Sự nhiễm độc độc tố trong lò phản ứng

` TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ CHUN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN Khóa luận tốt nghiệp đại học ĐỀ TÀI: NHIỄM ĐỘC LỊ PHẢN ỨNG CBHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM CBPB: ThS TRẦN THIỆN THANH SVTH: PHẠM CƠNG THÀNH ………… TP Hồ Chí Minh /2007………… LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cám ơn gửi lời tri ân tới quý thầy cô khoa vật lý – trường đại học khoa học tự nhiên thành phố hồ chí minh Quý thầy cô không ngừng cung cấp, truyền đạt, hướng dẫn cho em kiến thức khoa học, xã hội quý báo mà dạy dỗ em kiến thức đạo lý làm người Đặc biệt em xin chân thành cám ơn thầy ThS Nguyễn Đình Gẫm – người trực tiếp hướng dẫn em thực hoàn thành khóa luận Qua em cung xin chân thành cám ơn người bạn góp ý chân thành suốt trình em thực khóa luận Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cha mẹ, anh chò gia đình tất bạn bè – người nâng đỡ, dưỡng dực đồng hành suốt thời gian qua Và cuối em hy vọng đằng sau bước em sống, có dõi theo củ thầy cô, gia đình bạn bè Em xin chân thành cảm ơn! GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chương LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1.1 Sơ lược lò phản ứng hạt nhân 1.1.1 Đònh nghóa lò phản ứng hạt nhân 1.1.2 Sơ lược va chạm neutron 1.1.2.1 Va chạm đàn hồi 1.1.2.2 Va chạm không đàn hồi 1.1.2.3 Bắt xạ 1.1.2.4 Bắt với phát xạ hạt mang điện 1.1.2.5 Phân hạch 1.1.2.6 Sản xuất đồng vò 1.1.3 Sự phân hạch 1.1.4 Sự hình thành lượng lò phản ứng 10 1.2 Cấu tạo lò phản ứng hạt nhân 11 1.2.1 Cấu tạo 11 1.2.2 Tâm lò phản ứng hạt nhân 12 1.2.3 Nhiên liệu hạt nhân 12 1.2.4 Chất làm chậm 12 1.2.5 Chất tải nhiệt 13 1.2.6 Các điều khiển 13 1.3 Quá trình hoạt động lò phản ứng hạt nhân 13 1.4 Hệ số nhân 15 Chương LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 19 2.1 Lòch sử phát triển lò phản ứng hạt nhân 19 2.2 Phân loại lò phản ứng hạt nhân 23 2.2.1 Lò khí 23 2.2.2 Lò nước nặng 23 2.2.3 Lò nước nhẹ 23 2.2.4 Lò tái sinh 24 2.2.5 Lò phản ứng nhanh 24 2.2.6 Lò dùng công nghệ máy gia tốc 24 2.3 Chất thải, an toàn tương lai lò phản ứng hạt nhân 25 2.3.1 Chất thải lò phản ứng hạt nhân 25 2.3.2 An toàn lò phản ứng hạt nhân 27 2.3.3 Tương lai lò phản ứng hạt nhân 28 SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH -1- GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM Chương NHIỄM ĐỘC LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 29 3.1 Sơ lược ảnh hưởng độc tố lên độ phản ứng 29 3.2 Sự hình thành ảnh hưởng độc tố 135Xe lò phản ứng hạt nhân 33 3.2.1 Sự hình thành 135Xe 33 3.2.2 nh hưởng độc tố 135Xe lên độ phản ứng 42 3.2.3 nh hưởng độc tố 135Xe sau lò ngừng hoạt động 43 3.2.4 Không gian dao động độc tố 135Xe 50 3.3 Sự hình thành độc tố 149Sm 54 3.4 Các độc tố khác có lò phản ứng hạt nhân 59 3.5 Cách khắc phụ độc tố 61 3.6 Sản phẩm phân hạch hạt nhân bảo hòa không bảo hòa 61 KẾT LUẬN 63 PHỤ LỤC 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH -2- GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số   nguyên tố phân hạch 235U, 239Pu 16 Bảng 2.1 Tổng công suất điện hạt nhân số quốc gia (2003-IAEA) 22 Bảng 2.2 Tỉ lệ lương hạt nhân số quốc gia (2003-IAEA) .23 Bảng 2.3 Một vài lò giới 25 Bảng 3.1 Độ nhiễm độc 135Xe cân lúc lò vận hành .41 SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH -3- GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ va chạm đàn hồi Hình 1.2 Sơ đồ va chạm không đàn hồi Hình 1.3 Sơ đồ phản ứng phân hạch hạt nhân 10 Hình 1.4 Cấu tạo chung lò phản ứng hạt nhân 11 Hình 1.5a Cấu tạo tâm lò phản ứng hạt nhân .12 Hình 1.5b Cấu tạo tâm lò phản ứng hạt nhân .12 Hình 1.6 Sơ đồ hoạt động lò phản ứng hạt nhân 14 Hình 2.1 Lò Janne Wallenius 19 Hình 3.1 Sơ đồ chuỗi phân hạch tạo thành sản phẩm 135Xe 34 Hình 3.2a Đồ thò biểu diễn tăng nồng độ 135Xe lò vân hành .37 Hình 3.2b Đồ thò biểu diễn tăng nồng độ 135Xe lò vân hành .37 Hình 3.3 Sơ đồ nồng độ độc tố 135Xe sau lò ngừng hoạt động 44 SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH -4- GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM MỞ ĐẦU Công nghệ lò phản ứng xuất cách 50 năm kỷ trước ngày chứng tỏ vò trí so với ngành công nghiệp khác ứng dụng quan trọng lónh vực từ quân sự, công nghiệp, y khoa Đồng thời đạt hiệu cao đưa vào sử dụng, nên có nhiều nước giới ngày xây dụng nhiều lò có độ an toàn cao, công nghệ đại kỹ thuật ngày cao Các lò phản ứng đa dạng, chúng phân loại dựa vào chức lò phản ứng, lượng neutron phân hạch hạt nhiên liệu v v Đã có nhiều hệ lò đời hệ lò thứ 4, điều ngày khắng đònh ưu vượt trội nó, qua hệ lò đời minh chứng cho phát triển công nghệ lò phản ứng Cùng với phát triển nhanh ngành khoa học công nghệ, ngành công nghệ lượng nguyên tử Việt Nam phát triển mạnh thu nhiều kết to lớn Ngày nay, ta tìm thấy công nghệ hạt nhân có mặt lónh vực từ công nghiệp, nông nghiệp, y học,… Có thể nói vai trò kỹ thuật hạt nhân lớn, trình độ kỹ thuật công nghệ ngày phát triển cao thành tựu công nghệ hạt nhân đem đến ngày nhiều Lò phản ứng hạt nhân có ưu cao như: - Tạo hiệu suất lượng cao - Tạo đồng vò, kể đồng vò tự nhiên - Được ứng dụng nhiều lónh vực Trong khóa luận tốt nghiệp người làm muốn khái quát cách tổng quát lò phản ứng hạt nhân giới thiệu nhiễm độc lò phản ứng hạt nhân đồng thời trình bày cách khắc phục nhiễm độc lò phản ứng hạt nhân cách khái quát SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH -5- GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM Chương LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1.1 Sơ lược lò phản ứng hạt nhân Ngành vật lý lò phản ứng hạt nhân phận đặc biệt vật lý hạt nhân Các lò phản ứng đa dạng, nhiên vấn đề xét đề cập nguyên tắc lò phản ứng nói chung 1.1.1 Đònh nghóa lò phản ứng hạt nhân Lò phản ứng hạt nhân thiết bò lượng hạt nhân lượng xạ giải phóng từ sản phẩûm sinh trình phân hạch Năng lượng giải phóng phản ứng dây chuyền liên quan đến neutron nguyên tố khả phân (nguyên tố khả phân nguyên tố phân hạch neutron chậm Ba đồng vò khả phân là: U , 235U , 239 Pu ) 233 Việc thiết kế, xây dựng phương pháp phân tích lò phản ứng hạt nhân xem vấn đề công nghiệp Hoạt động lò thường khảo sát động lực học chất khí cổ điển, phương pháp trao đổi nhiệt, điện học cổ điển Tuy nhiên tương tác hạt vi mô lò mô tả lý thuyết vật lý hạt nhân 1.1.2 Sơ lược va chạm neutron Neutron hoạt động lõi lò phản ứng, neutron dùng làm tác nhân để gây phản ứng phân hạch hạt nhân, neutron tương tác với nguyên tử, thành phần cấu tạo lõi lò, gây phản ứng phân hạch Chúng tương tác với hạt nhân theo hai trình: trình hấp thụ trình tán xạ Tương tác neutron với hạt nhân theo cách sau: SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH -6- GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM 1.1.2.1 Va chạm đàn hồi Va chạm neutron với hạt nhân đàn hồi xung lượng động bảo toàn Kết truyền phần động neutron cho nhân bia kèm theo thay đổi phương chuyển động, lượng, tốc độ góc tán xạ neutron nghiên cứu cách cụ thể theo lý thuyết động lực học chất khí cổ điển Hình 1.1 Sơ đồ va chạm đàn hồi 1.1.2.2 Va chạm không đàn hồi Với nhân bia nguyên tố nặng : Fe, U,… Khi neutron có lượng khoảng 1MeV chúng có khả kích thích hạt nhân, cách neutron truyền toàn lượng ban đầu cho nhân bia, hạt nhân bia bò kích thích nên trở trạng thái cách phát tia ‫ﻻ‬ Hình 1.2 Sơ đồ va chạm không đàn hồi SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH -7- GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM 1.1.2.3 Bắt xạ Khi hạt nhân bia bắt neutron, trở thành đồng vò mới, đồng thời lượng ban đầu neutron chuyển cho nhân bia Đồng vò phát tia gamma để trở trạng thái bền Ví dụ: 59 27  60 27  60 27 60 27  Co Co Co 60 27 n  Co Co 60 28 N (T1/  10,5 Phút )       (T1/  5,27 Năm ) Việc bắt xạ ứng dụng việc tạo đồng vò phóng xạ, kể đồng vò phóng xạ tự nhiên để ứng dụng ngành công nghiệp, y khoa ngành khác Ví dụ: 13  14  C C n  14 N 14 C     (T1/  5730 năm ) 1.1.2.4 Bắt neutron với phát xạ hạt mang điện Nếu lượng neutron cao ( >10 MeV ) nhân bia bắt neutron có biến đổi kèm theo phát xạ hạt proton hay hạt alpha Ví dụ: 16 O 17 O   n 16 N   17 O 1 p     (T1/  5,37 Năm ) 1.1.2.5 Phân hạch Neutron gây phân hạch, tạo đồng vò không bền: xác suất gây phản ứng phân hạch xảy cao neutron chậm Điều SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH -8- GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM phân hạch từ nhiên liệu giảm bớt cho lượng lò phản ứng tăng nồng độ 135I nhờ vào mức thông lượng cao hình thành nên tăng nồng độ độc tố 135 Xe độ phản ứng giảm bớt lại Điều làm giảm thông lượng, hình thành của độc tố phản ứng âm SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 55 - 135 Xe làm tăng độ GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM 3.3 Sự hình thành độc tố 149Sm 135 Cũng giống độc tố Xe, độc tố 149 Sm mãnh phân 149 hạch quan trọng đồng vò Sm đồng vò bền có tiết diện hấp thụ neutron nhiệt hiệu dụng lớn vào khoảng 4,2.104b đồng vò 149Sm sinh nhiên liệu 235U phân hạch neutron chậm với liều suất 1,13% hình thành theo theo chuỗi phản ứng sau:   , 1,7h 149Pm    , 53h 149Sm 149 Nd  60 61 62 Đồng vò 149 Sm sản phẩm phân hạch bền, sản phẩm cuối chuỗi phản ứng phân rã sản phẩm phân hạch Do sản phẩm phân hạch 149 Nd có chu kỳ bán rã ngắn khoảng 1,7h so với chu kỳ bán rã sản phẩm phân hạch 149 Pm 53h nên giả thiết toàn lượng đồng vò bền 149Sm sinh chuỗi phản ứng sản phẩm 149Pm với liều suất 0,013 Chúng ta khảo sát nồng độ độc tố 149Sm sinh vùng hoạt lò phản ứng giống cách mà làm nồng độ độc tố 135 Xe sinh từ phân rã 149 Pm độc tố 135 I Bài toán thực sinh sản phẩm 149 Sm tương tự toán tính nồng độ 135 I độc tố 135 Xe sinh mà ta xét phần trước dN Pm      N Pm f Pm Pm dt (3.41) Nồng độ 149Pm thời điểm t với điều kiện ban đầu NPm (t=0)=0 là: N Pm   Pm   f Pm (1  e  t Pm ) Nồng độ 149Pm đạt giá trò lớn t đến ∞ SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 56 - (3.42) GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM N  Pm,eq  Pm   f Pm (3.43) Nồng độ độc tố 149Sm đạt giá trò cân là: N Sm,eq   Sm  f Pm (3.44) Như độ nhiễm độc độc tố 149Sm sau thời gian t là:  Sm N Sm,eq  (t )   a (3.45) Hay độ nhiễm độc độc tố 149Sm cho sau:   aSm Pm    (  ) Pm a Pm f (3.46) Cũng phần cho ta thấy tiết diện hiệu dụng bắt neutron nhiệt sản phẩm phân hạch 149 Pm nhỏ nên bỏ qua số hạng  aPm  đem so sánh với số  Bởi đồng vò độc tố Pm không phóng xạ nên thấy nồng độ độc tố độ nhiễm độc độc tố 149 Sm 149 Sm đạt giá trò cân 149 Sm suốt trình lò phản ứng hạt nhân hoạt động độc lập với thông lượng neutron Như phương trình diễn tả hình thành độc tố 149 Sm dễ so với độc tố 135Xe độc tố 149Sm không sinh cách trực tiếp từ phân hạch không phân rã đồng vò bền Nồng độ độc tố 149Sm đạt giá trò cân sau thời gian khoảng 77h sau lò phản ứng hoạt động Sau ta xét toán để tính nồng độ độc tố 149 Sm thời gian cực đại mà nồng độ độc tố 149Sm đạt gần đến giá trò cực đại, lấy liều suất sản phẩm phân hạch 149 SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 57 - Pm là:  Pm  0,013 đồng vò GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM độc tố 149 Sm không (đồng vò độc tố 149 Sm bền) các giá trò khác cho sau: Pm  3,6.106 s 1 Sm  Vì đồng vò độc tố 149Sm đồng vò bền  aSm  4, 2.1024 m2 Tương tự độc tố 135Xe ta có phương trình biểu diễn nồng độ độc tố 149 Sm sau thời gian t là: N  N  t  t  t (t )  Pm Pm (e Pm  e Sm )  N e Sm Sm Sm Sm  Pm (3.47) Thời gian cực đại mà độc tố 149Sm đạt nồng độ cân bằng: Sm Sm  Pm N Smeq tmax  ln (1  ) Sm  Pm Pm Pm N Pmeq Nếu ta khảo sát lò phản ứng sử dụng nhiên liệu (3.48) 235 U có độ giàu khoảng 2,5%, Thông lượng neutron là:   2,0.1018 nuetron / m2s Khi tỉ số Sm,eq Pm,eq nhỏ (nồng độ độc tố 149 Sm đạt giá trò cân bằng) so với thông lượng neutron nên cụm dấu ngoặc phương trình (3.48) coi gần 1, phương trình (3.48) viết lại sau: tmax   ln Sm Sm  Pm Pm (3.49) Thay c tất giá trò cho vào phương trình (3.49) thu thời gian cực đại mà đồng vò bền Suy : tmax  SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH 149 Sm đạt giá trò cân ln  77,16h 3,6.106  3,6.106 - 58 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM Với thời gian tính thay vào phương trình (3.45) thu độ nhiễm độc độc tố 149 Sm sau ngừng lò phản ứng Nhưng sau lò phản ứng ngừng hoạt động độ phản ứng độc tố 149Sm tăng lên đến giá trò tiệm cận  , độ phản ứng đồng vò bền 149 Sm cho lại công thức (3.46) Trong  thông lượng neutron dang trạng thái dừng trước dừng lò Sự nhiễm độc độc tố 149Sm không đạt đến giá trò cực đại mà dần đến giá trò tiệm cận cực đại  , không đạt giá trò cực đại nồng độ độc tố 149 Sm không giảm xuống như nồng độ độc tố 135 Xe, đồng vò bền không phân rã Thay giá trò  aSm ,  Pm , Pm cho vào phương trình (3.46), lấy tỉ số  f a  0,6 xét phần trước, tìm thấy độ phản ứng là:   (8,3.1021  0,013) (3.50) Với thông lương neutron cho thay vào phương trình (3.46) ta thu độ nhiễm độc sau dừng lò phản ứng hạt nhân tăng lên đến giá trò tiệm cận là:   (8,3.1021.2,0.1018  0,013)  0,0296 Như hiên diện độc tố 149Sm vùng hoạt lò phản ứng hạt nhân gây tình trạng làm cho lò phản ứng tái khởi động lâu hơn, nên điều cần thiết ta phải đưa vào lò phản ứng thêm độ phản ứng dương 0,0296 để bù trừ vào độ nhiễm độc độc tố 149 hoạt động bình thường Độ nhiễm độc độc tố đem so sánh với độc tố 135Xe SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 59 - Sm lò phản ứng 149 Sm coi nhỏ GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM Đối với lò phản ứng lơn nồng độ độc tố 149Sm đạt giá trò cân vào khoảng 0,012k đến 0,015k Điều quan tâm cần ý suốt trình lò phản ứng hoạt động phải thừa nhận có mặt hình thành đồng vò độc tố 149 Sm đạt giá trò cân Trong thực tế lò phản ứng lớn, sau lò phản ứng ngừng hoạt động hình thành đồng vò độc tố 149Sm bỏ qua Có hai lý để khẳng đònh điều này: - Chúng ta thấy nồng độ đồng vò độc tố 149Sm hình thành không đạt giá trò cực đại mà đạt đến giá trò tiệm cận  , chu kỳ bán rã (vì đồng vò độc tố 149 Sm đồng vò bền), thời gian sống sản phẩm phân hạch 149Pm lâu sản phẩm phân hạch 135I, đồng vò độc tố 149 Sm không phân rã sản phẩm độc tố 135 Xe bắt neutron hay phát tia xạ để trở trạng thái bền, thấy hình thành đồng vò bền 149 Sm từ phân rã sản phẩm phân hạch so vơi hình thành độc tố 149 Pm tương đối lâu 135 135 Xe từ phân rã sản phẩm I, nên việc có mặt độc tố 149Sm vùng hoạt lò phản ứng xem nhỏ - Tốc độ hình thành độc tố 149 Sm sau dừng lò phản ứng lâu khoảng đến ngày Trong thực tế nồng độ độc tố 149 Sm tăng lên vài mk, điều có nghóa lò phản ứng hoạt động lại, lò phản ứng hoạt động chậm không đáng kể Sau đạt giá trò tiệm cận  đồng vò bền 149 Sm trở điều kiện cân bằng, để độ phản ứng vượt qua độ nhiễm độc độc tố 149 Sm có hai cách, là: loại bỏ độc tố 149 Sm điều khiển hay cung cấp thêm nhiên liệu Vậy độ nhiễm độc cân đồng vò độc tố bền 149 Sm nhỏ độ nhiễm độc cân độc tố 135Xe cỡ lần, lớn nhiều SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 60 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM so với độc tố khác có vùng hoạt lò phản ứng nhiên liệu phân hạch 3.4 Các độc tố khác có lò phản ứng hạt nhân Như hai phần giới thiệu, độc tố 135 Xe đóng góp chủ yếu làm cho lò phản ứng hạt nhân bò nhiễm độc lò phản ứng hoạt động với thông lượng neutron 1017 neutron/m2s cao hơn, bên cạnh độc tố mà ảnh hưởng độc tố không cao đồng vò thời gian để phân rã đồng vò 149 Sm 149 Sm bền 149 Sm lâu khoảng đến ngày Ngoài hai độc tố quan trọng có nhiều hạt nhân khác tích lũy suốt thời gian lò phản ứng hoạt động chúng gây nên chậm lò phản ứng, chúng ảnh hưởng lên độ phản ứng Nhưng sản phẩm phân hạch có tiết diện hấp thụ neutron bé, vào khoảng nhỏ tiết diện hấp thụ neutron nhiệt nhiên liệu, phần lơn sản phẩm phân hạch có thời gian bán rã lơn đồng vò bền, chúng tích lũy tạo nên lượng đồng vò hấp thụ neutron Hiện tượng tích lũy gọi tượng tạo xỉ lò phản ứng hạt nhân Có thể nói nhiên liệu phân hạch toàn sản phẩm phân hạch gọi xỉ lò phản ứng Phương pháp để tính độ nhiễm độc hạt nhân độc tố giống phương pháp mô tả trước cho cách tính độ nhiễm độc độc tố 135Xe Khi nhiên liệu phân hạch vùng hoạt lò phản ứng sản phẩm phân hạch sinh có khoảng 300 hay cao thời gian ngắn, tất xỉ cộng lại nhiễm độc nhỏ (trừ độc tố 135Xe độc tố 149 Sm), liều suất vậy, tính toán độ phản ứng cực đại (hay đạt giá trò tiệm cận) SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 61 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM thời gian cực đại chúng với tiết diện bắt số phân rã biết trước Ngoài xỉ hai độc tố quan trộng nói trên, thêm sản phẩm phân hạch có số khối cao, tích lũy đồng vò có số khối cao như: Uranium, Neptunium, Plutonium có ảnh hưởng nhiều lên độ phản ứng Những đồng vò sinh phản ứng với neutron khác (n,  ) (n, 2n) , bắt đầu 235U 238U, chúng phân rã   ,  Tuy đồng vò có số khối cao sản phẩm phân hạch chúng sinh vùng hoạt lò phản ứng hạt nhân chúng đóng góp vào nhiễm độc lò phản ứng chúng hấp thu neutron Nên gọi chúng độc tố lò phản ứng hạt nhân Điều quan trọng hạt nhân có số khối cao liên quan đến độ nhiễm độc, nguyên tố khả phân quan tâm là: 236U, 237Np, 239Pu, 240Pu, 241 Pu, 242 Pu, đồng vò 239 Pu 241 Pu chất phân hạch độ phản ứng tổng cộng thêm vào, hai đồng vò bắt neutron xác suất phân hạch không cao, nên chúng xem độc tố lò phản ứng hạt nhân Trong mãnh phân hạch có độc tố khác góp phần vào việc làm giảm độ phản ứng lò phản ứng hạt nhân suốt thời gian lò phản ứng vận hành có vài mảnh phân hạch có độ nhiễm độc đáng kể Những chất có nhiên liệu phân hạch vùng hoạt lò phản ứng để coi chất độc lò phàn ứng điều kiện chất phải có tiết diện hấp thụ neutron nhiệt đáng kể, sau hạt nhân bền hạt nhân khả phân cúng phải có chu kỳ bán dài sinh với liều suất cao SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 62 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM Để đạt điều kiện có số độc tố sản phẩm phân hạch quan trọng sau: đồng vò 113 Cd, đồng vò 151 Sm, đồng vò 155 Eu, đồng vò 157 Ga Tuy nhiên độc tố ảnh hưởng so với đồng vò độc tố 149Sm 3.5 Cách khắc phụ độc tố Như biết độc tố độc tố 135Xe, độc tố 149Sm, chúng ảnh hưởng lên độ phản ứng làm cho lò phản ứng trở thành độ phản âm, mà lò phản ứng có độ phản ứng âm lò phản ứng hoạt động chậm (hay không hoạt động được) hay tái khởi động lại lò phản ứng khó khăn Để lò phản ứng hoạt động bình thường ta cần phải đưa vào lò phản ứng độ phản ứng dương Hay nói cách khác khắc phục nồng độ độc tố trên, có hai cách để khắc phục chúng là: - Cách thứ đưa vào vùng hoạt lò phản ứng điều khiển để lò phản ứng vận hành độc tố sinh làm cho độ phản ứng âm cần tiếp thêm lượng neutron cho lò phản ứng có độ phản ứng không đổi (hay nói cách khác đưa vào lò phản ứng độ phản ứng dương bù cho độ phản ứng âm mà độc tố tạo nên) - Cách thứ hai dùng máy gia tốc, cách người ta sử dụng cách hiệu Vì thông lượng neutron giảm kéo theo độ phản ứng giảm, nên người ta cần cho máy gia tốc hoạt động khắc phục giảm độ phản ứng 3.6 Sản phảm phân hạch hạt nhân bảo hòa không bảo hòa Khi xét độ nhiễm độc lò phản ứng suốt trình lò phản ứng hạt nhân hoạt động, mãnh phân hạch thường chia làm hai loại là: bảo hòa không bảo hòa Những độc tố bảo hòa độc tố ảnh hưởng nhiều đến độ phản ứng như: đồng vò 135Xe, đồng vò 149Sm SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 63 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM nồng độ chúng đạt đến giá trò cân thời gian ngắn so với thời gian sống nhiên liệu điều kiện cho độc tố gọi bảo hòa tiết diện hiệu dụng bắt neutron chia cho số phân rã phóng xạ  lớn  Như nhiễm độc độc tố lò phản ứng hoạt động tăng lên nhanh chống cách rõ rệt tiến tới giá trò không đổi (hay đạt giá trò cân bằng) Độ phản ứng tương đương nhiễm độc bảo hòa trước hết phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu thông lượng neutron nhiệt Đối với hầu hết lò phản ứng nhiệt dùng để tạo lượng nhiễm độc tổng cộng sản phẩm phân hạch bảo hòa đồng vò 135Xe, đồng vò 149Sm độ phản ứng tương đương giảm xuống không 0,02 Những độc tố không bảo hòa độc tố lại, độ phản ứng độc tố không bảo hòa tăng lên đặn trình lò phản ứng hoạt động, nhỏ so vơi thơi gian sống trung bình nhiên liệu SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 64 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM KẾT LUẬN Trong chương trình bày cách tổng quát lò phản ứng hạt nhân Từ giúp người độc hiểu lò phản ứng hạt nhân như: để có đựợc cách hoạt động lò phản ứng dựa nguyên tắc hoạt động nào? Nhiên liệu mà lò dùng? Chất làm chậm, chất tải nhiệt cho lò phản ứng Dù có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân khác cấu tạo chung lò phản ứng hạt nhân Trình bày hệ số nhân k, hệ số nhân hệ số mà bỏ qua xét lò phản ứng Trong chương trình bày lòch sử phát triển lò phản ứng hạt nhân, trình hình thành lò người ta từ ứng dụng nhỏ tàu ngầm từ người ta sử dụng lò cho mục đích phi quân Tầm quan trọng lò phản ứng hạt nhân, qua thấy giai đoạn đầu có bí mật công nghệ lò quốc gia vè sau người ta không chạy đua công nghệ mà có hợp tác với Qua trình phát triển lò chia thành loại lò tùy thuộc vào cách phân loại theo chất làm chậm, chất tải nhiệt Trong chương nêu lên vấn đề an toàn lò, cách sử lý chất thải lò phản ứng Ngày lò phản ừng hạt nhân xây dựng nhiều nơi giới số lượng ngày tăng, lò phản ứng dùng cho việc tạo lượng Có thể nói tương lai lò phản ứng ngày phát triển nhanh ứng dụng lẫn hiệu suất lớn, nước có kế hoạch xây dựng lò phản ứng điện hạt nhân Trong chương trình bày nhiễm độc lò phản ứng, lò phản ứng hạt nhân lại bò nhiễm độc sản phẩm phân hạch gây nên nhiễm độc đó, chương trình bày cách tổng quát độc tố gây cho lò nhiễm độc, chúng gây nhiễm độc nào? Trong SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 65 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM chương tơi viết phương trình để tính cho tốc độ thay đổi nồng độ 135 Xe sản phẩm 135I giải thích mà đồng vò 135Xe đạt giá trò cân lò hoạt động từ 50% đến 100% lượng Trong chương có giải thích sau:  Giải thích đồng vò độc tố 135 Xe đạt giá trò cân cực đại sau dừng lò phản ứng  Giải thích nồng độ 135Xe tăng lên nhanh chống sau lò phản ứng ngừng hoạt động tăng phụ thuộc vào mức lượng trước lò ngừng hoạt động  Đònh nghóa hình thành nguyên tố khả phân 135I  Giải thích phải có điều khiển để bảo vệ lò phản ứng Không gian dao đông 135 Xe xảy điều kiện để lò phản ứng phải đáp ứng có không gian dao động  Giải thích tăng lên nguyên tố 149 Sm sau lò phản ứng ngừng hoạt động lờ việc thiết kế lò phản ứng hạt nhân  Đồng thời cho biết số độc tố khác hai độc tố Sau hoàn thành khóa luận tìm hiểu thêm lò phản ứng hạt nhân khía cạnh mà hiểu biết lò phản ứng hạt nhân Để hoàn thành khóa luận xử dụng số tài liệu để tham khảo thêm, cộng với kiến thức lò phản ứng hạt nhân mà học Nói tóm lại muốn xây dựng lò phản ứng hạt nhân cần phải xem xét nhiêu vấn đề Ngoài kiến thức lý thuyết phân hạch hạt nhân, phải tính toán thiết kế lò phản ứng lo hoạt động Ngoài phải khảo sát đến rủ ro khác SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 66 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM mà ta không lường trước nhằm hạn chế tai nạn lò phản ứng đáng tiếc xảy SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 67 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM PHỤ LỤC CÁC KÝ HIỆU KHOA HỌC      a f f  K K eff K Pt Pf     N Liều suất phân hạch Hệ số tái tạo neutron Tiabeta Tiết diện hiệu dụng phân hạch Thông lượng neutron Tiết diện hiệu dụng tổng cộng tất thành phần cấu tạo nên lò Tiết diện hiệu dụng hấp thụ neutron nhiên liệu Hệ số sử dụng nhiệt Độ phản ứng Hệ số nhân Hệ số nhân hiệu dụng Hệ số nhân vô hạn Xác suất không rò rỉ neutron nhiệt Xác suất không rò rỉ neutron nhanh Hằng số phân rã Hệ số phát neutron phân hạch Độ nhiễm độc độc tố ởtrạng thái câ n Độ nhiễm độc độc tố thời điểm t Mật độ hạt nhân SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 68 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn ình Gẫm (2000), “Vật lý lò phản ứng hạt nhân đại cương”, i học khoa học tự nhiên, Tp Hồ Chí Minh [2] Ngô Quang Huy (1995), “Vật Lý Lò Phản Ứng Hạt Nhân”, nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội [3] Raymond.L.Muray (1985), “Nuclear Reactor Physics”, Prentice-Hall, Inc [4] Kevan.D.Weaver (1984), “Interim Status Report On The Design of The Gas-Cooled Fast Reactor” US System intergration manager [5] Kamil Tukex, Johan Classon, Hartmut Wider (1985), “Comparision of Sodium and Lead-Cooled Fast Reactors Regarding Severe Safely and Economical Issues”, Nertherland [6] Charles.W.Forsberg, Per.F.Peterson, HaiHua Zhao (1980), “An Avandce Molten Salt Reactor Using High Temporature Reactors Technology”, McGraw-Hill, New Delhi [7] Ayelet Walter, Alexander Schulz, Gunter Lohnert (1986), “Compartition of two models for a Pebble Bed Modular Reactors Core Couple to a Brayton Cycle”, Berlin, Germany [8] Fast Breeder Reactors Retrieved from: http://en.wikipedia.org/wiki/Fasst Breeder Reactor SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 69 - [...]... vậy lượng neutron được sinh ra trong lò phản ứng giảm tức là đưa vào lò một độ phản ứng âm kể cả trong quá trình lò làm việc cũng như sau khi lò ngừng hoạt động, điều đó làm ảnh hưởng đến độ phản ứng nên ảnh hưởng đến hoạt động của lò phản ứng hạt nhân, vì vậy chúng gọi là những độc tố của lò phản ứng hạt nhân, hay còn gọi là lò phản ứng hạt nhân đã nhiễm độc Những độc tố phân hạch này ảnh hưởng lên... tính sự ảnh hưởng của các độc tố trong các lò không đồng nhất 3.2 Sự hình thành và ảnh hưởng độc tố 135Xe trong lò phản ứng hạt nhân Như chúng ta đã biết độc tố 135Xe là một trong những mãnh phân hạch của nhiên liệu khi phân hạch trong lò phản ứng hạt nhân Sau đây tôi sẽ trình SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 33 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM bày về sự hình thành và ảnh hưởng của độc tố 135 Xe trong lò phản ứng. .. độc tố của lò phản ứng coi như không có ảnh hưởng Nồng độ độc tố sản phẩm phân hạch trong lò phản ứng liên quan đến neutron nhiệt do đó khi độ phản ứng thay đổi thì mật độ neutron thay đổi theo, như vậy các độc tố sẽ bò ảnh hưởng theo làm ảnh hưởng đến độ phản ứng Nên người ta đưa ra một mức độ nào đó cho phép sự ảnh hưởng của độc tố được tính đến trong phương trình động học lò phản ứng Tuy nhiên tốc... hụt Nói tóm lại lò phản ứng hạt nhân và công nhệ lò hạt nhân là một yếu tố tất yếu không thể thiếu cả hiện tại và trong tương lai SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 28 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM NHIỄM ĐỘC LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Chương 3 Trong chương này tôi sẽ nghiên cứu về sự hình thành các độc tố, ảnh hưởng của các độc tố đối với lò phản ứng hạt nhân 3.1 Sơ lược về ảnh hưởng các độc tố lên độ phản ứng Như chúng... trở lại tâm lò 1.4 Hệ số nhân Đặc trưng cho khả năng neutron sinh ra trong phân hạch của môi trường hữu hạn trong lò phản ứng người ta dùng hệ số nhân hiệu dụng k eff, được tính bằng số neutron sinh ra từ phản ứng phân hạch thứ i+1 và số neutron sinh ra trong phản ứng thứ i n k  i 1 ni (1.1) k < 1: phản ứng dưới hạn, phản ứng dây chuyền không xảy ra k = 1: phản ứng tới hạn, phản ứng trong lò xảy ra... những lò lớn, làm biến dạng các cơ cấu của lò, làm kẹt các thanh điều khiển - Một số cơ cấu bò ngắt do sai lầm của người điều khiển lò phản ứng Tóm lại sự cố lò phản ứng hạt nhân là một tiềm ẩn, một mặt do cấu trúc của lò phản ứng, ta cần phải xây dựng một lò phản ứng luôn trên tới hạn vì phải dự trữ nhiên liệu, một mặt cần phải có lý thuyết về lò phản ứng cao Trong quá khứ cũng đã xảy ra những sự cố lò. .. 1.1.4 Sự hình thành năng lượng trong lò phản ứng Năng lượng của lò phản ứng hạt nhân được sinh ra nhờ vào quá trình phân hạch dây chuyền của các nguyên tố phóng xạ Neutron được sinh ra từ phản ứng phân hạch đầu tiên tiếp tục va chạm vào các mảnh phân hạch khác nên xảy ra các phản ứng phân hạch tiếp theo và cứ tiếp tục xảy ra như vậy, đó là phản ứng dây chuyền Phản ứng phân hạch của 235U trong lò phản ứng: ... 2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 2.1 Lòch sử phát triển lò phản ứng hạt nhân Vào năm 1939 người ta đã khám phá ra phản ứng phân hạch Công nghệ hạt nhân và lò phản ứng hạt nhân mới được nghiên cứu trong thời gian gần đây, những khái niệm thiết kế ban đầu về lò phản ứng hạt nhân và nhà máy điện hạt nhân đã được lập ra Nhưng thực ra trong tự nhiên đã xuất hiện một lò phản ứng từ rất lâu, năm 1972... 1.2.1 Cấu tạo Các hệ thế lò phản ứng đều có cấu tạo gồm các bộ phận cơ bản như hình vẽ 1.4 sau: Hình 1.4 Cấu tạo chung của một lò phản ứng hạt nhân SVTH: PHẠM CÔNG THÀNH - 11 - GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH GẪM 1.2.2 Tâm lò phản ứng hạt nhân Tâm lò phản ứng là phần lõi ở trung tâm lò phản ứng, là nơi xảy ra các quá trình phân hạch và phản ứng dây chuyền của hạt nhân Nhiệt độ từ các phản ứng phân hạch của hạt... nguyên tố có khả năng hấp thụ neutron rất cao Ví dụ: Boron, Cadmium, … 1.3 Quá trình hoạt động của lò phản ứng hạt nhân Dù có nhiều thế hệ lò ra đời nhưng chúng có chung một nguyên tắc hoạt động, đó là lò hoạt động nhờ vào phản ứng dây chuyền (phản ứng dây chuyền xảy ra trong vùng hoạt của lò phản ứng) Khi lò hoạt động sinh ra một nhiệït lượng rất lớn, nhiệt lượng này được sinh ra do phản ứng phân hạch trong ... tạo độ phản ứng âm lớn vùng hoạt lò phản ứng hạt nhân lò phản ứng hoạt động thời gian độ phản ứng độc tố nồng độ độc tố 135 Xe xem tạo thành 135 Xe vùng hoạt lò phản ứng Sự tạo thành độc tố 135... độ phản ứng trở thành độ phản ứng âm lò phản ứng hạt nhân cần đưa vào lò độ phản ứng dương để lò phản ứng 135 họat động bình thường Độc tố Xe không ảnh hưởng lò phản ứng hoạt động mà sau lò phản. .. hưởng độc tố lên độ phản ứng Như biết trình hoạt động lò phản ứng hạt nhân dựa nguyên tắc chung phản ứng dây chuyền, phản ứng dây chuyền xảy vùng hoạt lò phản ứng hạt nhân Trong trình hoạt động lò