khảo sát dao động offset dọc trục cho lò phản ứng wwer1000 sử dụng phần mềm wwer 1000

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ AUU Accelerated Unit Unloading Giảm nhanh công suất BOC Begin Of fuel Cycle Đầu chu trình nhiên liệu BWR Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LƯU DIỄM MIÊN

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG OFFSET DỌC TRỤC

CHO LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000

SỬ DỤNG PHẦN MỀM WWER-1000

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LƯU DIỄM MIÊN

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG OFFSET DỌC TRỤC

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, em đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ vô cùng quý giá của các thầy cô, các anh chị, các bạn

và các em

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô đã hết lòng

dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức vô cùng quý báu cho chúng em

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Võ Hồng Hải, người đã hướng dẫn tận tình, truyền đạt những kinh nghiệm quý giá trong quá trình nghiên cứu cũng như đã động viên em trong lúc khó khăn và tạo mọi điều kiện

thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn này

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phan Lê Hoàng Sang đã chỉ dẫn,

góp ý và hỗ trợ cho em rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này

Qua đây em cũng gửi lời cảm ơn đến em Nguyễn Thị Thanh Tuyền

đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ những kinh nghiệm với em trong quá trình nghiên cứu

Xin cảm ơn gia đình đã luôn bên cạnh, dành thời gian quan tâm, chăm sóc

và tạo mọi điều kiện học tập để con đạt được như ngày hôm nay

Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn luận văn vẫn còn nhiều sai sót,

em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để luận văn có thể

hoàn thiện hơn Xin chân thành cám ơn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2014

Lưu Diễm Miên

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA i

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000 1.1 Tổng quan về lò phản ứng hạt nhân 3

1.2 Giới thiệu lò phản ứng WWER-1000 4

1.2.1 Lịch sử phát triển của NMĐHN WWER 4

1.2.2 Cấu tạo chung của NMĐHN WWER-1000 5

1.2.3 Những đặc tính chung của lò phản ứng WWER-1000 6

1.2.4 Nguyên lý hoạt động chung của lò WWER-1000 8

1.2.5 Cấu tạo chi tiết của lò phản ứng WWER-1000 8

1.2.5.1 Hệ thống làm mát lò 8

1.2.5.2 Bình áp suất của lò 10

1.2.5.3 Lõi lò 12

1.2.5.4 Hệ thống điều khiển bảo vệ bằng các thanh hấp thụ (CPS-AR) 13

1.2.5.5 Máy điều áp 15

1.2.5.6 Bình sinh hơi 16

1.2.5.7 Máy bơm tuần hoàn chính 17

1.2.5.8 Hệ thống phụ trợ lò 18

1.2.5.9 Hệ thống tua-bin 18

1.2.5.10 Vòng mạch thứ cấp 19

1.2.5.11 Hệ thống làm mát và thổi khẩn cấp của bình sinh hơi 19

1.2.5.12 Hệ thống loại bỏ nhiệt thụ động 20

1.2.5.13 Hệ thống truyền nhanh boron 21

1.3 Cơ sở lý thuyết về việc làm giàu nhiên liệu 21

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHIỄM ĐỘC XENON TRONG LÒ PHẢN ỨNG 2.1 Cơ sở lý thuyết về nhiễm độc Xenon trong lò phản ứng 23

2.2 Nhiễm độc Xenon 23

2.3 Nhiễm độc Samari 31

2.4 Các dao động Xenon trong lò phản ứng WWER-1000 33

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WWER-1000 3.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm WWER-1000 37

3.2 Các trang giao diện của phần mềm WWER-1000 39

3.2.1 Trang điều khiển độ phản ứng (CPS) 39

3.2.2 Trang thông báo và hiển thị sự cố (TAB) 41

3.2.3 Trang mô phỏng vòng sơ cấp (1C) 42

3.2.4 Trang hệ thống cung cấp và thoát (TK) 44

3.2.5 Trang các hệ thống hỗ trợ xử lý (TQ) 46

3.2.6 Trang hệ thống nước làm mát (TF) 46

3.2.7 Trang mô phỏng vòng thứ cấp (2C) 47

3.2.8 Trang hướng dữ liệu (GRP) 49

3.2.9 Trang các thông số lõi lò (PAR) 49

3.2.10 Trang biểu đồ 3 chiều (3D) 50

3.3 Độ làm giàu nhiên liệu của lò phản ứng WWER-1000 trong phần mềm mô phỏng WWER-1000 51

CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG OFFSET DỌC TRỤC TRONG LÒ PHẢN ỨNG BẰNG PHẦN MỀM WWER-1000 4.1 Một số khái niệm 54

4.1.1 Offset dọc trục (AO) 54

4.1.2 Chu trình nhiên liệu 54

4.2 Các bước chạy chương trình mô phỏng 54

4.3 Kết quả và phân tích, đánh giá 57 4.3.1 Khảo sát dao động offset dọc trục 57 4.3.2 Khảo sát dao động offset dọc trục cho BOC và EOC đối với

loading 1 và loading 5 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Thuật

ngữ

AUU Accelerated Unit Unloading Giảm nhanh công suất

BOC Begin Of fuel Cycle Đầu chu trình nhiên liệu

BWR Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước sôi

CANDU Canada Deuterium Uranium NMĐHN CANDU

CPS Reactivity Control Page Trang điều khiển độ phản ứng

EOC End Of fuel Cycle Cuối chu trình nhiên liệu

HPSI High Pressure Safety

Injection

Hệ thống phun an toàn áp suất cao

IAEA International Atomic Energy

Agency

Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế

LPSI Low Pressure Safety

Injection

Hệ thống phun an toàn áp suất thấp

MCS Main steam collector Bộ thu gom hơi chính

MSIV Main steam isolating valve Van xả hơi chính

PCR Power level limiting

regulator

Máy điều chỉnh giới hạn công suất

PWR Pressurized Water Reactor Lò phản ứng nước áp lực

PHWR Pressurized Heavy- Water-

moderated Reactor

Lò phản ứng áp lực nước nặng

TAB Enunciators Page Giao diện hiển thị cảnh báo sự cố

TK Feed and Bleed System Page Giao diện cấp-thoát

RCP Reactor coolant pump Bơm tải nhiệt chính

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các loại lò phản ứng [2] 3 Bảng 1.2 Tóm tắt lịch sử phát triển của lò WWER [11] 5 Bảng 1.3 Các thông số của lò phản ứng WWER-1000 [8] 7 Bảng 4.1 Hệ số tắt dần và chu kỳ dao động của thông lượng neutron và offset 67

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình chung nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò áp lực [10] 6

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân sử dụng công nghệ nước áp lực [15] 8

Hình 1.3 Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER [8] 10

Hình 1.4 Một phần góc nhìn cắt của bình áp suất lò[8] 11

Hình 1.5 Sơ đồ thanh nhiên liệu [8] 13

Hình 1.6 Mặt cắt ngang bó thanh nhiên liệu [8],[2] 13

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển bảo vệ bằng các thanh hấp thụ [8] 14

Hình 1.8 Bình điều áp [14] 16

Hình 1.9 Bình sinh hơi [2] 17

Hình 1.10 Sơ đồ của vòng tuần hoàn nước cung cấp [8] 19

Hình 2.1 Sơ đồ động học của đồng vị Xenon [4] 23

Hình 2.2 Sự phụ thuộc của q và Xe Xevào công suất lò [1] 29

Hình 2.3 Hố Iod 31

Hình 2.4 Sơ đồ động học của đồng vị Samari [4] 33

Hình 2.5 Dao động Xenon tự do 34

Hình 3.1 Trang chọn mô phỏng và thiết lập điều kiện 37

Hình 3.2 Thanh điều khiển mô phỏng 38

Hình 3.3 Trang điều khiển độ phản ứng (CPS) 39

Hình 3.4 Trang thông báo và hiển thị sự cố (TAB) 42

Hình 3.5 Trang mô phỏng vòng sơ cấp (1C) 43

Hình 3.6 Trang hệ thống cung cấp và thoát (TK) 45

Hình 3.7 Trang các hệ thống hỗ trợ xử lý (TQ) 46

Hình 3.8 Trang hệ thống nước làm mát (TF) 47

Hình 3.9 Trang vòng mạch thứ cấp (2C) 48

Hình 3.10 Trang hướng dữ liệu (GRP) 49

Hình 3.11 Trang các thông số lõi lò (PAR) 50

Hình 3.12 Trang biểu đồ 3 chiều (3D) 51

Hình 3.13 Phân bố mật độ làm giàu đối với độ làm giàu loading 1 52

Hình 3.14 Phân bố mật độ làm giàu đối với độ làm giàu loading 5 53

Hình 4.1 Trang chọn mô phỏng và thiết kế 55

Hình 4.2 Trang CPS của mô phỏng ở những giây đầu 55

Hình 4.3 Trang CPS của mô phỏng ở giây thứ 10 56

Hình 4.4 Trang CPS của mô phỏng ở giây thứ 13 56

Hình 4.5 Trang CPS của mô phỏng sau giây thứ 16 57

Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của các thông số trong 100 giờ đầu ở đầu chu trình với độ làm giàu loading 1 58

Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi các thông số ở cuối chu trình đối với độ làm giàu loading 1 61

Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi các thông số ở cuối chu trình đối với độ làm giàu loading 1 62

Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi các thông số ở đầu chu trình nhiên liệu đối với độ làm giàu loading 5 63

Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi các thông số ở cuối chu trình nhiên liệu đối với độ làm giàu loading 5 64

Hình 4.11 Đồ thị fit kết quả mô phỏng 66

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay trên thế giới có trên 430 lò phản ứng năng lượng hạt nhân thương mại đang hoạt động ở 31 nước với công suất trên 370000 MW và khoảng 70

lò phản ứng đang được xây dựng Các nhà máy điện hạt nhân cung cấp hơn 11%

sản lượng điện năng của thế giới Điện hạt nhân có tuổi thọ kéo dài và đầu tư vào

lĩnh vực điện hạt nhân là một nguồn lợi lớn để phát triển kinh tế của quốc gia Tuy nhiên, vấn đề được quan tâm nhất hiện nay đối với nhà máy điện hạt nhân là

an toàn của các lò phản ứng, đặc biệt là sau khi xuất hiện một số sự cố hạt nhân trên

thế giới Vì vậy, việc vận hành an toàn nhà máy điện hạt nhân luôn được đặt lên hàng đầu

Việc đào tạo nguồn nhân lực làm việc trong lĩnh vực hạt nhân là rất cần thiết,

nhất là khi nước ta đang chuẩn bị xây dựng nhà máy điện nguyên tử Ninh Thuận

thì vấn đề nguồn nhân lực lại càng được quan tâm hàng đầu Việc sử dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng là một trong những phương pháp đào tạo khá hiệu quả

Trong đề tài này, chúng tôi thực hiện khảo sát một số thông số đặc trưng cho

sự ổn định của lò trong quá trình hoạt động bằng phần mềm mô phỏng WWER-1000 Các thông số được quan tâm ở đây là các dao động thông lượng

neutron, dao động offset dọc trục và dao động độ phản ứng ở đầu và cuối chu trình

nhiên liệu, ở các độ làm giàu khác nhau Quá trình mô phỏng độc lập với hệ thống

an toàn của lò để có thể khảo sát được đặc tính của các dao động trên

Luận văn được bố trí gồm 4 chương chính:

 Chương 1: Tổng quan về lò phản ứng hạt nhân WWER-1000

Trong chương này, chúng tôi giới thiệu về lịch sử phát triển, cấu tạo và

nguyên lý hoạt động của lò phản ứng WWER-1000 Đồng thời cũng cung cấp

những thông số kỹ thuật và cấu tạo chi tiết của một số thiết bị chính trong

lò phản ứng WWER-1000

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết về nhiễm độc Xenon trong lò phản ứng

Chương 2 chủ yếu xây dựng phương trình tính nồng độ Xenon trong lò phản ứng, chứng minh được qui luật tăng giảm Xenon trong lò Từ đó thấy được ảnh hưởng của Xenon đối với hoạt động của lò

Trong chương này chúng tôi cũng giới thiệu về dao động Xenon trong lò phản ứng về khái niệm, phân loại và một số đặc tính của nó

 Chương 3: Giới thiệu phần mềm mô phỏng WWER-1000

Chương này đưa đến cho người đọc cái nhìn tổng quan về phần mềm

mô phỏng WWER-1000 Qua đây chúng tôi giới thiệu các trang giao diện chính cùng chức năng của mỗi trang và cách thức chạy một bài mô phỏng bằng phần mềm WWER-1000

 Chương 4: Khảo sát dao động offset dọc trục trong lò phản ứng bằng phần mềm WWER-1000

Chương 4 trình bày cách thức chạy các bài mô phỏng đã được thiết kế sẵn để khảo sát dao động offset trong lò Từ kết quả của việc mô phỏng và vận dụng những kết quả đã được chứng minh ở chương 2, chúng tôi tiến hành giải thích sự hình thành một số dao động trong lò như dao động của thông lượng neutron, dao động của độ phản ứng và dao động offset dọc trục

Cũng trong chương này, chúng tôi khảo sát một số đặc tính của quá trình dao động như biên độ dao động, hệ số tắt dần và chu kỳ dao động của các thông số nói trên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN WWER-1000

1.1 Tổng quan về lò phản ứng hạt nhân

Hiện nay, công nghệ lò phản ứng phát triển rất phong phú và đa dạng, có trên

10 loại lò phản ứng đang được nghiên cứu và sử dụng Mỗi loại lò có những ưu thế riêng vì vậy việc sử dụng và phát triển loại lò nào phụ thuộc vào ý đồ chiến lược, trình độ khoa học-kỹ thuật của mỗi quốc gia

Căn cứ vào chất làm chậm, chất tải nhiệt và cấu trúc của lò, lò phản ứng được phân loại như trong bảng 1.1.[11]

Bảng 1.1 Các loại lò phản ứng [11]

làm chậm

Chất tải nhiệt

1 PWR Lò nước áp lực Urani làm giàu nhẹ

8 FBR Lò nhanh tái sinh Urani làm giàu

Mặc dù có nhiều loại lò như vậy nhưng trên thực tế chỉ có 3 loại lò được phát triển nhiều nhất là PWR, BWR và PHWR- CANDU Trong đó, loại lò nước áp lực PWR chiếm tỉ lệ lớn nhất, từ 60%-70%

1.2 Giới thiệu lò phản ứng WWER-1000

WWER là từ viết tắt của Water Water Energy Reactor (nước Nga kí hiệu là VVER (Voda Voda Energo Reactor)) có nghĩa là một lò phản ứng năng lượng

sử dụng nước vừa là chất làm chậm vừa là chất tải nhiệt Lò WWER sử dụng nguồn nguyên liệu làm giàu Uranium 3,92% thuộc họ lò nước áp suất, được

sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới Thiết kế 1000MW tiên tiến của WWER (WWER-1000) có nhiều biến thể ở các nước khác nhau, tuy nhiên tất cả đều được lấy từ mẫu cơ bản WWER V-392 [8] Mô hình của những nhà máy này có những thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu của đất nước sử dụng

1.2.1 Lịch sử phát triển của nhà máy phát điện hạt nhân WWER

Hiện tại có trên 50 lò phản ứng hạt nhân loại VVER-440 và WWER-1000 đang hoạt động ở Nga, Ukraine, Hoa Kỳ, Phần Lan, Bulgaria, Hungary, Czech, Slovakia, Trung Quốc và Iran [2] Có thể tóm tắt sự phát triển của NMĐ sử dụng loại lò WWER theo Bảng 1.2[2]

Bảng 1.2 Tóm tắt lịch sử phát triển của lò WWER [2]

Sau tai nạn

Chernobyl VVER-88

Công suất 500 MW và 1000 MW, có thể đối phó với trường hợp mất điện kéo dài 24 h; kiểm soát lượng Hydro sinh ra trong lò;…

VVER-91 (AES-91)

Công suất 1000 MW, thế hệ thứ 3, sử dụng các thiết bị điều khiển phương Tây

VVER-92 (AES-92)

Công suất 1000 MW, thế hệ thứ 3+, có tính kinh tế cao và hoàn thiện triệt để vấn đề an toàn, xác suất nóng chảy vùng hoạt 5,6x10-8

AES-2006

Công suất 1200 MW, kết hợp tối ưu các hệ thống

an toàn chủ động và an toàn thụ động trên cơ sở kinh nghiệm từ AES-91 và AES-92

1.2.2 Cấu tạo chung của nhà máy điện hạt nhân WWER

 Nhà lò: toàn bộ lò phản ứng chứa trong nhà lò Bao gồm 1 thùng lò, 4 bình sinh hơi, 1 bình điều áp, 4 máy bơm tuần hoàn chính

 Nhà chứa tua-bin phát điện: bao gồm toàn bộ turbine và hệ thống cung cấp nước cho lò phản ứng

 Hệ thống phụ trợ: giúp bảo vệ hệ thống an toàn cho lò Bao gồm hệ thống phun an toàn áp suất cao, hệ thống phun an toàn áp suất trung bình, bộ tích trữ

và hệ thống phun an toàn áp suất thấp

Hình 1.1 Mô hình chung nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò áp lực [10]

1.2.3 Những đặc tính chung của lò phản ứng WWER-1000

Lò phản ứng là phần cơ bản nhất của nhà máy điện hạt nhân, là nơi diễn ra

các phản ứng phân hạch dây chuyền, giải phóng năng lượng Lò phản ứng

WWER-1000 là loại lò nước áp lực sử dụng nước làm chất tải nhiệt và chất làm

chậm Nguồn nguyên liệu sử dụng là urani được làm giàu nhẹ từ 2%-5%

Lò WWER có chu kì nguyên liệu khoảng 3 năm và cần được nạp lại nhiên liệu

hàng năm, lượng bằng 1/3 lõi, vào khoảng 55 bó nguyên liệu (như lò phản ứng

VVER KudanKulam ở Ấn Độ)[8] Lò phản ứng bao gồm 4 vòng và 1 hệ thống áp

suất được nối với lò phản ứng Mỗi vòng chứa 1 máy tạo hơi nước nằm ngang, một

máy bơm tuần hoàn chính và 1 phần phụ của hệ thống làm mát lõi lò Các vòng

được kết nối với hệ thống điều áp bằng đường ống kết nối Nhà máy phản ứng bao

gồm hệ thống bảo vệ và quản lý lò, những đặc tính an toàn được thiết kế trước, hệ

thống phụ trợ, hệ thống chứa và xử lý nhiên liệu,… Những đặc tính của lò phản ứng

WWER-1000 được thể hiện trong bảng 1.3[8]

Bảng 1.3 Các thông số của lò phản ứng WWER-1000 [8]

Áp suất của máy bơm làm mát chính 0,64MPa

Số bó nhiên liệu hình lục giác 163

1.2.4 Nguyên lý hoạt động chung của lò WWER-1000

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân sử dụng công nghệ

nước áp lực [15]

Ở vòng sơ cấp, nước áp lực được bơm tuần hoàn đưa vào vùng hoạt của lò, nhận nhiệt lượng từ các bó nhiên liệu rồi được dẫn đến bình sinh hơi Sau khi trao đổi nhiệt tại bình sinh hơi, nước trong vòng sơ cấp hạ nhiệt độ và được bơm tuần hoàn chính đưa trở lại lõi lò

Ở vòng thứ cấp, nước được bơm vào bình sinh hơi và bị hóa hơi Hơi nước được dẫn đến làm quay tua-bin của máy phát điện Sau đó, hơi nước được làm lạnh, chuyển về pha lỏng tại bình ngưng tụ rồi được bơm trở lại bình sinh hơi

Nước trong vòng sơ cấp có thể đạt đến 0

325 C, vì vậy trong vòng sơ cấp được trang bị bình điều áp để duy trì áp suất nước trong vòng sơ cấp cao gấp

150 lần áp suất khí quyển nhằm ngăn cản nước sôi Nước trong vòng thứ cấp

có áp suất thấp hơn nhiều so với vòng sơ cấp [12]

1.2.5 Cấu tạo chi tiết của lò phản ứng WWER-1000 [8]

1.2.5.1 Hệ thống làm mát lò

Mục đích chính của hệ thống làm mát lò là truyền tải nhiệt được tạo ra từ lõi lò đến với máy tạo hơi nước, nơi mà hơi nước được tạo ra để chạy tua-bin máy phát điện

Nước làm mát của hệ thống đã được khử khoáng và thêm borat được dùng để

điều khiển và phản xạ neutron, đồng thời cũng là dung môi cho các chất hấp thụ

neutron dùng trong hệ thống xử lý hóa học

Giới hạn áp suất của hệ thống làm mát tạo ra một rào cản phòng ngừa việc đưa phóng xạ tạo ra trong lò ra ngoài Giới hạn này còn được thiết kế để đảm bảo tính toàn vẹn cao trong suốt quá trình sử dụng Hệ thống làm mát lò

WWER-1000 bao gồm bình áp suất, 4 vòng làm mát và hệ thống áp suất, được kết nối đến 1 vòng làm mát Mỗi vòng làm mát bao gồm 1 máy bơm làm mát

sơ cấp, một bình sinh hơi nằm ngang và 1 đường ống làm mát sơ cấp Hệ thống

bình điều áp tạo ra một điểm tựa cho hệ thống, bình sinh hơi và máy bơm làm mát

được chế tạo từ vật liệu có tính đàn hồi để thích ứng với giãn nở vì nhiệt Máy điều áp, được nối với chân nóng của 1 vòng bằng đường điều áp, dùng để duy trì áp suất trong hệ thống làm mát và bù đắp cho những thay đổi nhanh về thể tích của chất làm mát

Chất làm mát của vòng sơ cấp được giữ dưới áp suất để duy trì nhiệt độ hơi

mát trong quá trình vận hành Thiết kế nhiệt-thủy lực của hệ thống ngăn ngừa sự sôi

hạt nhân trong bó nhiên liệu, đồng thời đảm bảo tối ưu việc lựa chọn kích cỡ bình sinh hơi và năng suất của máy bơm chất làm mát Việc phân nhỏ hệ thống làm mát thành một số vòng giúp người dùng có thể tiếp tục vận hành hệ thống lò

bằng 2 hoặc 3 vòng ở mức năng suất tương ứng thấp hơn, trong trường hợp một hoặc hai máy bơm chất làm mát của lò bị hư hỏng

Sơ đồ hệ thống làm mát lò hay vòng sơ cấp được mô tả như hình 1.3 [8]

Hình 1.3 Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER [8]

1 Thùng lò; 2 Bình sinh hơi; 3 Máy bơm tuần hoàn chính; 4 Bình điều áp;

5 Bình ngưng hơi giảm áp suất; 6 Hệ thống làm lạnh lõi bị động tức thời

1.2.5.2 Thùng lò áp lực

Bình trong lò được thiết kế để chứa thành phần bên trong của lò và các bó nhiên liệu của lõi Lò phản ứng cùng với các thanh điều khiển có chiều cao

tổng thể là 19m và đường kính 4,5m Bình áp suất của lò là 1 bình chứa hình trụ

thẳng đứng, làm từ vòng hợp kim ép nén có độ tinh khiết cao, bền, và dày 200mm,

được hàn vào nhau Bình áp suất không có các mối hàn trong vùng lõi, bề mặt trong

có lớp phủ thép không rỉ có khoáng chất Auxtenit Bình có một nắp và những thành phần niêm kín bình có thể tách rời Phần trên bình của lò có 2 hệ thống miệng ống ở 2 bề mặt Ở bề mặt trên, có 4 miệng ống đưa chất làm mát ra khỏi lò;

ở bề mặt dưới có 4 miệng ống đưa chất làm mát vào lò Mỗi miệng ống tương ứng

với một vòng tuần hoàn của chất làm mát

Bình của lò chứa thùng lõi, thùng lõi chứa tất cả những thành phần của lõi

bao gồm cả bó nhiên liệu Thùng lõi có những lỗ hổng đục ở dưới đáy, nó cho phép

nước tuần hoàn có thể đi vào lõi lò Thùng lõi còn có những lỗ hỏng đục ở phía trên

để nước nóng đi ra khỏi lõi Tất cả thành phần của lõi đều được làm bằng thép

không rỉ có Auxtenit

Lò phản ứng và nắp trên được giữ trong một hố bê tông trong hầm chứa

Hệ thống đầu (chứa cơ chế chạy các thanh điều khiển) được đặt trên bình, được đóng chốt vào vành lò bằng 54 đinh tán Lò được gia cố trên mặt bê tông,

thông qua đai siết trên bề mặt phía ngoài của bình, phía dưới vùng miệng ống

Đệm kín xi-phông (được hàn vào vành lò) đóng kín hố bê-tông Toàn bộ bề mặt

ngoài của lò được phủ 1 lớp cách nhiệt Hình 1.4 cho thấy một phần góc nhìn cắt

của bình áp suất lò với các thành phần bên trong [8]

Hình 1.4 Một phần góc nhìn cắt của bình áp suất lò [8]

Bên trong lò được thiết kế chủ yếu dùng cho việc dẫn chất làm mát lò, che chắn

bình khỏi những phóng xạ từ lõi, trợ lực và giữ các bó nhiên liệu, giữ mẫu vật

phóng xạ và cuối cùng là hướng dẫn cơ học máy móc các bó điều khiển

và đường dẫn khí cụ đo kiểm

 Thùng lò: là 1 bình hình trụ có đáy hình elip và được đục những lỗ

nhỏ Bó nhiên liệu được đặt cố định vào những vị trí cụ thể tại đáy thùng lò

Thùng còn điều khiển chất làm mát theo một mạch chảy đồng bộ Đỉnh thùng được

trợ lực ở vùng vành của bình lò Cả bình được ngăn không cho rung động ở đáy

bằng 8 chốt trục ở bề mặt trong của bình, được đặt trong những ngăn trên thùng

Ở phần trên của thùng, những lỗ có đường kính 180mm được đục để thoát chất làm

mát ra ngoài

 Vách ngăn của lò: được đặt trong thùng lò ở khu vực trung tâm

Nó tạo không gian cho những bó ở rìa và chắn dòng neutron để bảo vệ bình lò

Nó còn bao gồm 5 vòng được ép nén và liên kết với nhau một cách cơ học

Vòng ở đáy được cố định vào vành đai của thùng lõi Những trục dọc ở bề mặt

trong của thùng được khớp với những rãnh nằm ở mặt ngoài của đáy Những lỗ chiều dọc được đục để đảm bảo việc làm mát vách ngăn của lò

 Bó các ống bảo vệ được thiết kế để sắp xếp những bó nhiên liệu vào

vị trí, phòng ngừa việc chúng nổi lên, để hợp nhất hệ thống theo dõi trong lõi,

để bảo vệ việc chạy các thanh điều khiển khỏi dòng chất làm mát, cuối cùng là để

tạo một dòng chảy thoát chất làm mát ra đồng bộ, chảy vào thùng lõi và bình lò

Nó bao gồm 2 đĩa được nối với nhau bằng 1 vỏ đục lỗ với những ống cho các những

bó thanh điều khiển và hệ thống theo dõi Nó được cố định vào vị trí phía trên của vành thùng lõi Phần đáy được đặt vào đầu của những bó nhiên liệu

1.2.5.3 Lõi lò

Lõi lò có 163 bó nhiên liệu được xếp thành hình lục giác với sự trợ giúp

của cấu trúc hỗ trợ bằng thép không rỉ Mỗi bó nhiên liệu có 331 vị trí, trong số đó

18 vị trí dành cho thanh điều khiển, 1 vị trí dành cho ống đo đạt và cân bằng, 311

vị trí có chứa viên nhiên liệu uranium dioxide làm giàu nhỏ, được đặt trong những

ống Zr-Nb Nguồn nguyên liệu làm giàu uranium tối đa 4,1% được đặt trong khuôn

hình lục giác Những viên nhiên liệu có lõi đồng trục trung tâm Sơ đồ thanh

nhiên liệu và bó nhiên liệu được biểu diễn ở hình 1.5 [8]

Những khuôn ngăn bằng thép không rỉ được đặt cách nhau mỗi 255mm trong

suốt chiều cao của lõi Bên trong các bó nhiên liệu, ở phía trên có một lò xo để giữ

cho các bó nhiên liệu ở đúng vị trí Việc nạp và tháo dỡ nhiên liệu được thực hiện

với sự trợ giúp của những máy nạp nhiên liệu được thiết kế đặc biệt, được đặt trên

lò

Việc sắp xếp những bó nhiên liệu với những thanh hấp thu có thể cháy được nằm trong lõi cho vòng xoay đầu tiên được vẽ ở hình 1.6

Hình 1.6 Mặt cắt ngang bó thanh nhiên liệu[8],[2]

1 Thanh nhiên liệu, 2 Ống chứa thanh điều khiển,

3 Ống trung tâm đặt dụng cụ đo kiểm

Hình 1.5 Sơ đồ thanh nhiên liệu [8]

1 Pin, 2 Nắp đậy, 3 Kênh dẫn

4 Ống trung tâm, 5 Thanh nhiên liệu

6 Khuôn ngăn bằng thép

7 Khuôn lưới thấp, 8 Đoạn nối cuối

1.2.5.4 Hệ thống điều khiển bảo vệ bằng các thanh hấp thụ (CPS-AR)

Các thanh hấp thụ có thể được chèn vào lõi thông qua những ống hướng dẫn được cung cấp ở phần đỉnh của lõi Một hệ thống CPS-AR gồm 1 chuỗi 18 thanh hấp thụ được xếp theo hình 1.7 [8] CPS-AR có thể được chèn vào 1 bó nhiên liệu

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển bảo vệ bằng các thanh hấp thụ [8]

1 Nắp kẹp, 2 Khe CPS AR, 3 Lò xo giảm xóc, 4 Lớp phủ hợp kim,

5 Thanh bằng thép hoặc hợp kim, 6 Chốt bọc lưới niken,

7 Bột hấp thụ B C , 8 Bột hấp thụ 4 Dy O TiO 2 3 2

CPS AR bao gồm 1 nắp kẹp và từng lò xo giảm xóc cho mỗi chi tiết hấp thụ Nắp kẹp gồm một ống lót trục bằng thép với những khớp điều khiển được kết nối với trục Những chi tiết hấp thụ di chuyển qua những lỗ trên bên hông Lò xo giảm xóc được cài vào những đỉnh trên của những chi tiết hấp thụ ở cả 2 bên của phần hông Nắp của CPS-AR có 1 bộ phận tiếp nhận để nối lưỡi lê với trục nối dài của thanh điều khiển, nắp còn có 1 đường rãnh xuyên suốt để đặt cố định pin để tránh việc xoay chuyển ngoài ý muốn của trục nối dài, có thể dẫn đến hiện tượng tách rời

Nguyên liệu hấp thụ là bột nén vibro có boron carbide B4C, nhưng ở đáy

thì được thay thế bằng dysprosium titanate (lên đến độ cao tối đa là 30cm)

Hệ thống thanh điều khiển điện từ: được thiết kế để tạo chuyển động từng bước một của những bó điều khiển bên trong lõi lò, nhằm mục đích:

 Tự động điều chỉnh để đạt 1 mức năng lượng lò được đặt trước

 Thay đổi mức năng lượng của lò

 Cung cấp sự điều khiển mức độ phản ứng tạm (miếng chêm)

 Kết thúc phản ứng dây chuyền một cách nhanh chóng, khiến lò dừng

hoạt động

Đơn vị truyền động chủ yếu bao gồm:

 Ống lót: chứa những phần bên trong và bên ngoài của sự truyền động

và được thiết kế để vận hành trong điều kiện của vòng mạch sơ cấp

 Trục có răng vuông với bước răng là 20mm

 Hệ thống điện từ: bao gồm 3 nam châm điện: kéo, khóa và ghi nhận,

được đặt chặt trên mặt ngoài của ống lót Những thanh cột (có khả năng di chuyển)

của bộ phân kéo và bộ phận khóa được xếp trong ống ngoài

1.2.5.5 Máy điều áp

Máy điều áp dùng để tạo và giữ mức áp suất cần thiết 15,7+0,3MPa trong

hệ thống làm mát của lò Bình điều áp có dạng hình trụ thẳng đứng có đầu của đỉnh

và đáy hình chỏm cầu, phần dưới có bố trí 28 khối thanh đốt điện với tổng công suất

2520 kW Bề mặt trong của bình điều áp được phủ một lớp thép không rỉ Mỗi khối

thanh đốt điện có 9 thanh đốt dạng ống hình chữ U (đường kính ngoài 13,6mm),

công suất mỗi khối các thanh đốt là 90 kW Các khối này được chia thành 4 nhóm

đặt ở đáy bình điều áp

Áp suất của hệ thống làm mát lò được điều khiển bởi máy điều áp, nơi mà nước và hơi nước được điều tiết ở trạng thái cân bằng bởi máy đun bằng điện và máy phun sương Van an toàn tự động được đặt trên máy điều áp

và xả vào bồn bọt khi cần giảm áp suất

bề mặt đáp ứng truyền tải nhiệt và những thành phần bên trong khác

Phần sơ cấp của bình sinh hơi bao gồm đường ống phân phối đầu vào

và đầu ra, gọi là bộ góp Những bề mặt truyền tải nhiệt dạng ống hình chữ U bằng thép không rỉ (TI-stabilised) tỏa nhiệt từ đầu vào bộ góp chính (đầu nóng)

và kết thúc ở đầu ra bộ góp chính (đầu lạnh) Vỏ bình sinh hơi đồng thời còn chứa

hệ thống phân phát nước và 1 đầu ống riêng biệt của nguồn nước khẩn cấp

Hình 1.9 Bình sinh hơi [2]

1.2.5.7 Máy bơm tuần hoàn chính

Những máy bơm tuần hoàn chính là những máy bơm di chuyển chất làm mát trong những vòng khép kín đi qua bình áp suất lò, đường ống làm mát lò và những bình sinh hơi Máy bơm làm mát lò là máy bơm li tâm thẳng đứng một trục, hoạt động độc lập

Yêu cầu cơ bản đối với vận hành máy bơm tuần hoàn chính là phải hoạt động với độ tin cậy cao và bền vững mà không cần bất cứ sự can thiệp nào của nhân viên điều hành trong một thời gian dài Máy bơm tuần hoàn chính được bố trí trong khu bảo vệ kín nên thực tế không có khả năng sửa chữa trong thời gian lò phản ứng hoạt động

Những đặc tính cơ bản của máy bơm tuần hoàn chính [2]

Máy bơm tuần hoàn chính có thể hoạt động liên tục trong mọi chế độ khoảng

10000 giờ, thời gian làm việc trước khi hỏng lớn hơn hoặc bằng 18000 giờ và tuổi thọ trung bình từ 30 năm trở lên

1.2.5.8 Hệ thống phụ trợ lò

Để hoàn thành tất cả các tính năng, hệ thống lò được cung cấp thêm những hệ thống phụ, bổ trợ hệ thống làm mát lò bằng việc thực hiện nhiều tính năng khác nhau

 Hệ thống điều khiển hóa học và thể tích lò: Chức năng chính của

hệ thống này là điều chỉnh nồng độ axit boric trong chất làm mát chính để điều khiển những thay đổi về mức độ phản ứng trong thời gian dài, bắt nguồn từ việc thay đổi nhiệt độ chất làm mát lò những khi tắt máy (lạnh) và lúc vận hành tối đa công suất (nóng), đốt nhiên liệu và những chất độc cháy được, tích lũy sản phẩm phân hạch trong nguyên liệu và xenon tức thời

 Hệ thống loại bỏ nhiệt thặng dư hoạt động như một nơi chứa nhiệt dài hạn của lò Hệ thống loại bỏ nhiệt phân rã trong giai đoạn thứ 2 của quá trình mát lên của nhà máy (được tính trước) Ở giai đoạn thứ nhất, nhiệt dư được loại bỏ bởi hơi thoát ra từ bình sinh hơi đến bình ngưng của tua-bin

1.2.5.9 Hệ thống tua-bin

Hệ thống tua-bin được thiết kế để vận hành ở 3000 vòng/phút trên hơi nước bão hòa, cùng chung với việc lò WWER-1000 có mức đầu ra của nhiệt là 3000 MWt Mức đầu ra được đánh giá của máy phát sẽ là 995 MW, đối với nước làm mát

ở nhiệt độ 32o

C và độ khô 0,995

Hệ thống tua-bin bao gồm một tua-bin áp suất cao 2 dòng và ba tua-bin áp suất thấp 2 dòng Tua-bin có khả năng vận hành ổn định ở những dãy tần số từ 47,5Hz đến 51,5Hz, mà không cần giới hạn thời gian nào Tua-bin có một hệ thống điều khiển điện-thủy lực, được hỗ trợ bằng một hệ thống thủy lực cơ học Những tính năng hiện đại như thiết bị ước lượng ứng suất, hệ thống theo dõi hiệu suất trực tuyến, máy tách ẩm… đã được kết hợp vào hệ thống tua-bin

1.2.5.10 Vòng mạch thứ cấp

Hơi sinh ra từ bình sinh hơi đi qua tua-bin áp suất cao Giữa tua-bin áp suất cao và tua-bin áp suất thấp, hơi ẩm được loại bỏ bằng máy tách ẩm và hơi nước được đun lại ở khu đun lại của máy tách ẩm Khí thải của tua-bin được ngưng đọng

ở máy ngưng đọng hơi và làm mát bằng nước biển Chất lỏng sau khi ngưng đọng, với sự trợ giúp từ máy bơm hút, được bơm qua một nhóm các máy đun áp suất thấp đến với một máy thoát khí Bồn thoát khí xử lý các loại khí không ngưng đọng được

và đảm bảo lượng nước luôn đủ Nước cung cấp được những máy bơm của máy đun sôi đẩy qua những máy đun để đến bình sinh hơi

Hình 1.10 Sơ đồ của vòng tuần hoàn nước cung cấp [8]

1.2.5.11 Hệ thống làm mát và thổi khẩn cấp của bình sinh hơi

Hệ thống làm mát và thổi khẩn cấp của bình sinh hơi được dùng để loại bỏ nhiệt dư và làm mát lõi trong trường hợp khẩn cấp do mất điện hoặc mất hệ thống loại bỏ nhiệt dư thông qua bên thứ cấp Dưới điều kiện vận hành bình thường,

nó còn được dùng cho việc thổi tắt của bình sinh hơi nhằm mục đích thanh lọc nguồn nước của bình sinh hơi Hệ thống này gồm 4 bộ truyền động độc lập và trong trường hợp mất điện đến trạm, tất cả những máy bơm của hệ thống được khởi động theo chương trình nạp liên tiếp sau khi nguồn điện dự phòng khẩn cấp được phục hồi

Khi áp suất bình sinh hơi lên đến 7,35 MPa, những van trên đường khí hơi đến máy trao đổi nhiệt được mở một cách tự động Những máy bơm tuần hoàn lại sẽ bơm những dung dịch ngưng đọng được làm mát trở về bình sinh hơi Van điều khiển trong máy bơm giúp duy trì tự động mức áp suất 6,67 MPa của bình sinh hơi Hệ thống vận hành trong 1 vòng khép kín và không cần thêm nguồn nước nào

Những máy trao đổi nhiệt được kết nối với bên thứ cấp của bình sinh hơi,

để những hơi từ những bình sinh hơi được ngưng đọng trong máy trao đổi nhiệt

và dung dịch ngưng đọng được đưa về lại nguồn nước của bình sinh hơi, đồng thời gìn giữ lại nguồn nước của bên thứ cấp Những máy trao đổi nhiệt nhìn giống như những ống khói, được đặt trên đỉnh của phần phụ thùng lò (RBA) Việc nâng những máy trao đổi nhiệt lên trên những bình sinh hơi, giúp đảm bảo có một vòng tuần hoàn chất làm mát tự nhiên đáng tin cậy trong vòng mạch nước hay hơi

Vỏ máy trao đổi nhiệt có dạng hình hộp chữ nhật, có những phần trên

và dưới được kết nối với những ống dẫn khí Ống dẫn khí ở trên có hình dạng ống khói Không khí mát được đưa vào ống dẫn khí ở bên dưới Những van khói kiểu

lá chắn được đặt ở đầu vào và đầu ra của ống dẫn khí Ở bên phía ống, máy trao đổi nhiệt được kết nối với bình sinh hơi bằng những đường ống dẫn

Những van trên những lối của hơi hay nước thường được mở và chỉ đóng khi bảo trì máy trao đổi nhiệt Van khói kiểu lá chắn trên đường không khí đi qua được đóng khi qua máy phát điện từ Nếu mất nguồn điện, cuộn cảm của máy phát điện từ bị yếu dần và những cửa tự mở bằng chính trọng lượng của chúng

Do việc đun nóng không khí và những khác biệt về khối lượng riêng của không khí

bên trong và bên ngoài của vỏ, không khí được lưu thông qua vỏ bằng gió lò

tự nhiên và dòng khí được thiết kế được thiết lập một cách từ từ Do đó, nhiệt

phân rã bị loại bỏ

1.2.5.13 Hệ thống truyền nhanh boron

Hệ thống truyền nhanh boron được dùng để đưa lò về trạng thái ngừng hoạt động an toàn, bằng cách truyền dung dịch axit boric nồng độ cao, trong

trường hợp hệ thống bảo vệ lò gặp sự cố Hệ thống bao gồm 4 bồn chứa boron

nồng độ cao (40g/kg), mỗi bồn được đặt đối diện mỗi bộ máy bơm chất làm mát lò

Khi phát hiện sự cố từ hệ thống bảo vệ lò, van điện từ đối diện bồn được mở ra và

bồn trở thành một phần thể tích của hệ thống chất làm mát lò Dung dịch boron từ

bồn được chảy tự động vào chất làm mát lò bằng những máy bơm chất làm mát

chính

1.3 Cơ sở lý thuyết về việc làm giàu nhiên liệu

Để có thể sử dụng cho lò phản ứng WWER, nhiên liệu phải có tỉ lệ urani 235

trong khoảng từ 2%-5%, vì urani 235 là đồng vị duy nhất có khả năng phân hạch

một cách tự nhiên Thế nhưng trong tự nhiên urani được tìm thấy ở dạng urani 238

chiếm 99,284%, urani 235 chiếm 0,711% và một lượng rất nhỏ urani 234 khoảng

0,0058% Do đó việc làm tăng tỉ lệ urani 235 trong urani tự nhiên được gọi là làm giàu nhiên liệu

Việc làm giàu urani chủ yếu là dựa vào sự khác nhau trong tính linh động

do có sự khác biệt rất nhỏ về khối lượng giữa urani 235 và urani 238 Trong các phương pháp làm giàu được nghiên cứu thì có hai phương pháp đã được

phát triển đến quy mô công nghiệp, đó là phương pháp khuếch tán khí và phương pháp siêu ly tâm

 Phương pháp khuếch tán khí [13]:

Trước khi làm giàu bằng phương pháp này, tetraflorua urani thu được sau công đoạn tuyển quặng và tinh chế được biến đổi thành hexaflorua urani (UF6)

là chất có thể dễ dàng chuyển sang thể khí (bắt đầu từ nhiệt độ 56 C), bởi vì việc làm giàu chỉ có thể thực hiện dễ dàng ở pha khí

Theo phương pháp khuếch tán khí, người ta cho UF6 ở thể khí đi qua một loạt các màng ngăn (membrane) là những vách (wall) đục lỗ rất nhỏ Các phân tử hexaflorua urani 235 nhẹ hơn các phân tử hexaflorua urani 238 nên đi qua các hàng rào này nhanh hơn, nên urani dần dần được làm giàu Tuy nhiên do khối lượng riêng của hai đồng vị rất gần nhau nên sự di chuyển chậm

của urani 238 so với urani 235 cũng rất ít Do đó, trong nhà máy làm giàu urani,

ví dụ nhà máy Eurodif ở Tricastin, Pháp, cung cấp hơn một phần ba sản lượng

thế giới về urani giàu, thao tác phải lặp đi lặp lại 1400 lần để sản xuất ra urani có

hàm lượng urani 235 cần thiết có thể dùng trong các nhà máy địên hạt nhân

thông thường

 Phương pháp siêu ly tâm [13]:

Người ta dùng máy ly tâm quay với tốc độ rất nhanh Hexaflorua urani 238

nặng hơn nên bị đẩy dần ra ngoài biên, còn hexaflorua urani 235 được giữ lại

phía bên trong Sự khác biệt mặc dù rất nhỏ về khối lượng giữa hai phân tử cho phép nâng dần hàm lượng urani 235 Muốn đạt được hàm lượng urani 235 đủ

cao thì phải qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau

 Bên cạnh đó còn có một phương pháp khác cho phép làm giàu urani

235 chỉ qua một giai đoạn đó là phương pháp làm giàu bằng laser Khác với hai

kỹ thuật làm giàu trình bày ở trên, phương pháp này phân ly đồng vị bằng cách

chiếu tia laser vào hơi nguyên tử urani.Nguyên lý phân ly đồng vị bằng tia laser là

lấy đi một electron của urani 235 bằng cách sử dụng năng lượng của chùm tia laser,

không ảnh hưởng đến urani 238 Tia laser có bước sóng được lựa chọn một cách

chính xác, cung cấp năng lượng cần thiết để bức electron khỏi nguyên tử urani 235,

chứ không phải nguyên tử urani 238 Sau khi bị ion hoá (mang một điện tích

dương), urani 235 được tách ra khỏi hơi uran nhờ một điện trường và được thu về

phía cực âm trên bộ góp [13]

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHIỄM ĐỘC XENON VÀ SAMARI

TRONG LÒ PHẢN ỨNG 2.1 Sự nhiễm độc trong lò phản ứng

Khi lò phản ứng hoạt động, trong lò sẽ tích lũy một số sản phẩm phân hạch

(Rh-105, I-131, Ba-140,…) gây nhiễm độc cho lò phản ứng Các sản phẩm phân hạch này có khả năng hấp thụ neutron làm giảm độ phản ứng không mong muốn và ảnh hưởng đến mật độ thông lượng neutron trong lò

Trong tất cả các sản phẩm phân hạch, Xenon-135 và Samari-149 là hai đồng vị gây nhiễm độc đáng kể trong lò phản ứng, bởi vì [4]:

 Xenon có tiết diện hấp thụ vĩ mô neutron nhiệt khoảng 6

2,5.10 bar

lớn nhất trong tất cả các chất đã biết; nhanh chóng đạt đến nồng độ cân bằng sau

30 đến 40 giờ, gia tăng nhiễm độc sau khi dừng lò (hố Iod)

 Samari có tiết diện hấp thụ vĩ mô neutron nhiệt khoảng 4

5.10 bar, đạt đến nồng độ cân bằng sau 8 đến 10 ngày, gia tăng nhiễm độc sau khi dừng lò (hố Promete)

N I là nồng độ nguyên tử I-135 trên cm3

I là tỉ lệ sản phẩm phân hạch của I-135 (0,061)

f là tiết diện phân hạch vĩ mô

(xỉ)

6,7 giờ 0,5 phút 9,2 giờ

+

(xỉ)

n

Φ là thông lượng neutron trung bình

I là hằng số phân rã của I-135 (2,87 x 10-5 s-1)

dN

dt             (2.6) Với:

NI, NXe là nồng độ nguyên tử I-135 và Xe-135 trên cm3

I là tỉ lệ sản phẩm phân hạch của I-135 (0,061)

Xe là tỉ lệ sản phẩm phân hạch của Xe-135 (0,003)

f là tiết diện phân hạch vĩ mô

Φ là thông lượng neutron trung bình

Xe a

 là tiết diện hấp thụ vi mô của Xe-135

I là hằng số phân rã của I-135 (2,87 x 10-5 s-1)

Xe là hằng số phân rã của Xe-135 (2,09 x 10-5 s-1)

N là số hạt nhân urani trung bình theo thể tích vùng hoạt

là độ làm giàu nhiên liệu

Nên nồng độ cân bằng của Xenon có thể viết như sau:

Xe Xe Xe

u

N

Với ulà tiết diện hấp thụ vĩ mô của nhiên liệu

Độ nhiễm độc Xenon ở trạng thái cân bằng:

q q

* Nhiễm độc Xenon trong quá trình quá độ:

 Lò làm việc ổn định ở mật độ thông lượng neutron 0:

 Trong thời gian quá độ, nồng độ Xenon phụ thuộc mật độ thông lượng

neutron , mà mật độ thông lượng neutron lại phụ thuộc vào công suất lò nên

nồng độ Xenon phụ thuộc vào công suất của lò phản ứng

 Khi công suất lò phản ứng tăng thì mật độ thông lượng neutron tăng Do đó,

Xenon hấp thụ neutron nhiều dẫn đến nồng độ Xenon trong lò giảm Sau một thời gian, nồng độ Iodine trong lò tăng và Iodine phân rã làm nồng độ

Xenon tăng theo Vì vậy, nồng độ Xenon ở mật độ thông lượng neutron lúc sau lớn

hơn nồng độ Xenon ở mật độ thông lượng neutron lúc đầuN Xe1 N Xe0

 Khi công suất lò phản ứng giảm thì mật độ thông lượng neutron giảm Do

đó, Xenon và Iodine hấp thụ neutron ít hơn, phản ứng cháy của Xenon giảm nên sự tăng giảm Xenon chủ yếu do quá trình phân rã

Ta có:   I Xenên ban đầu nồng độ Xenon tăng Nồng độ Xenon tăng đến một giá trị cực đại nào đó rồi giảm vì lúc đó nồng độ Iodine giảm và Xe vẫn tiếp tục phân rã

Hình 2.2 Sự phụ thuộc của q và Xe Xevào công suất lò [1]

* Nhiễm độc Xenon trong quá trình tắt lò ( 1 0):

Trước khi tắt lò đang hoạt động với mật độ thông lượng neutron không đổi 0

Ta có độ nhiễm độc Xenon ở trạng thái cân bằng là: