sơ đồ khối chương trình mơ 33 Hình 18: Sơ đồ bó nhiên liệu lò PWR 34 Hình 19: Tiết diện tương tác toàn phần nơtron với 16 O [8] 35 Hình 20: Sơ đồ khối đọc số liệu tiết diện 36 Hình 21: Kết phổ nơtron phát in từ chương trình mơ 40 Hình 22: Vị trí nơtron hệ tọa độ cầu 41 Hình 23: Năng lượng nơtron giảm theo số lần tán x 49 Hình 24: Phân bố số va chạm nơtron H (trái) 16O (phải) 49 Hình 25: Số va chạm nơtron nước nhẹ 50 Hình 26: Phổ nơtron nhiệt phụ thuộc bề dày nước làm chậm 50 Hình 27: Mặt cắt mơ hình bó nhiên liệu vẽ MCNP 51 Hình 28: Phổ thơng lượng nơtron 9H 52 Hình 29: Phổ thơng lượng nơtron 9G 52 Hình 30: Phổ thơng lượng nơtron 9A 53 Hình 31: Phân bố thơng lượng nơtron tính từ tâm biên mơ hình bó nhiên liệu 53 Hình 32: Kết mô tỉ số nơtron tán xạ ngược, hấp thụ rò 56 MỞ ĐẦU n ht nhân  c ta t mt thách thc to l cán b, nhi làm khoa hc c Các ng dng ht nhân y t công nghic trin khai Tuy nhiên vic khai thác s d n ht nhân mi bu  n tính tốn thn pháp quy vn hành s dng thit b hn hc nghiên cu thit k thí nghim ht nhân gp nhio tính cht nguy him ca cht phóng x na chi phí cho vic tin hành thí nghim cao Do v c thc hin mt thí nghim y ng mô ph d c kt quc bit tai nn ht nhân nghiêm tr xy kh mà gn  tai nn nhà máy ht nhân Fukushima I dn nhng hu qu lâu dài Sau tai nn n n ht nhân Chernobyl, vic thí nghim trc tip vi lò phn ng  b cm  mà ngày có nhi tốn mơ ph c vi  tính tốn, thit k   n ht nhân Có hai    thc hin tính tốn mơ phng    nh (Deteministic M u nhiên (Monte Carlo Method) Trong , Monte Carlo m    cy  c s d kim yu ci gian tính tốn lâu, nhiên  c s dng ngày rng rãi h máy tính ngày mnh Ngày s liu tit din ht nhân c c hi     ng ln thơng tin v c phịng thí nghim cơng b ri dn s liu  ENDF II/B , JENDL 3.3 Dn s liu này, có th mơ phng l     c tp ca  lò phn ng Bng cách thng kê li kt qu cho bi vùng hot lò phn ni th gii c  c Tuy nhiên vic áp d     vi    ng tron hồn tồn mi m CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Phƣơng pháp Monte Carlo cho tốn vận chuyển nơtron mơi trƣờng làm chậm 1.1.1 Động học tƣơng tác nơtron với hạt nhân 1.1.1.1 Tán xạ nơtron Trong trình vn chuyn  có th   i ht nhân nguyên t ng bao gm trình tán x phn ng ht nhân Tán x  c chia thành hai loi: tán x i tán x i Trong tán x i, ht nhân khơng có s bii cu trúc ng ng cng ca  h t pha  tc truyn cho ht nhân Hình 1: Tán xạ đàn hồi nơtron với hạt nhân bia Tán x  tán x i ngoi tr vic ht nhân chu s sp xp li ni b dn trng thái kích thích cui phát x bc x  tr li trn ca  ht nhân sau tán x nh a  tt phu ca  c dùng vào vit nhân lên trng thái kích thích Hình 2: Tán xạ không đàn hồi nơtron với hạt nhân bia Xét trình tán x i ca  vi ht nhân theo Hình 3,  ti (ht M 1) va chm vi ht nhân bia (ht M 2), kt qu  i t M3 ) li ht nhân bia (ht M4) git lùi phát bc x gamma (M 5 n gi thit ru hng yên Hình 3: Va chạm nơtron tới (hạt 1) hạt nhân bia (hạt 2),Sau va chạm nơtron (hạt 3) phát theo góc θ Có th thit l       ng  bay E theo ng  ti E nh lut bng toàn phng hp i, áp dnh lut bng toàn phn: 2 2 E1 M1c  E2 M2 c  E3  M3 c  E4  M4 c  E5 (1.1) ng ca  ti ht nhân      ng ca  ht nhân bia sau tán x   ng ca bc x gamma phát t trng thái kích thích ca ht nhân bia nh lut bng:    p1  p3  p p42  p12  p32  p1 p3cos  2M E4  M1 E1  M3 E3  2 M1 E1.2 M3 E3 cos  (1.2) (1.3) S d(1.1) (1.3) s ng ca  sau va chm  ca  sau va chc xác dnh da s chun hóa tit din vi phân 1.1.1.2 Sự hấp thụ nơtron c vi trình tán x trình hp th  gây bi ht nhân bia Trong trình ht nhân nhn toàn b ng ca  ti, chuyn lên trc x gamma (phn ng bt bc x), phát h  n (proton, deuteron, ht alpha), gii phóng nhiu , cui phn ng phân hch Phn ng hp th ht  có th chia làm bn loi n: + Phn ng bt bc x  + Phn ng to h + Phn ng to ht trung hòa (n, 2n), (n, 3n), (n, 4n),  + Phn ng phân hch (n, f) 1.1.1.3 Biểu đồ vận tốc hệ khối tâm (CM) hệ phịng thí nghiệm (PTN) a Tán xạ đàn hồi: n + A → n’ + A’ (d ký hiu ht sau va chm) Trong h CM: Vn tc ca hi sau va chm VCM(n) = VCM1.4) VCM(A) = VCM1.5) 10