Lò phản ứng nước áp lực PWR

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ-VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CAO THỊ NGỌC PHƯƠNG Đề Tài: LÕ PHẢN ỨNG PWR TP HỒ CHÍ MINH- 2009 LỜI CẢM ƠN Trong tháng ngày học tập trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh Em giảng dạy tận tình quí thầy cô toàn trường nói chung Bộ môn Vật lý Hạt nhân nói riêng Thông qua khoá luận này, em xin gởi lời cám ơn đến: Thầy Nguyễn Đình Gẫm, người trực tiếp giảng dạy tận tình cho em kiến thức bổ ích thầy Trần Thiện Thanh đọc góp ý tận tình giúp em hoàn thành tốt khoá lụân Quí Thầy Cô Khoa Vật lý, đặc biệt Thầy Cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân, truyền đạt cho em kinh nghiệm quí báu Tất người gia đình động viên ủng hộ, giúp đỡ em trình học tập thời gian làm khoá luận Các bạn lớp 04VLHN 05VLHN ủng hộ giúp đỡ thời gian học tập trường trình hoàn thành khoá luận Cuối cùng, em xin gởi lời tri ân sâu sắc đến Thầy Châu Văn Tạo-Trưởng Khoa Vật lý, người giảng dạy tận tình kiến thức học tập, kinh nghiệm sống đến sinh viên Bằng lòng biết ơn mình, em xin chúc sức khoẻ bình an đến tất người Cao Thị Ngọc Phượng LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với trình độ phát triển khoa học kỹ thuật, sống người ngày văn minh tân tiến Năng lượng để phục vụ trình sản xuất nhu cầu người ngày cạn kiệt Đó vấn đề quan tâm xã hội Vật lý lò phản ứng hạt nhân phần quan trọng vật lý hạt nhân, nghiên cứu phản ứng phân hạch hạt nhân dây chuyền lò phản ứng Các lò phản ứng đa dạng, phụ thuộc vào chức lò lò phản ứng áp lực hay lò phản ứng lượng Những phản ứng phân hạch hạt nhân dây chuyền lò tạo lượng lớn Năng lượng tạo ứng dụng vào nhu cầu sống người Hiện tương lai lượng tạo từ phản ứng hạt nhân ứng dụng để tạo nguồn điện nhà máy điên hạt nhân nguyên tử Với đề tài “Lò phản ứng nước áp lực PWR”, tác giả giới thiệu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, phân loại, công nghệ lò phản ứng hạt nhân, lò phản ứng nước áp lực PWR triển vọng nhà máy điện hạt nhân Việt Nam tương lai Cao Thị Ngọc Phượng DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Từ gốc Ý nghĩa PWR Pressurized Water Reactor Lò phản ứng nước áp lực BWR Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước sôi APWR Advance Pressurized Water Reactor Lò phản ứng nước áp lực cải tiến ABWR Advance Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước sôi cải tiến LWR Light Water Reactor Lò nước nhẹ ALWR Advance Light Water Reactor Lò nước nhẹ cải tiến TRU Trans Uranium Element Nguyên tố siêu uran MOX Mixed Oxide Fuel Nhiên liệu hỗn hợp UO2 vàPuO2 MA Minor Actinide Các nguyên tố Actinit SFR Sodium Cooled Fast Reactor Lò phản ứng nước nhanh làm mát natri MSR Molten Salt Reactor Lò phản ứng muối nóng chảy SCWR Supercritical Water Cooled Reactor Lò phản ứng nước làm mát nươc siêu tới hạn VHTR Very High Temperature Reactor Lò phản ứng nhiệt độ cao DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nhân phản ứng dây chuyền 12 Hình 1.2 Cấu tạo chung lò phản ứng hạt nhân 16 Hình 1.3 Sơ đồ phân hạch 235U 19 Hình 2.1 Cấu tạo lò phản ứng nươc sôi BWR 24 Hình 2.2 Cấu tạo lò phản ứng nước áp lực PWR 25 Hình 2.3 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng nước áp lực 26 Hình 2.4 Thùng lò lò phản ứng áp lực Nhật Bản 29 Hình 2.5 Cấu tạo điều khiển lò phản ứng nươc áp lực 30 Hình 2.6 Bó nhiên liệu lò phản ứng nước áp lực PWR 31 Hình 2.7 Nhà lò nhà máy loại vòng vòng 32 Hình 2.8a Nhà lò bê tông dự ứng lực 33 HÌnh 2.8b Nhà lò thép cường độ caohỗn hợp 33 HÌnh 2.9 Sơ đồ lò phản ứng áp lực 35 Hình 2.10 Công trường xây dựng nhà máy điện hạt nhân Nhật Bản 36 Hình 3.1 Quá trình phát triển lò phản ứng hạt nhân 42 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Năng lượng ngưỡng Eng lượng liên kết B hạt nhân phân hạch 18 Bảng 1.2 Phân bố gần lượng phân hạch .21 Bảng 2.1 Các kích thước dùng để bố trí vật liệu lò .28 Bảng 2.2 Thông số vận hành lò PWR .39 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Một lò phản ứng hạt nhân định nghĩa thiết bị lượng hạt nhân giải phóng phản ứng dây chuyền liên quan tới neutron nguyên tố khả phân (nguyên tố khả phân nguyên tố phân hạch neutron chậm Ba đồng vị khả phân U233, U235, P239 ) Người ta dùng lượng nhiệt lượng xạ phản ứng Các yếu tố cần khảo sát thiết kế thành phần, cách xếp phương pháp điều khiển Hoạt động lò khảo sát lý thuyết động học chất khí cổ điển Tuy nhiên tương tác hạt thành phần mô tả khái niệm vật lý hạt nhân 1.1 Phản ứng hạt nhân với neutron [2] Neutron đóng vai trò trung tâm lò phản ứng hạt nhân, neutron dùng làm tác nhân để xảy phản ứng phân hạch hạt nhân Không mang điện tích, neutron không bị ảnh hưởng diện vật chất trừ neutron tiến tới vòng khoảng cách cỡ 10-12 cm hạt nhân Một neutron vào khoảng cách neutron tương tác với hạt nhân theo hai trình: trình tán xạ trình hấp thụ Thông thường ta phân loại phản ứng sau 1.1.1 Va chạm tán xạ đàn hồi Va chạm neutron với hạt nhân đàn hồi mà xung lượng động hạt tương tác bảo toàn Kết đơn giản truyền phần động neutron cho hạt nhân bia kèm theo thay đổi phương chuyển động neutron 1.1.2 Va chạm không đàn hồi Trong va chạm không đàn hồi phần động chuyển thành lượng kích thích hạt nhân sau va chạm Năng lượng kích thích sau phát dạng lượng tử Ví dụ nguyên tố nặng sắt, uranium, neutron có lượng khoảng MeV tạo kích thích hạt nhân Như neutron phần lớn lượng ban đầu Hạt nhân trở trạng thái lượng cách phát xạ tia gamma 10 1.1.3 Bắt xạ Sự hấp thu neutron biến đổi hạt nhân thành đồng vị khác Sự tạo thành Co60 từ Co59 điển hình Năng lượng thặng dư từ hấp thu neutron, hạt nhân giải phóng tức thời hình thức tia gamma bắt; đồng vị sản phẩm chất phóng xạ, phát xạ hạt beta thêm tia gamma theo chu kỳ bán rã 1.1.4 Bắt với phát xạ hạt mang điện Nếu lượng neutron cao xảy biến đổi kèm theo phát xạ hạt proton hay hạt alpha Ví dụ phản ứng neutron lượng 10 MeV với O16 để tạo thành N16 1.1.5 Phân hạch Neutron gây phân hạch Có thể tạo phân hạch đồng vị U233, U235, Pu239 với neutron có lượng thấp hay cao xác suất phân hạch đặc biệt cao neutron chậm U238 phân hạch với neutron lượng MeV Điều dẫn đến phát xạ nhiều neutron nhanh dùng để trì phản ứng dây chuyền 1.1.6 Sản xuất đồng vị phóng xạ Quá trình bắt neutron đồng vị 238 U 232 Th tạo nên nguyên tố khả phân 239U 233Th theo chuỗi phản ứng sau: U  238 92 n 239 92 U (1.1 ) 232 233 90Th  n  90Th (1.2 ) Những phản ứng có liên quan tới lò phản ứng biến đổi hay tái sinh, tạo chất khả phân hữu ích không tìm thấy nhiều tự nhiên 1.2 Lò phản ứng dây chuyền hạt nhân Nếu số neutron tập hợp vật liệu khả phân trì không thay đổi tồn phản ứng dây chuyền tự trì Điều xảy có neutron sinh neutron gây nên trình phân hạch 11 Sau ta xét tương tác thành phần lò phản ứng hạt nhân dây chuyền Lò phản ứng giả sử chứa U235 nhiên liệu hoạt động với neutron lượng thấp Phân hạch hạt nhân U235 sinh trung bình khoảng 2,5 neutron lượng hữu ích 190 MeV Động mãnh phân hạch nguồn nhiệt hữu ích tiềm tàng sơ cấp lấy chất lỏng giải nhiệt luân chuyển tuần hoàn Trong lò phản ứng điển hình chất giảm hoạt chứa nguyên tố nhẹ hydrogen hay carbon trộn lẫn với nhiên liệu Va chạm liên tiếp với hạt nhân giảm hoạt giúp làm giảm lượng neutron sinh từ phân hạch (trung bình MeV) tới mức neutron cân nhiệt với môi trường xung quanh Trong tiến trình làm chậm, nhiều neutron thoát xuyên qua ranh giới phần trung tâm hay tâm lò gọi trình “rò rĩ” Lớp phản xạ bao quanh có chức làm giảm bớt số neutron trình rò rĩ đóng góp thêm trình giảm hoạt Một lượng vừa phải neutron lượng cao khởi chu trình hấp thu Lớp cản xạ không cần thiết cho phản ứng dây chuyền phải cung cấp để bảo vệ nhân viên khỏi neutron tia gamma Như trình bày trên, neutron phân hạch đóng vai trò quan trọng phản ứng dây chuyền Trong phân hạch hạt nhân 235U neutron nhiệt phát trung bình í= 2,41 neutron Để đơn giản suy luận theo hình 1.1, giả sử neutron phân hạch xuất neutron Khi neutron ban đầu gây phân hạch sinh neutron khác, ta gọi hệ neutron thứ Hai neutron gây phân hạch tạo nên 22 = neutron hệ thứ hai Trong hệ thứ ba có 23 = 8… Như vậy, số neutron tăng nhanh theo hệ neutron Đó phát triển phản ứng dây chuyền 12 Hình 1.1 Sơ đồ nhân phản ứng dây chuyền 1.3 Phân loại lò phản ứng [1] Việc phân loại lò phản ứng dựa yếu tố: Mục đích sử dụng, đặc trưng vật lý, đặc trưng kỹ thuật 1.3.1 Mục đích sử dụng - Lò phản ứng lượng: Là loại lò sử dụng nhà máy điện nguyên tử, dùng nguồn nhiệt biến nước thành nước để quay tua-bin sản xuất điện Người ta dùng lò phản ứng lượng để cung cấp nhiệt cho nhu cầu công nghiệp đời sống - Lò phản ứng sử dụng xạ hạt nhân: gồm có lò phản ứng nghiên cứu, lò phản ứng sản xuất, lò phản ứng chiếu xạ Việc phân loại lò phản ứng theo chức chúng, tức theo hiệu ứng phản ứng phân hạch hạt nhân, Mỗi lò phản ứng với chức cho trước xây dựng nhiều cách khác việc lựa chọn dạng thông số tải nhiệt, loại vỏ chứa chịu áp suất chất tải nhiệt, cấu trúc thành phần vật liệu vùng hoạt, phương pháp điều khiển lò phản ứng…Như vậy, lò phản ứng 36 Hình 2.10 Công trường xây dựng nhà máy điện hạt nhân Nhật Bản 2.4 Chất thải lò phản ứng nước áp lực PWR [7],[8] Trong trình lò hoạt động, nhiên liệu bị đốt cháy sinh sản phẩm phân hạch, sản phẩm gọi xỉ lò phản ứng như: Plutonium, Uranium, Xenon,…các xỉ nhìn chung nguyên tố có khả phóng xạ, có đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã lâu Những chất thải ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, gây nguy hiểm đến sống người Trong chất thải hạt nhân nhiều đồng vị sinh số lượng lớn, đồng vị Plutonium năm có khoảng 50 nằm nhiên liệu đốt cháy Hiện giới lượng Plutonium tồn động khoảng 1000 từ việc tách nhiên liệu cháy cộng với việc giải trừ vũ khí hạt nhân Mỹ Nga 37 Đối với lò phản ứng nước áp lực PWR Actinide chất thải, lại phân hạch lò phản ứng nhanh Theo tính toán, xây dựng nhà máy điện hạt nhân kiểu lò nước áp suất cao có công suất 1000 MW Như vậy, trung bình năm lò sinh 21 chất thải bao gồm:[1]  20 nhiên liệu chứa Uranium với hàm lượng 0.9%  200 Kg Pu  21 Kg nguyên tố họ Actinide: Neptunium, Americium, Curium,…  760 Kg sản phẩm phân hạch có khả phóng xạ  Kg Cs, T1/2 =2.3 x 106 năm  18 Kg Te, T1/2 =2.14 x 106 năm  16 Kg Zirconi, T1/2 = 1.5 x 106 năm  5.5 Kg Paladi, T1/2 = 6.5 x 106 năm  Kg Iot, T1/2 = 1.5 x 106 năm Những chất thải qua trình tái chế tái sử dụng lại cho lò phản ứng Cần phải giám sát chặt chẽ cần Kg 239 Pu người ta tạo bom nguyên tử Vì vậy, vịêc quản lí chất thải lò phản ứng quan trọng Ngoài việc xử lý tách hoá, tái sinh nhiên liệu, công vịêc khó tốn kém, nên đa phần người ta xử lý cách không an toàn tuyệt đối thời gian chôn cất kéo dài hàng chục năm Mặc khác đem chôn cất lãng phí Uranium không đủ dùng tương lai, 239 Pu vật liệu tạo nên bom nguyên tử, bị chôn cất nhiều gây ảnh hương nghiêm trọng đến môi trường sống Để bảo đảm tính an toàn cùa chất thải nhà máy điện hạt nhân, ta có biện pháp quản lí, chế biến đem tái sử dụng Hiện có xu hướng sau: - Dùng lò nhiệt, thường phải trộn Plutonium với Uranium( MOX), thử nghiệm - Dùng cho lò nhanh, giai đoạn thử nghịêm 38 - Dùng cho lò điều khiển máy gia tốc(ADS) nghiên cứu 2.5 Thời gian sống nhiên liệu [6] Nhiên liệu sau đốt cháy thải dạng xỉ( xỉ lò phản ứng) Các xỉ alpha sản phẩm trình phân chia, gồm nguyên tố có tính phóng xạ alpha, thời gian sống hàng ngàn năm Chúng gọi nguyên tố Actinide hay nguyên tố MA có nhiên liệu MOX ( nhiên liệu hỗn hợp UO2 PuO2 ) TRU( nguyên tố siêu Uran) TRU sinh từ hấp thụ neutron hạt nhân MA mà không phân rã, nguyên tố TRU là: 93Zr, 98Tc, 107Pd, 126Sn, 129I, 135Cs Như vậy, để trì cháy nhiên liệu khoảng 20 ngày chu trình lò PWR người ta gọi thời gian sống nhiên liệu vùng hoạt Tres , thời gian thực chu trình đốt cháy nhiên liệu Tc chúng liên hệ thông qua công thức: Tres = nTc (2.1) Mối liên hệ thông số thời gian Tres với tốc độ đốt cháy nhiên liệu người ta xác định thông qua công thức: Bud = 0.365 qsp L Tres (2.2) Trong đó: qsp công suất riêng lò phản ứng, đơn vị MWd/KgHM L: suất nhà máy 0.365: hệ số biến đổi thông số thời gian Tres từ năm ngày, d/y.10-3 Kết hợp công thức (2.1) (2.2), ta xác định công thức xác định tốc độ đốt cháy nhiên liệu hạt nhân chu trình nhiên liệu sau: Bud = 0.365 qsp L n Tc (2.3) Các thông số vận hành lò phản ứng PWR theo kết đánh giá MIT Stydy of Future of Nuclear Power (7/2003), ghi nhận qua bảng 2.2 Bảng 2.2 Thông số vận hành lò PWR Thông số Ký hiệu Giá trị 39 Thời gian vận hành chu trình TC 18 tháng Thời gian tiếp nhiên liệu TRO 20ngày/chu trình Năng suất hoạt động L 90 Hiệu suất nhiệt h 0.33 Số lần nạp nhiên liệu N Thời gian sống nhiên liệu Tres 54 tháng Thời gian sống nhà máy TPlant 20năm đến 40 năm Thời gian tồn nhà máy điện hạt nhân lò phản ứng PWR từ 20 năm đến 40 năm Người ta dự tính rằng, thời gian đăng ký vận hành nhà máy khoảng 40 năm, nhà máy đăng ký gia hạn thêm 20 năm 60 năm hay nhiều thời gian mà nhà nghiên cứu mong đợi để phục vụ đời sống cho người Đối với nhà nghiên cứu mong đợi để phục vụ đời sống cho người Đối với nhà máy điện hạt nhân Mỹ, thời gian hoạt động từ 20 năm đến 40 năm coi hiệu Vì vậy, việc tăng tuổi thọ nhà máy điện hạt nhân có ý nghĩa quan trọng, ảnh hưởng đến phát triển kinh tế đất nước 41 CHƢƠNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN THẾ HỆ MỚI 3.1 Quá trình phát triển lò phản ứng hạt nhân [4] Cho đến nay, đời lò phản ứng hạt nhân có nhiều ứng dụng quan trọng việc cung cấp nguồn lượng Từ bắt đầu xây dựng, thời gian đầu nhà máy điện hạt nhân thiết kế sơ khai với mục đích nghiên cứu Mỹ nước tiên phong công nghệ lò phản ứng hạt nhân, nước thiết kế lò phản ứng hạt nhân mini dể ứng dụng quân như: máy bay quân sự, tàu ngầm…Sau đó, nước giới nghiên cứu xây dựng phát triển Trong hình 3.1 trình phát triển lò phản ứng hạt nhân, ngày lò phản ứng hạt nhân phát triển hệIV Hiện giới cĩ ba hệ hệ thống điện hạt nhân vận hành, hệ bắt nguồn từ mẫu thiết kế ban đầu phát triển để sử dụng tàu biển từ cuối năm 1940 (xem hình 3.1) Thế hệ I bao gồm nguyn mẫu ban đầu lị phản ứng hạt nhn từ năm 1950 1960, ví dụ Shippingport (1957 - 1982), Dresden-1 (1960 - 1978), Calder Hall-1 (1956 - 2003) Vương quốc Anh Chỉ có hai nhà máy vận hành thương mại thuộc hệ I cịn hoạt động, thuộc sở hữu British Nuclear Group, mà theo kế hoạch đóng cửa tương lai không xa Các hệ thống hệ II bắt đầu vận hành vào năm 1970 bao gồm phần lớn số 400 lị phản ứng vận hnh thương mại kiểu nước áp lực (PWR) kiểu nước sôi (BWR) Các lị phản ứng ny, thường gọi l lị phản ứng nước nhẹ (LWR), sử dụng phương pháp an toàn “chủ động” truyền thống bao gồm tác động điện khí thực theo lệnh Một số hệ thống theo thiết kế cịn vận hnh kiểu thụ động (ví dụ, sử dụng van giảm áp) làm việc không cần đến người điều khiển nguồn điện tự dùng 42 Các hệ thống hệ thứ III gồm có lò nước nhẹ cải tiến ( ALWR), lò phản ứng nước áp lực cải tiến (APWR) lò phản ứng nước sôi cải tiến ( ABWR) Hình 3.1 Quá trình phát triển lò phản ứng hạt nhân 3.1.1 Lò phản ứng muối nóng chảy MSR Lò MSR lò nhiên liệu lỏng sử dụng để đốt actinide, sản xuất điện năng, hydro nhiên liệu phân hạch Trong hệ thống này, nhiên liệu muối nóng chảy qua kênh lõi graphit Nhiệt tạo muối nóng chảy truyền sang hệ thống chất làm mát thứ cấp thông qua trao đổi nhiệt trung gian, sau qua trao đổi nhiệt tới hệ thống biến đổi lượng Các actinide phần lớn sản phẩm phân hạch tạo nên florua chất lỏng làm mát Nhiên liệu lỏng đồng cho phép bổ sung actinide mà không yêu cầu phải chế tạo nhiên liệu 43 3.1.2 Lò phản ứng nhanh làm mát natri SFR Mục tiêu ban đầu lò SFR quản lí actinide, cắt giảm sản phẩm thải tiêu thụ uran cách hiệu Tuy nhiên theo dự kiến, thiết kế lò tương lai không sản xuất điện mà cung cấp nhiệt, sản xuất hydro khử mặn Phổ neutron nhanh lò SFR cho phép sử dụng vật liệu phân hạch hữu ích, kể uran yếu, cách hiệu nhiều so với lò LWR Ngoài ra, hệ thống SFR không cần phải nghiên cứu thiết kế hệ thống hệ IV khác Trong số đặc điểm quan trọng độ an toàn hệ thống SFR phải kể đến thời gian đáp ứng nhiệtdài ( lò phản ứng nóng lên chậm), độ dự phòng lớn nhiệt độ vận hành nhiệt độ sôi chất làm mát ( xác suất xảy cố sôi thấp hơn), hệ thống sơ cấp làm việc gần với áp suất khí quyển, hệ thống natri trung gian natri hoạt tính phóng xạ hệ thống sơ cấp 3.1.3 Lò phản ứng làm mát nƣớc siêu tới hạn SCWR Lò phản ứng SCWR với nhà máy thiết kế đơn giản hiệu suất nhiệt tăng cao Nhiệm vụ SCWR phát điện với chi phí thấp nhờ kết hợp hai công nghệ qua thử thách: Công nghệ LWR truyền thống công nghệ lò siêu tới hạn đốt nhiên liệu hoá thạch 44 3.1.4 Lò phản ứng nhiệt độ cao VHTR Lò phản ứng VHTR sản xuất đồng thời điện hydro Hệ thống chuẩn bao gồm lò phản ứng neutron nhiệt làm mát hêli, làm chậm graphit Điện hydro sản xuất cách sử dụng chu trình gián tiếp phận trao đổi nhiệt trung gian cung cấp thiết bị kỹ thuật dùng cho ứng dụng khí hoá than phát kết hợp nhiệt điện Lò VHTR đánh giá cao mặt kinh tế có hiệu suất cao sản xuất hydro có độ an toàn đặc điểm cố hữu nhiên liệu lò phản ứng Lò đánh giá cao vềchống phổ biến hạt nhân, bảo vệ vật chất điểm trung bình phát triển vững có chu kỳ nhiên liệu mở trực lưu 3.2 Chất Uran khí Hydro lò phản ứng hạt nhân hệ Chất Uran: Các lò phản ứng nhanh đóng vai trò có không hai nhiệm vụ quản lí actinide chúng làm việc với neutron lượng cao so với lò LWR chúng hiệu việc phân hạch actinide chất siêu Uran thu hồi từ nhiên liệu tiêu thư lò LWR Trên lý thuyết, lò phản ứng nhanh tái sinh toàn Uran Nuclit phóng xạ siêu Uran Ngược lại, lò phản ứng nhiệt, ví dụ lò LWR, sử dụng neutron lượng thấp khai thác lượng chủ yếu từ đồng vị phân hạch Đồng vị phân hạch xảy tự nhiên 235U, có 0.7% Uran tự nhiên Qua làm giàu, tỉ lệ nâng lên khoảng 3% đến 5%, đủ để vận hành lò LWR Tuy nhiên, lò lò LWR sử dụng để tái sinh hoàn toàn nên 99% lượng Uran khai thác ban đầu cuối lại trở thành nhiên liệu sử dụng bã quặng thải từ trình làm giàu Lò phản ứng nhanh tận dụng Uran tốt hỗ trợ nhiều chu trình tái sinh, nhờ sử dụng toàn nhiệt chứa nhiên liệu Khí Hydro: Nhiều lò phản ứng hệ IV khả sản xuất Hydro dạng sản phẩm phụ Khai thác tiềm khiến cho việc sử dụng pin nhiên liệu giao thông phát điện trở nên kinh tế Mục tiêu dài hạn nhà máy điện hạt nhân hệ IV vận hành nhiệt độ cao hơn, chuyên sản xuất hydro 45 3.3 Xu hƣớng phát triển điện hạt nhân giới an toàn hạt nhân 3.3.1 Xu hƣớng phát triển điện hạt nhân giới Năng lượng vấn đề cần thiết đến sinh hoạt sản xuất, mà tài nguyên thiên nhiên ngày cạn kiệt, nguồn nguyên liệu hạt nhân vừa có tự nhiên vừa tạo cách làm giàu nguyên tố có khả phân hạch Nên công nghệ lò hạt nhân phát triển thiết yếu Đồng thời tạo lò khác dùng mục đích khác Ngày nay, có nhiều loại lò đời đảm bảo độ an toàn cao Nên lò phản ứng phần thiếu cấu kinh tế quốc gia Đối với quốc gia tài nguyên khí đốt dầu mỏ, hệ thống sông ngòi có mà ích công nghệ lò hạt nhân vấn đề cần thiết việc phát triển kinh tế đất nước Ở phạm vi toàn cầu, lượng nguyên tử cần thiết muốn hay không phải phát triển lượng nguyên tử tồn phát triển nhân loại Như biết dân số giới tỷ người hàng năm tăng thêm 80 triệu người, tương đương dân số Việt Nam Dân số tăng dẫn đến gia tăng việc sử dụng lượng Hiện nay, nguồn lượng phục vụ người chủ yếu lấy từ nguồn lượng hoá thạch than đá, dầu mỏ khí thiên nhiên Nhưng nguồn lượng hoá thạch có giới hạn Theo tính toán chuyên gia lượng quốc tế, than đá dù có trữ lượng phong phú khai thác vòng 230 năm cạn kiệt, dầu mỏ 43 năm, khí thiên nhiên 62 năm Mặc khác, nguyên liệu hóa thạch tập trung chủ yếu vùng Trung Đông, nơi không ổn định trị Trong nhiên liệu Uran tái xử lí sử dụng hàng ngàn năm Vấn đề sử dụng lượng gió, lượng mặt trời, thuỷ triều, điện nhiệt,…cũng nghiên cứu Tuy nhiên, vài thập kĩ tới nguồn lượng chiếm tỉ lệ nhỏ Theo dự báo tổ chức lượng giới, năm 2020, nguồn lượng đáp ứng 2%- 5% tổng nhu cầu lượng giới Hiện nay, tình hình phát triển 46 điện hạt nhân giới khác giữ nước khu vực, chủ yếu khác nhu cầu việc cung cấp lượng Hiện tại, giới có 441 nhà máy điện hạt nhân hoạt động với tổng công suất 358.661 MW 3.3.2 An toàn hạt nhân Về nguyên tắc, hoạt động người tiểm ẩn rủi ro cố Công nghiệp hạt nhân ngành công nghiệp khác, không nằm qui luật chung Tuy nhiên, tính nhạy cảm công khai ngành công nghiệp hạt nhân nên ột số cố nhỏ gây quan tâm lớn công chúng Trong tai nạn lớn ngành khác (như vụ vỡ đập thuỷ điện Trung Quốc năm 1997, Đã chìm chết hàng chục nghìn người) Các cố tai nạn hạt nhân xảy nguyên nhân sau: - Về kỹ thuật: Lỗi thiết kế, thi công xây dựng lắp đặt - Về luật lệ: Không tuân thủ qui phạm vận hành, bảo dưỡng, tra, cấp phép - Về người: Trình độ kỹ thuật, kỹ luật xây dựng lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng Hiện nay, loại lò thương mại giới có vỏ bọc bê tông cốt thép; xảy cố, chất phóng xạ giữ lại vỏ bọc Ngoài ra, vỏ bọc có khả chống cố máy bay đâm vào nhà lò khủng bố máy bay rơi mà không làm ảnh hưởng tới tâm lò, nơi có phản ứng hạt nhân Các chuyên gia điện hạt nhân khẳng định không xảy tai nạn hạt nhân kiểu Chernobyl ( Liên Xô) Hơn nữa, thiết kế lò phản ứng nay, chứa đựng yếu tố đảm bảo an toàn nội tại, giảm thiểu hậu cố có.Theo đánh giá chuyên gia kỹ thuật, lò phản ứng thương mại đạt đến độ an tòan cao công nghệ lò phản ứng ngày cải tiến, đảm bảo an toàn hơn, thời gian xây dựng rút ngắn, thải tăng khả cạnh tranh kinh tế Tóm lại, an toàn tiền đề lớn trình nghiên cứu, phát triển sử dụng lượng nguyên tử Vấn đề an toàn không giới hạn từ khâu 47 tinh chế nhiên liệu Uran, mà phải đảm bảo tới khâu cuối xử lí chất thải toàn chu trình nhiên liệu hạt nhân, hoạt động ứng dụng kỹ thuật hạt nhân xạ Vì vậy, phải phát triển sở hạ tầng kỹ thuật, luật pháp nhân lực đảm bảo thực tốt công tác an toàn xạ hạt nhân hoạt động nghiên cứu, phát triển sử dụng lượng nguyên tử Hơn nữa, với việc đảm bảo an toàn kỹ thuẫt, cần phải nuôi dưỡng văn hoá an toàn Bảo đảm an toàn kỹ thuật điều kiện cần, chưa điều kiện đủ Việc nhân dân cảm thấy yên tâm lượng nguyên tử dựa sở tích luỹ tạo dựng yếu tố an toàn vô quan trọng Vấn đề làm để nhân dân thấy yên tâm, xét cho cùng, việc công khai rộng rãi thông tin cho nhân dân để người hiểu cách đắn quan trọng hết Đó phương châm hành động ngành hạt nhân 3.3.3 Tƣơng lai lò phản ứng hạt nhân Việt Nam Việt Nam phát triển nhà máy điện hạt nhân điều kiện tương đối thuận lợi với xu hướng giới Vấn đề mà công chúng Việt Nam lo ngại vấn đề nước khác quan tâm, đảm bảo an toàn nhà máy điện hạt nhân Việc đảm bảo an toàn hoạt động sở hạt nhân có nhà máy điện hạt nhân đòi hỏi phải có đội ngũ cán có trình độ cao, có kỹ luật hệ thống luật lệ đảm bảo tuân thủ yêu cầu nghiêm ngặt an toàn Hoạt động lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 20 năm qua khẳng định trình độ đội ngũ cán Việt Nam quản lí, vận hành bảo dưỡng lò phản ứng hạt nhân, mô hình thu nhỏ nhà máy điện hạt nhân Trong tương lai, Việt Nam xây dựng nhà máy nguyên tử đáp ứng nhu cầu xã hội 3.4 Kết luận Xu hướng phát triển lò phản ứng hạt nhân hệ với trinh độ khoa học kỹ thuật tiên tiến, đảm bảo an toàn chất thải xạ trọng tâm tương lai ngành lò phản ứng hạt nhân Qua thăng trầm thời gian đầu thiếu xót, với cố xảy Thì việc xây dựng nhà 48 máy điện hạt nhân, sản xuất nguồn lượng điện nguyên tử để chống cạn kiệt lượng tương lai ứng dụng rộng rải nước 49 KẾT LUẬN Trong chương trình bày cách tổng quát lò phản ứng hạt nhân Từ giúp người đọc hiểu lò phản ứng hạt nhân như: tương tác neutron với vật chất, trình hoạt động lò dựa nguyên tắc phản ứng dây chuyền, nhiên liệu lò dùng Dù có nhiều loại lò phản ứng hạt nhân khác phân loại lò phản ứng hạt nhân dựa vào tính chất đặc trưng, kỹ thuật, mục đích sử dụng phương pháp khai thác Trình bày trình phân hạch lò phản ứng,… Trong chường trình bày đời lò phản ứng hạt nhân, dẫn đến việc hình thành lò phản ứng nước áp lực Trong trình hình thành lò người ta từ ứng dụng nhỏ tàu ngầm từ người ta sử dụng lò cho mục đích phi quân Trong chương này, nêu lên ba loại lò phản ứng áp lực quan nay, nêu cấu tạo lò phản ứng nước áp lực PWR, chất thải, nguyên tắc hoạt động lò, thời gian hoạt động nhiên liệu, hệ thống tải nhiệt lò phản ứng, xây dựng nhà máy thông số vận hành lò Lò PWR lò nươc nhẹ, trình hoạt động diễn hai chu trình, chất tải nhiệt lò nước thường nước nặng Hiện nay, lò PWR cải tiến với chất thải đạt độ an toàn cao, phục vụ cho trình sản xuất nguồn lượng nguyên tử Trong chương nói lò phản ứng hệ mới, xây dựng nghiên cứu để đạt độ tin cậy tối đa an toàn xạ Trong chương này, lò phản ứng nước áp lực cải tiến APWR lò phản ứng nước sôi cải tiến ABWR điểm nóng nghiên cứu khoa học 50 KIẾN NGHỊ Hiện nay, vấn đề thiếu hụt nguồn lượng tương lai vấn đề quan tâm quốc gia giới Với nguồn lượng nguyên tử từ khí thiên nhiên, dầu mỏ, than đá, theo thống kê chuyên gia lượng quốc tế cạn kiệt thời gian không xa Để cải tiến trì nguôn lượng cho nhu cầu sống người Hướng khoá luận nghiên cứu lò phản ứng nước áp lực cải tiến, sản xuất lượng với chất thải ít, an toàn xạ cao, tốn chi phí xây dựng thời gian ngắn 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngô Quang Huy (1995), “Vật Lý Lò Phản Ứng Hạt Nhân”, nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội [2] Nguyễn Đình Gẫm (2000), “Giáo trình vật lý lò phản ư’ng hạt nhân đại cương”, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Tp Hồ Chí Minh [3] Nhà máy điện hạt nhân Mitsubishi PWR (2000), công ty trách nhiệm hữu hạn công nghiệp nặng [4] http://nlntp.blogspot.com/2008/02/cc-kiv-l-phn-ng-ht-nhn.htm Tiếng Anh [5] Suresh Garg Hindu, Feroz Ahmed L S Kothari (1986), “ Physics of Nuclear Reactors”, Tata McGraw – Hill Publish Company Limited, New Delhi [6] Raymond.L.Muray (1985), “Nuclear Reactor Physics”, PrenticeHall,Inc [7] N.E.Todreas, and M.J Driscoll (2003), “A Tight Lattice, Epithermal Core Design for the Integral PWR”,MIT [8] Wang, D,M.S.Kazimi,and M.J.Driscoll (2003), “Optimization of a Heterogeneousn Thorium-Uranium Core Design for Pressurized Water Reactors”, MIT [9] Xu,Z.MJ.Driscoll and M.S.Kazimi(2003), “Design Strategies for Optimizing High Burnup Fuel in Pressurized Water Reactor”, MIT [...]... 2.2.1 Cấu tạo Lò phản ứng nước áp lực PWR có thể chia thành các vùng khác nhau, mỗi vùng sẽ có nhiệm vụ khác nhau trong từng bộ phận bên trong lò và gồm các bộ phận như hình 2.2 Hình 2.2 Cấu tạo lò phản ứng nươc áp lực PWR 2.2.2 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng nước áp lực PWR 26 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng nước áp lực PWR bao gồm: Thùng lò, bình sinh hơi, bơm nước tải nhiệt, bình điều áp, ống tải nhiệt... 2.2.1 Cấu tạo Lò phản ứng nước áp lực PWR có thể chia thành các vùng khác nhau, mỗi vùng sẽ có nhiệm vụ khác nhau trong từng bộ phận bên trong lò và gồm các bộ phận như hình 2.2 Hình 2.2 Cấu tạo lò phản ứng nươc áp lực PWR 2.2.2 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng nước áp lực PWR 36 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng nước áp lực PWR bao gồm: Thùng lò, bình sinh hơi, bơm nước tải nhiệt, bình điều áp, ống tải nhiệt... bé hơn một và lò phản ứng nhân nhiên liệu nếu hệ số tái sinh lớn hơn một 1.3.3 Các đặc trƣng kỹ thuật Các lò phản ứng được phân loại theo các đặc trưng kỹ thuật bao gồm: - Theo các yếu tố giữ áp lực chất thải, có lò phản ứng vỏ chịu lực nếu vỏ lò giữ áp lực chất tải nhiệt, lò phản ứng kênh chịu lực nếu từng kênh nhiên liệu giữ áp lực chất tải nhiệt, lò phản ứng vỏ và kênh chịu lực là lò kết hợp cả... trình thứ nhất nhận nhiệt từ lò phản ứng không làm sôi nước mà trao đổi nhiệt cho chu trình thứ hai -Chu trình thứ hai làm sôi nước do đó làm quay tua-bin, nên tua-bin không bị nhiễm xạ Loại lò này được sử dụng cho mục đích quân sự, như công nghệ tàu ngầm 2.2 Đặc điểm của lò phản ứng nước áp lực PWR [3] 25 Lò phản ứng nước áp lực PWR là một trong những lò phản ứng hạt nhân dùng nước nhẹ làm chậm và chất... trực tiếp, lò phản ứng hai vòng tuần hoàn và lò phản ứng ba vòng tuần hoàn - Theo cấu trúc và dạng của vùng hoạt, có các lò phản ứng đồng nhất và không đồng nhất với vùng hoạt có dạng hình trụ, hình hộp và hình cầu - Theo khả năng di chuyển, có lò phản ứng tĩnh, lò phản ứng di động và lò phản ứng có thể di động được 14 - Theo thời gian hoạt động, có lò phản ứng hoạt động liên tục, lò phản ứng hoạt động... trình thứ nhất nhận nhiệt từ lò phản ứng không làm sôi nước mà trao đổi nhiệt cho chu trình thứ hai -Chu trình thứ hai làm sôi nước do đó làm quay tua-bin, nên tua-bin không bị nhiễm xạ Loại lò này được sử dụng cho mục đích quân sự, như công nghệ tàu ngầm 2.2 Đặc điểm của lò phản ứng nước áp lực PWR [3] 35 Lò phản ứng nước áp lực PWR là một trong những lò phản ứng hạt nhân dùng nước nhẹ làm chậm và chất... ngầm đưa tới sự áp dụng khái niệm nước áp lực vào những nhà máy điện hạt nhân dẫn đến sự ra đời của lò phản ứng nươc áp lực PWR Vào năm 1957 lò phản ứng nước áp lực PWR dùng nhiên liệu Dioxide Uranium có độ giàu cao đã sử dụng trong khoảng 100 nhà máy điện hạt nhân trên thế giới Cho đến nay thì lò phản ứng nước áp lực đã được nhiều quốc gia trên thế giới: Nhật, Hoa Kỳ, Canada….xây dựng và ứng dụng trong... hoạt cùa lò phản ứng để giảm tốc độ hoặc dừng phản ứng dây chuyền Ba loại lò phổ biến nhất hiện nay: 2.1.1 Lò phản ứng nước nặng PHWR Loại lò này dùng nước nặng D2O để làm chậm neutron Trong lò nước nặng áp lực, nhiên liệu được bố trí trong các ống chịu áp lực và nhiệt được tải đi ở từng ống riêng rẽ Những ống áp lực này được đặt trong một thùng lớn chứa nước nặng làm chậm Trong khi các lò nước nhẹ... hoạt cùa lò phản ứng để giảm tốc độ hoặc dừng phản ứng dây chuyền Ba loại lò phổ biến nhất hiện nay: 2.1.1 Lò phản ứng nước nặng PHWR Loại lò này dùng nước nặng D2O để làm chậm neutron Trong lò nước nặng áp lực, nhiên liệu được bố trí trong các ống chịu áp lực và nhiệt được tải đi ở từng ống riêng rẽ Những ống áp lực này được đặt trong một thùng lớn chứa nước nặng làm chậm Trong khi các lò nước nhẹ... được làm giàu thì các lò nước nặng áp lực dùng nhiên liệu uranium tự nhiên làm hoặc được làm giàu chút ít 24 2.1.2 Lò phản ứng nước sôi BWR Hình 2.1 Cấu tạo lò phản ứng nước sôi BWR Lò này chỉ sử dụng một chu trình Nước được đun sôi trực tiếp rồi làm quay tua-bin phát điện, như vậy tua-bin bị nhiễm xạ nhưng lại có kết cấu nhỏ gọn và giá thành rẽ 2.1.3 Lò phản ứng nước áp lực PWR Lò này sừ dụng hai chu ... tạo lò phản ứng nươc sôi BWR 24 Hình 2.2 Cấu tạo lò phản ứng nước áp lực PWR 25 Hình 2.3 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng nước áp lực 26 Hình 2.4 Thùng lò lò phản ứng áp lực. .. tố giữ áp lực chất thải, có lò phản ứng vỏ chịu lực vỏ lò giữ áp lực chất tải nhiệt, lò phản ứng kênh chịu lực kênh nhiên liệu giữ áp lực chất tải nhiệt, lò phản ứng vỏ kênh chịu lực lò kết hợp... lý lò phản ứng hạt nhân phần quan trọng vật lý hạt nhân, nghiên cứu phản ứng phân hạch hạt nhân dây chuyền lò phản ứng Các lò phản ứng đa dạng, phụ thuộc vào chức lò lò phản ứng áp lực hay lò phản