Lò phản ứng hạt nhân pot

1 1 NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ: Chương 2-Lò phản ứng hạtnhân (phần1) TS. Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐH Bách Khoa TP. HCM 01/2011 2 1. LỊCH SỬ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN SỰ TIẾN HÓA CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ I LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ II LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ III LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ III + LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ IV Lò phản ứng đầutiên: -Shippingport -Dresden -Calder Hall -Magnox Lò phản ứng thương mại: -LWR-PWR -BWR -CANDU -AGR Lò nướcnhẹ cảitiến: -ABWR Các thiếtkế cảitiếnvề tính kinh tế và độ an toàn -Tăng độ an toàn -Tăng tính kinh tế -Giảmchất thải -Hạnchế phổ biếnvũ khí. 1950 - 1970 1970 - 1990 1990 - 2010 2010 - 2030 Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 2 3 2. LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ I -Lòphản ứng thế hệ I bao gồm các lò như: Magnox, Shippingport và Dresden. - Các lò phản ứng thế hệ này đượcxuấthiệnvào những năm 1950 và đượcsử dụng phổ biếncho tàu biển. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 4 -Hiện nay, phầnlớn các lò phản ứng thế hệ này đều đãhoặc đang tháo dỡ do: + lỗithời, + hiệuquả thấp, + độ an toàn kém. - Công suấtthiếtkế ban đầucủa các lò phản ứng thế hệ này vào khoảng 5 MW. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 3 5 a. Tính kỹ thuậtcủalòphản ứng Magnox -Lòphản ứng Magnox là một trong các lò phản ứng đầutiênđượcsảnxuấtvàođầunhững năm củathập niên 50, do 3 nhà vậtlýngườiAnh sáng chế. Dr. Ion Dr. Khalil Dr. Magwood Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 6 Lò phản ứng hạt nhân Magnox Ống nạp Thanh điềukhiển Lớpbảovệ bứcxạ Lò phản ứng Chấtlàmchậm Graphite Thanh nhiên liệu Ống dẫn khí nóng Hơinước Bộ trao đổi nhiệt Bơmtuần hoàn nước Nước Ống dẫnkhílạnh Bơmtuần hoàn khí Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 4 7 -Lòphản ứng Magnox là loạilòáplực. - Carbon dioxide đượcsử dụng làm chấttải nhiệt. - Chất làm chậm là Graphite. - Lò Magnox sử dụng nhiên liệu Uranium trong thiên nhiên. Trong đó: chỉ có 0,7% chất đồng vị U 235 và 99,3% chất đồng vị U 238 . Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 8 - Thép Boron đượcsử dụng cho các thanh điều khiển. -Lớpvỏ lò phản ứng có thể chịu đượcáplực làm việctừ 6,9 – 19,35 bar. Hai lớpbêtôngcốt thép đượcthiếtkếđểcó thể chịu đượcáplựcvận hành từ 24,8 – 27 bar. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 5 9 • Công suấtcực đạicủa nhà máy thông thường bị giớihạnbởithờigiantiếp nhiên liệucholò phản ứng. Đây là đặc tính quan trọng của lò Magnox, vì nhiên liệusử dụng là nguồn Uranium tự nhiên (không được làm giàu) nên nó yêu cầuthay thế nhiên liệu nhiềuhơn các lò phản ứng sử dụng nhiên liệu đã được làm giàu. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 10 * Lò Magnox đầutiênđượcthiếtkế chủ yếuphục vụ cho việcsảnxuất Plutonium (Pu) cho bom hạt nhân. Việcsảnxuất Plutonium từ Uranium sẽ sảnsinh ra: - mộtlượng lớn nhiệtnăng (thông thường đượcbỏđi), - mộtlượng hơinước sinh ra từ việcsảnxuất này đượcsử dụng để quay turbine và phát ra điệnnăng. b. Tính kinh tế củalòphản ứng Magnox Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 6 11 *Vàothời điểm này, mộtsố ý kiếnchorằng việc sảnxuất điệnnăng từ năng lượng nguyên tử là tốnkémhơnrấtnhiềuso vớicácnguồnnăng lượng truyềnthống (thủy điện, nhiệt điện than). Nhưng có thể nhậnrarằng đây là phương án thay thế cho các nhà máy nhiệt điệnchạy than, Æ giảmsự phụ thuộc vào nguồn cung cấp than. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 12 • Nhiên liệu sau khi qua sử dụng phải đượclưu trữ trong hồ nước để giảmdần: + nhiệt độ, + tính phóng xạ. Việc này đòi hỏi các nhà thiếtkế phải tính thêm cả chi phí xử lý vào chi phí của lò Magnox. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 7 13 • Đây là thế hệ lò phản ứng đầu tiên nên có nhiều sai phạmvề tính an toàn trong thiếtkế. •Lòhơivàống dẫnkhíđược đặt bên ngoài lớp bảovệ sinh họcbằng bê tông, các thiếtbị này phát ra trựctiếp tia gamma và bứcxạ neuron mà có thể vượthơnlượng bứcxạ lớnnhấtmà con ngườicóthể nhận, gây ảnh hưởng đến sứckhỏecủa con người. c. Tính an toàn củalòphản ứng Magnox Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 14 d. Nguyên tắcvậnhànhcủalòphản ứng thế hệ I -Cácống kim loại Uranium này được bao bọc bằng mộtlớphợpkimgồm Nhôm (Al) và Magie (Mg). Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 8 15 Lò phản ứng hạt nhân Magnox Ống nạp Thanh điềukhiển Lớpbảovệ bứcxạ Lò phản ứng Chấtlàmchậm Graphite Thanh nhiên liệu Ống dẫn khí nóng Hơinước Bộ trao đổi nhiệt Bơmtuần hoàn nước Nước Ống dẫnkhílạnh Bơmtuần hoàn khí Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 16 -Mộtlớp than Graphit đặtnằmgiữa ống Uranium và hợp kim trên có mục đích làm chậmbớtvận tốc phóng thích nơ tron do sự phân hạch U-235. Từđócácnơtrôn trên sẽ va chạmmạnh vớihạt nhân của U-235 để các phản ứng dây chuyền liên tụcxảy ra. - Đây là mộtphản ứng phát nhiệtrấtlớnvànhiệt năng này được đưa đếnmột tua bin hơinước để từđóbiến thành điệnnăng. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 9 17 •Việc điềukhiểnvậntốcphản ứng dây chuyền hoặcchặn đứng phản ứng là một công việc quan trọng bậcnhấtcủamộtlòphản ứng. • Lò Magnox sử dụng mộtloạithépđặcbiệt (Boron), loại thép này có tính chấthấpthụ các nơ trôn. Do đó, có thểđiềukhiểnphản ứng theo ý muốn. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 18 3. LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ II -Loạilònàyđãrađờivàothập niên 70 củathế kỷ 20. -Loại lò này áp dụng nguyên lý lò nướcápsuất cao (Pressurized water reactor (PWR)). Trong đó, nướcápsuấtcaođượcsử dụng: -vừa làm dung dịch làm nguội, -vừa làm dung dịch điều hòa phản ứng. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 10 19 - Nhiên liệu đượcsử dụng cho loại lò này là: + hợpchất uranium dioxit, + hợp kim này đượcbọc trong các ống cấu tạobằng kim loại zirconi. - Trong loại lò này, uranium U-235 sẽđượclàm giàu từ 0,7% đến3,5%. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 20 -Cácloại lò này dầndần được thay thế bằng cách áp dụng nguyên lý củalònướcsôi (Boiling water reactor (BWR)). - Điểm khác biệtcơ bảngiữaPWR vàBWR là: Nước được đun sôi rồimớichuyển qua hệ thống làm tăng áp suất. ÆNhư vậy, BWR sẽ rút ngắn tiếntrìnhtạonhiệt củahơinước khi chuyển nhiệtlượng qua các tuabin để biến thành điệnnăng. Nhà máy điện nguyên tử -TS. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân [...]... - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 67 3.4 LÒ PHẢN ỨNG AGR (Advanced Gas-Cooled Reactor) - Lò phản ứng AGR là một thiết kế của người Anh, thuộc thế hệ thứ II của lò phản ứng và được phát triển từ lò phản ứng Magnox - Chất tải nhiệt là khí CO2 - Chất làm chậm là Graphite Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 68 34 - Lò được vận hành ở nhiệt độ khí... Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 53 3.3 LÒ PHẢN ỨNG CANDU a Mô tả chung - Lò phản ứng CANDU là phát minh của người Canada - Lò CANDU sử dụng nước nặng - Lò CANDU có tính chất tương đồng với các lò phản ứng nước nhẹ khác - Chất tải nhiệt được giữ dưới áp lực cao để tránh việc sinh ra hơi nước trong tâm lò Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 54 27 - Các thiết... Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 33 - Các thanh điều khiển được đặt phía trên lò phản ứng và chèn trực tiếp vào các khối nhiên liệu, chúng sẽ được hoạt động cho các quá trình: + Khởi động lò phản ứng + Tắt lò phản ứng + Điều tiết trong khoảng thời gian ngắn như việc thay đổi tải của turbine Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 34 17 3.1 LÒ PHẢN ỨNG PWR (Pressurized... - Lò phản ứng hạt nhân 25 Chu trình của lò PWR (Pressurized Water Reactor) -Màu cam là chất làm mát sơ cấp -Màu xanh là chất làm mát thứ cấp Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 26 13 Lò phản ứng và tháp làm mát Rancho Seco ở Herald, California, USA (tình trạng ngưng hoạt động) Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 27 Lò phản. .. - Lò phản ứng hạt nhân 47 - Lò BWR có thể được thiết kế vận hành mà chỉ sử dụng hệ thống tuần hoàn tự nhiên Vì vậy, các bơm tuần hoàn kín được loại bỏ hoàn toàn - Lò BWR không sử dụng Axit Boric để điều khiển phản ứng phân hạch Do đó, nó sẽ làm giảm khả năng ăn mòn bên trong lò phản ứng và trong các đường ống Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 48 24 3.2 LÒ PHẢN... Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 42 21 Chu trình của lò BWR Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 43 3.2 LÒ PHẢN ỨNG BWR (Boiling Water Reactor) b Tính an toàn Có 3 yếu tố được yêu cầu để đảm bảo tính an toàn cho lò BWR trong mọi tình huống: -Việc điều khiển lò phản ứng và công suất phát ra của nó -Làm mát nhiên liệu ngay cả khi lò được tắt -Phân tích... ở tâm lò phản ứng cùng với các thanh tắt lò được đưa vào từng phần Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 60 30 Hai bó thanh nhiên liệu của lò phản ứng CANDU -Mỗi bó có chiều dài 50 cm và đường kính 10 cm -Mỗi bó có khả năng tạo ra 1 GWh điện Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 61 -So với lò nước nhẹ thì thiết kế của lò nước... nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 44 22 -Một trong những nguyên tắc chính về tính an toàn của lò phản ứng là: Sự kết hợp của nhiều lớp bảo vệ, ngăn cách giữa các thiết bị có tính phóng xạ Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 45 3.2 LÒ PHẢN ỨNG BWR (Boiling Water Reactor) c Ưu điểm - Lớp vỏ lò phản ứng và các phần tử liên kết với nó được... máy khác thực hiện việc nhận nhiên liệu cũ được đẩy ra Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 57 -Điều kiện để duy trì phản ứng hạt nhân bên trong lò phản ứng hạt nhân là sử dụng các nơtrôn được phóng thích trong suốt phản ứng phân hạch để kích thích các hạt nhân nguyên tử khác -Khi sử dụng nước nhẹ là chất làm chậm thì nó đòi hỏi nhiên liệu phải được làm giàu (từ... Actinite Chu trình Thorium Tái chế Plutonium Các chu trình nhiên liệu khả thi trong lò phản ứng CANDU: Lò phản ứng CANDU có thể chấp nhận nhiều loại nhiên liệu khác nhau, bao gồm: nhiên liệu đã được sử dụng từ các lò phản ứng nước nhẹ Nhà máy điện nguyên tử - TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 63 Lò phản ứng Qinshan, tổ máy số 1 và 2, giai đoạn 3, ở Zhejing, Trung Quốc được thiết kế bởi . Chương 2 -Lò phản ứng hạtnhân (phần1) TS. Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐH Bách Khoa TP. HCM 01/2011 2 1. LỊCH SỬ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN SỰ TIẾN HÓA CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN LÒ PHẢN ỨNG. ỨNG THẾ HỆ I LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ II LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ III LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ III + LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ IV Lò phản ứng đầutiên: -Shippingport -Dresden -Calder Hall -Magnox Lò phản ứng thương. Huỳnh Châu Duy Chương 2 - Lò phản ứng hạt nhân 2 3 2. LÒ PHẢN ỨNG THẾ HỆ I -L phản ứng thế hệ I bao gồm các lò như: Magnox, Shippingport và Dresden. - Các lò phản ứng thế hệ này đượcxuấthiệnvào những