Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy

Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Tưởng Thị Thanh TÍNH TOÁN AN TOÀN CHO BỂ LƯU GIỮ NHIÊN LIỆU ĐÃ CHÁY Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, Hạt nhân Năng lượng cao Mã số : 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Chí Dũng Hà Nội – Năm 2012 Tưởng Thị Thanh Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ts Lê Chí Dũng dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp đỡ hoàn thành luận văn Nhân đây, xin trân trọng cảm ơn tới quý thầy, cô Chuyên ngành Vật lý Hạt nhân khoa Sau Đại học – Trường Đại học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tạọ điều kiện để học tập hoàn thành tốt khóa học Tôi xin gửi lời biết ơn đến anh Trần Quốc Dưỡng người giúp đỡ nhiều luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến chú, anh phòng Điều Khiển lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ thời gian học tập thực luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè bên cạnh động viên giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn Mặc dù cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quý báu quý thầy cô bạn Tưởng Thị Thanh Tưởng Thị Thanh Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 10 CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN .10 1.1 CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN 10 1.2.CÁC QUY ĐỊNH AN TOÀN LIÊN QUAN ĐẾN BỂ LƯU GIỮ NHIÊN LIỆU ĐÃ CHÁY .11 CHƯƠNG 21 MÔ TẢ BỂ LƯU GIỮ NHIÊN LIỆU ĐÃ CHÁY CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT 21 2.1 Mô tả tổng quát lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt .21 2.2 Bể lưu giữ nhiên liệu cháy lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt .24 CHƯƠNG 29 PHƯƠNG PHÁP VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN .29 3.1 Phương pháp tính toán 29 3.2 Chương trình MCNP5 30 3.2.1 Mô tả tệp tin đầu vào MCNP 32 3.2.2 Mô hình hình học bể lưu giữ lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 42 3.2.3 Thư viện số liệu 43 3.2.4 Kỹ thuật giảm phương sai sử dụng tính toán 43 3.3 Chương trình ORIGEN2 43 CHƯƠNG 45 TÍNH TOÁN AN TOÀN CHO BỂ LƯU GIỮ NHIÊN LIỆU ĐÃ CHÁY CỦA LÒ PHẢN ỨNG ĐÀ LẠT 45 4.1 Tính toán tới hạn 45 4.1.1 Tính toán tới hạn theo số bó nhiên liệu lưu giữ [1] 45 4.1.2 Tính toán tới hạn bể chứa đầy nhiên liệu bị nước 46 4.2 Tính toán nhiệt phân rã hoạt độ cho bể lưu giữ nhiên liệu 47 4.2.1 Nhiệt phân rã 47 4.2.2 Phóng xạ .51 4.3 Tính suất liều 56 4.3.1 Kết tính toán thực nghiệm đo suất liều BNL 57 4.3.2.Tính toán suất liều trường hợp bể chứa đầy nhiên liệu .57 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤC LỤC 63 Tưởng Thị Thanh Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thông số vật lý lò phản ứng .15 Bảng 2.2 Các đặc trưng bó nhiên liệu VVR-M2 .19 Bảng 3.1 Các loại mặt MCNP .27 Bảng 3.2: Các tham biến nguồn .31 Bảng 3.3 Các tally 31 Tưởng Thị Thanh Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Bảng 4.1 Hệ số keff theo số lượng bó nhiên liệu lưu giữ 39 Bảng 4.2 Nhiệt phân rã (W) 150 BNL 10 đầu sau chiếu 41 Bảng 4.3 Nhiệt phân rã 150 BNL từ 12 đến 72 sau chiếu 42 Bảng 4.4 Nhiệt phân rã 150 BNL sau ngày đến 20 năm 43 Bảng 4.5 Hoạt độ phóng xạ (Ci) 150 BNL 10 đầu sau chiếu 46 Bảng 4.6 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ 12 đến 72 47 Bảng 4.7 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ ngày đến 20 năm 49 Bảng 4.8 Giá trị suất liều bó nhiên liệu cháy 30% từ kết tính toán thực nghiệm với thời gian làm nguội 85 giờ, 228 493giờ 51 Bảng 4.9 Kết tính toán suất liều trường hợp bể chứa đầy bó nhiên liệu cháy theo chiều cao 53 Bảng 4.10 Suất liều giảm theo thời gian bể nước hoàn toàn khoảng cách khác sau năm sau chiếu nơi suất liều lớn 58 Bảng 4.11 Suất liều trường hợp bể theo thời gian 59 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Chu trình nhiên liệu hạt nhân Hình 1.2 Bể chứa nhiên liệu cháy nhà máy điện hạt nhân .5 Hình 2.1 Sơ đồ mặt cắt đứng Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt .17 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí cốc chứa bể chứa nhiên 18 Hình 2.3 Mô hình mặt cắt ngang nhiên liệu HEU 21 Tưởng Thị Thanh Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Hình 3.1 Sơ đồ tính suất liều bể lưu giữ lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 23 Hình 3.2 Cấu trúc khái quát tệp tin đầu vào MCNP 25 Hình 3.3 Khuông mẫu thẻ bề mặt 26 Hình 3.4 Khuôn mẫu thẻ ô .29 Hình 3.5 Khuôn mẫu đặc trưng thẻ vật liệu .34 Hình 4.1 Nhiệt phân rã 150 BNL 10 đầu sau chiếu 42 Hình 4.2 Nhiệt phân rã 150 BNL từ 12 đến 72 43 Hình 4.3 Nhiệt phân rã 150 BNL từ ngày đến 20 năm 44 Hình 4.4 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL 10 đầu sau chiếu .47 Hình 4.5 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ 12 đến 72 48 Hình 4.6 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ ngày đến 20 năm 50 Hình 4.7 Mô hình nửa bể chứa mô MCNP5 .52 Hình 4.8 Suất liều phụ thuộc chiều cao trường hợp bể đầy nước sau năm 55 Hình 4.9 Suất liều trường hợp đầy nước, nước đến nhiên liệu nước hoàn toàn 56 Hình 4.10 Các vị trí khoảng cách suất liều khảo sát 57 Hình 4.11 Suất liều thay đổi theo khoảng cách khác .58 Hình 4.12 Suất liều trường hợp bể theo thời gian chiều cao 20 cm .59 Tưởng Thị Thanh Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 MỞ ĐẦU Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt nâng cấp từ Lò TRIGA (Training, Research and Isotope - Production Reactors, General Atomic) Mỹ có công suất 250 kW, loại lò bể bơi, làm mát làm chậm neutron nước nhẹ Sau nâng cấp, lò đạt tới hạn lần đầu vào ngày 01/11/1983, với công suất 500 kW Lò đưa vào vận hành thức vào tháng 3/1984 với mục đích sản xuất đồng vị phóng xạ, phân tích kích hoạt neutron, nghiên cứu bản, nghiên cứu ứng dụng đào tạo cán Tưởng Thị Thanh Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Đối với lò phản ứng, sau nhiên liệu cháy chuyển khỏi lò, lưu giữ bể nhiên liệu sau thời gian từ vài năm đến vài chục năm để giảm nhiệt dư, phóng xạ trước vận chuyển an toàn nhà máy xử lý, tái chế nhiên liệu chôn thải vĩnh viễn theo tiêu chuẩn IAEA Ngoài trình lưu giữ nhiên liệu, bể phải đảm bảo an toàn, không để gây hại cho người môi trường Trong luận văn “Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy” này, tính toán an toàn cho bể chứa đầy nhiên liệu trường hợp hoạt động bình thường cố xảy động đất, va đập làm nứt, vỡ bể, nước hư hại nhiên liệu bể chứa Chương trình tính toán sử dụng MCNP5 ORIGEN2 với hình dạng thành phần nhiên liệu, cấu kiện bể sát với thực tế bó nhiên liệu cháy 30% Đây toán thực tế phải giải Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt khuôn khổ dự án hợp tác quốc tế thay đổi nhiên liệu có độ làm giàu cao ( HEU) thành nhiên liệu có độ làm giàu thấp ( LEU ) Nhiên liệu HEU cháy lấy khỏi lò, lưu giữ bể chứa trước chuyển trả Nga Trong trình nước ta có dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân, việc giải toán bước đầu cho việc tính toán bể chứa nhiên liệu cháy nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận tương lai Luận văn bao gồm phần mở đầu, chương phần kết luận Chương 1: chu trình nhiên liệu hạt nhân quy định IAEA liên quan đến lưu giữ nhiên liệu hạt nhân, chương 2: Mô tả bể lưu giữ nhiên liệu cháy lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, chương 3: Phương pháp chương trình tính toán, chương 4: Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy Mô hình, phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực hướng dẫn thầy giáo cán có kinh nghiệm an toàn hạt nhân Các kết tính toán so sánh thực nghiệm thực chủ yếu Đà Lạt hướng dẫn chuyên gia có nhiều năm kinh nghiệm làm việc Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Tưởng Thị Thanh Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy Tưởng Thị Thanh 2012 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Chương CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN Chương giới thiệu chu trình nhiên liệu hạt nhân quy định liên quan bảo đảm an toàn hạt nhân 1.1 Chu trình nhiên liệu hạt nhân Vấn đề an toàn hạt nhân đặt lên hàng đầu cho quốc gia có chu trình hạt nhân An toàn hạt nhân đảm bảo an toàn sử dụng nhiên liệu hạt nhân từ lúc sản suất đến lúc xử lý phế liệu để không làm ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe người An toàn hạt nhân phải đảm bảo yếu tố: Kiểm soát tới hạn, tải nhiệt dư che chắn phóng xạ Nhà máy điện hạt nhân khâu chuỗi công nghệ phức tạp gọi chu trình nhiên liệu [4] Chu trình gồm bảy khâu: Khai thác quặng Uranium; Xử lý quặng Uranium; Làm giàu quặng đồng vị 235U; Chế tạo nhiên liệu; Sử dụng lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân; Xử lý nhiên liệu cháy; Xử lý chất thải Tưởng Thị Thanh 10 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Hình 4.4 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL 10 đầu sau chiếu b Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ 12 đến 72 sau chiếu Bảng 4.6 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ 12 đến 72 Thời gian làm nguội 12 14 16 18 20 (giờ) Mảnh vỡ nặng 137 134 131 128 125 cháu (Ci) Sản phẩm phân hạch (Ci) 2,75.103 Tổng hoạt độ 2,88.103 2,57.103 2,7.103 2,42.103 2,55.103 2,29.103 2,41.103 2,17.103 2,3.103 1BNL(Ci) Tổng hoạt độ 150 4,33.105 4,06.105 3,82.105 3,62.105 3,44.105 BNL(Ci) Thời gian làm nguội (giờ) 22 Mảnh vỡ nặng 122 24 120 36 2,55.10-1 48 72 -1 2,24.10 1,73.10-1 cháu(Ci) Sản phẩm phân hạch (Ci) 2,07.103 Tổng hoạt độ BNL(Ci) 2,19.103 Tổng hoạt độ 150 bó (Ci) 3,29.105 1,98.103 2,1.103 3,15.105 1,59.103 1,59.103 2,39.105 1,37.103 1,11.103 1,37.103 1,11.103 2,05.105 1,66.105 Tưởng Thị Thanh 53 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Hoat phu thuoc thoi gian 450000 400000 Hoat ( Ci ) 350000 300000 250000 200000 150000 10 20 30 40 50 60 70 Thoi gian ( gio ) Hình 4.5 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ 12 đến 72 Tưởng Thị Thanh 54 80 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 c Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ ngày đến 20 năm Bảng 4.7 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ ngày đến 20 năm Thời gian làm nguội ngày Mảnh vỡ nặng 27,2 30 ngày 1,71 90 ngày 0,813 180 ngày 0,784 năm 0,746 cháu (Ci) Sản phẩm phân hạch(Ci) 7,34.102 Tổng hoạt độ 7,61.102 3,75.102 3,76.102 2,3.102 2,31.102 1,64.102 1,65.102 1,22.102 1,23.102 BNL(Ci) Tổng hoạt độ 150 1,14.105 5,64.104 3,46.104 2,48.104 1,85.104 BNL(Ci) Thời gian làm nguội ( năm ) Mảnh vỡ nặng cháu (Ci) Sản phẩm phân hạch (Ci) Tổng hoạt độ BNL (Ci) Tổng hoạt độ 150 BNL 0,701 9,91.101 9,98.101 1,5.104 (Ci) Tưởng Thị Thanh 55 0,671 8,86.101 8,93.101 1,34.104 0,619 7,83.101 7,89.101 1,18.104 10 0,511 6,62.101 6,67.101 1.104 20 0,358 5,13.101 5,17.101 7,75.103 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 120000 2012 Hoat phu thuoc vao thoi gian Hoat ( Ci ) 100000 80000 60000 40000 20000 0 10 15 20 Thoi gian ( nam ) Hình 4.6 Hoạt độ phóng xạ 150 BNL từ ngày đến 20 năm Cũng nhiệt phân rã, hoạt độ của bể chứa nhiên liệu giảm rất nhanh năm đầu sau đó giảm rất ít Phần đóng góp sản phẩm phân hạch lớn đóng góp mảnh vỡ nặng cháu không đáng kể 4.3 Tính suất liều Để đảm bảo an toàn hạt nhân cho nhân viên vận hành lò, việc tính suất liều bể lưu giữ là cần thiết Các cấu kiện che chắn kích thước bể mô tả trung thực với thực tế (đầu vào tính suất liều chương trình MCNP5) Dể khảo sát suất liều vị trí khác nhau, khoảng cách (0,5 cm; 50 cm; 100 cm; 150 cm) ta lấy tally thông lượng (F4) Suất liều gamma chuyển đổi từ thông lượng sang liều theo tiêu chuẩn ANSI/ANL-6,1,1 – 1977 () theo tiêu chuẩn ICRP-21 có kết nhỏ 10% Tưởng Thị Thanh 56 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 4.3.1 Kết tính toán thực nghiệm đo suất liều BNL Để so sánh độ tin cậy mô hình tính toán suất liều, dùng mô MCNP5 để tính suất liều BNL cháy 30% tính sai số so với kết đo thực tế lưu giữ 85 giờ, 228 493 Bảng 4.8 Giá trị suất liều BNL cháy 30% từ kết tính toán thực nghiệm [2] với thời gian làm nguội 85 giờ, 228 493 Vị trí đo 85 (mSv/h) Thực Tính Sai số 228 (mSv/h) Thực Tính Sai số 493 (mSv/h) Thực Tính Sai số 3,8 nghiệm toán (%) nghiệm toán (%) nghiệm toán (%) 4349,31 3734,91 14% 2790,33 2199,19 20% 1712,00 1354,72 20% 13,8 4349,88 5384,76 23% 3523,33 3144,33 10% 2359,00 1936,21 16% 23,8 6055,48 6172,52 2% 4020,33 3581,04 10% 2681,00 2207,57 17% 33,8 6859,42 6158,12 10% 3853,33 3589,53 7% 2625,67 2210,53 15% 43,8 6574,53 5377,32 18% 3067,67 3133,72 2% 1989,33 1929,52 3% 53,8 4851,57 3746,05 23% 1954,00 2214,93 13% 1209,67 1361,84 12% Sai số trung bình giá trị khoảng 13% Trên sở ta tính suất liều cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 30% 4.3.2.Tính toán suất liều trường hợp bể chứa đầy nhiên liệu Cho đến thời điểm tại, bể lưu giữ nhiên liệu khoảng gần năm nên luận văn này, chọn tính suất liều sau năm trở Ta giả sử trường hợp cao tất BNL vừa lấy bể chứa đầy nhiên liệu Suất liều tính trường hợp đầy nước, nước đến bề mặt nhiên liệu cạn nước sát mép bê tông dọc theo chiều cao bể hình 4.7 Tại vị trí suất liều lớn Tưởng Thị Thanh 57 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Hình 4.7 Mô hình nửa bể chứa mô MCNP5 Kết suất liều bể chứa đầy BNL cháy 30% theo chiều cao trường hợp đầy nước, nước đến mặt BNL, nước hoàn toàn sau năm ghi bảng 4.9 Tưởng Thị Thanh 58 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Bảng 4.9 Suất liều bể chứa đầy BNL cháy 30% theo chiều cao trường hợp đầy nước, nước đến mặt BNL, nước hoàn toàn sau năm Vị trí Suất liều Suất liều Suất liều (cm) (mSv/h) (mSv/h) (mSv/h) đầy nước nước đến nước hoàn mặt BNL toàn 10 23,5 23,3 31,1 20 28,1 28,1 38,4 30 23,5 24,7 33,3 40 17,0 18,2 24,9 50 12,1 12,1 16,8 60 7,94 7,65 10,6 70 4,35 4,42 6,27 80 4,16 2,60 3,54 90 1,60 1,41 2,06 100 1,10 0,833 1,18 110 0,564 0,485 0,747 120 0,346 0,293 0,435 130 0,171 0,192 0,283 140 0,0918 0,123 0,185 150 0,0420 0,0783 0,127 160 0,0333 0,0571 0,0947 170 0,0216 0,0413 0,0682 180 0,0136 0,0313 0,0471 190 0,00908 0,0237 0,0350 Tưởng Thị Thanh 59 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 200 0,00862 0,0185 0,0282 210 0,00759 0,0149 0,0234 220 0,00636 0,0118 0,0193 230 0,00373 0,00966 0,0149 240 0,00151 0,00854 0,0140 250 0,000922 0,00635 0,0117 260 0,00143 0,00589 0,0108 270 0,00150 0,00567 0,0107 280 0,00219 0,00492 0,00916 290 0,00141 0,00434 0,00786 300 0,00130 0,004 0,00702 310 0,00139 0,00304 0,00605 320 0,00192 0,00276 0,00555 330 0,000856 0,00256 0,00490 340 0,000548 0,00246 0,00407 350 0,000133 0,00232 0,00335 360 0,000112 0,00206 0,00290 368 0,000111 0,00186 0,00254 Tưởng Thị Thanh 60 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Suat lieu phu thuoc chieu cao sau nam 30 Suat lieu ( mSv/h ) 25 20 15 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Chieu cao ( cm ) Hình 4.8 Suất liều phụ thuộc chiều cao trường hợp bể đầy nước sau năm Tưởng Thị Thanh 61 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Suat lieu day nuoc suat lieu nuoc bang nhien lieu suat lieu mat nuoc hoan toan 40 35 Suat lieu ( mSv/h ) 30 25 20 15 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Chieu cao ( cm ) Hình 4.9 Suất liều trường hợp đầy nước, nước đến nhiên liệu nước hoàn toàn Khi mức nước bể bình thường (368 cm), giá trị lớn suất liều 28,1 mSv/h độ cao 20 cm Giá trị cao so với mức cho phép liều chiếu nhân viên 20 mSv/năm Tuy nhiên, giả sử bể lưu giữ 150 BNL vừa lấy từ cốc chứa tạm thời lượng nhiên liệu giống nhiên liệu thực tế, suất liều đo nhỏ có 106 BNL, bó lại có thời gian sau chiếu khác nhau, có bó từ đợt đầu vận hành lò (30 năm) Từ chiều cao 50 cm trở xuống suất liều lớn cỡ vài chục mSv/h Lên đến chiều cao m suất liều vài mSv/h Càng lên cao suất liều giảm nhanh khoảng cách tăng lên có lớp nước che chắn Khi lên đến thành bể, tức vị trí nhân viên làm việc khoảng 1µSv/h Giảm gần 3000 lần Giá trị an toàn người Trong trường hợp có cố làm nước bể động đất, va chạm… làm nứt bể, thủng bể gây nước Khi mức nước ngập BNL suất liều vị Tưởng Thị Thanh 62 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 trí từ mặt đất lên độ cao bó nhiên liệu không thay đổi lớp nước che chắn Nhưng từ vị trí 90 cm trở lớp nước che chắn bên lúc biến đồ thị xuất đoạn suất liều tăng đột ngột (hình 4.9) Nếu bể nước mà giải pháp tiếp nước cho bể, tình trạng xấu bể nước hoàn toàn suất liều độ cao nhiên liệu tăng gấp 1,3 lần Suất liều tăng giải thích cốc chứa nhiên liệu gắn sát tường Với giá trị nước khoảng 3,8 mSv/h giá trị lớn đo mặt bể 2,5 µSv/h Ở vị trí người tiếp cận với thời gian hạn chế để thực biện pháp xử lý cần thiết Từ hình 4.8, ta xác định độ cao 20 cm suất liều lớn Dựa vào kết này, khảo sát thay đổi suất liều theo khoảng cách hình 4.10 xa bể trường hợp bể nước hoàn toàn sau chiếu năm Hình 4.10 Các vị trí khoảng cách suất liều khảo sát Tưởng Thị Thanh 63 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Ta thu bảng sau: Bảng 4.10 Suất liều thay đổi theo khoảng cách khác bể nước hoàn toàn Vị trí (cm) Suất 0,5 10,5 30,5 50,5 80,5 100,5 130,5 liều(mSv/h) 38 26,5 15,1 9,63 6,83 4,48 3,15 Suat lieu thay doi theo khoang cach 40 35 Suat lieu ( mSv/h ) 30 25 20 15 10 0 20 40 60 80 100 120 140 Khoang cach ( cm ) Hình 4.11 Suất liều thay đổi theo khoảng cách khác Suất liều giảm theo hàm exp Tại vị trí m suất liều gần mSv/h, suất liều cao nhân viên nhận mức liều năm sau vài chục phút Trong trường hợp nước lâu dài, khảo sát thay đổi suất liều theo thời gian trường hợp bể Bảng 4.11 Suất liều trường hợp bể theo thời gian Tưởng Thị Thanh 64 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 Vị trí (cm) 10 20 50 100 150 200 250 300 350 368 năm năm năm 10 năm 20 năm 31,1 25,9 21,1 16,3 12,1 38,4 32,2 26,2 20,2 14,9 16,8 13,9 11,2 8,48 6,24 1,18 0,961 0,737 0,544 0,395 0,127 0,102 0,08 0,0605 0,0436 0,282 0,0239 0,0197 0,0158 0,0115 0,0117 0,00983 0,00803 0,00642 0,00482 0,00702 0,00548 0,00473 0,00353 0,00259 0,00335 0,00307 0,00247 0,00181 0,00153 0,00254 0,00225 0,00164 0,00118 0,000976 35 Suat lieu thay doi theo thoi gian be mat nuoc Suat lieu ( mSv/h ) 30 25 20 15 10 10 12 14 16 18 20 22 Khoang cach ( cm ) Hình 4.12 Suất liều trường hợp bể theo thời gian chiều cao 20 cm Trong trường hợp bể nước hoàn toàn, suất liều giảm chậm theo thời gian gần mSv/h sau 20 năm Mức gây nguy hại đến người nên trường hợp bể nước hoàn toàn mà biện pháp can thiệp sau 20 năm người không nên có mặt gần khu vực Nếu hoạt Tưởng Thị Thanh 65 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 động xử lý bắt buộc người phải có mặt phải có biện pháp che chắn cần thiết KẾT LUẬN Tính toán an toàn hạt nhân cho nhiên liệu cháy quan trọng chu trình hạt nhân Trong việc tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu vấn đề quan tâm lò phản ứng trước chuyển nơi xử lý nhiên liệu cháy tách chiết lại Theo khuyến cáo IAEA ( Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế ), việc lưu giữ nhiên liệu cháy cần đảm bảo đầy đủ quy chuẩn an toàn hạt nhân Qua trình thực luận văn, thu kết sau: - Hệ số keff < trường hợp bể chứa đầy bó nhiên liệu cố xảy gây nước toàn hệ thống bể Cấu hình bể đạt an toàn tới hạn - trường hợp Nhiệt độ sinh không đáng kể nên thiết kế bể đạt an toàn nhiệt dư Khảo sát suất liều theo khoảng cách thời gian lưu giữ trường hợp đầy, nước đến bề mặt nhiên liệu nước hoàn toàn Trong trường hợp bể đầy nước đạt an toàn hạt nhân, trường hợp nước đến bề mặt bó nhiên liệu suất liều cho phép nhân viên vận hành Còn trường hợp nước hoàn toàn cần có biện pháp để che chắn phóng xạ cho nhân viên tiếp cận bể có biện pháp tiếp nước cho bể Các kết thu sở để kết luận khả lưu giữ an toàn suốt trình hoạt động lò phản ứng, đồng thời cho kế hoạch di chuyển bó nhiên liệu cháy Nga sau kết thúc hoạt động Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt tính toán tiếp xúc với xạ cho nhân viên làm việc trường hợp có cố Các tính toán tương tự thực bể chứa nhiên liệu cháy nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận sau Tưởng Thị Thanh 66 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu cháy 2012 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Khoa học Công nghệ, Viện lượng nguyên tử Việt Nam (2006), Tính toán liều gamma container chuyển nhiên liệu cháy hệ số nhân hiệu dụng bể chứa nhiên liệu cháy lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Đà Lạt Nguyễn Kiên Cường (2010), Báo cáo đánh giá an toàn hạt nhân an toàn xạ cốc chứa tạm thời cất giữ 106 bó nhiên liệu cháy độ giàu cao, Trung tâm Lò phản ứng – Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Trần Quốc Dưỡng (2011), Xác định đặc trưng phóng xạ thành phần vật liệu cấu trúc lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, Luận văn thạc sĩ Vật lý kĩ thuật, Trường Đại học Đà Lạt, Đà Lạt 4.www.http://vietsciences.free.fr/thuctap_khoahoc/thuctap_vatly/nangluonghatnhan htm Tiếng Anh Booth, Thomas E (1985), A sample Problem for Variance Reduction in MCNP, LA-10363-MS Booth ,Thomas E (2004) , MCNP Variance Reduction Examples Croff, A G (1980), A user’s manual for the ORIGEN2 computer code”, ORNL/TM-7175, Goorley, Tim, Criticality Calculations with MCNP5: A Primer 2nd Edition Editor, Los Alamos National Laboratory IAEA, IAEA SAFETY STANDARDS SERIES – Design of Fuel Handling and Storage Systems for Nuclear Power Plants, safety guide, No.NS-G-1.4 10 X-5 Monte Carlo Team (2003), MCNP — A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5, Tưởng Thị Thanh 67 [...]... định an toàn liên quan đến bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy Tài liệu [9] của IAEA quy định về an toàn liên quan đến bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy như sau: Tưởng Thị Thanh 11 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Hình 1.2 Bể chứa nhiên liệu đã cháy của một nhà máy điện hạt nhân 1.2.1 Thiết kế của hệ thống xử lý và lưu giữ nhiên liệu đã cháy phải đảm bảo đầy đủ các tiêu chuẩn an toàn. .. sự giãn nở nhiệt của các thanh nhiên liệu Hình 2.3 Mô hình mặt cắt ngang của bó nhiên liệu HEU của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Tưởng Thị Thanh 27 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy Tưởng Thị Thanh 28 2012 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 3.1 Phương pháp tính toán Đối với tính toán an toàn hạt nhân, hệ số nhân tới.. .Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Hình 1.1 Chu trình nhiên liệu hạt nhân Mức độ nguy hiểm của nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng phát xạ của nó Nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân và ngay sau khi được lấy ra khỏi lò có độ phóng xạ rất cao Luận văn này đề cập đến an toàn lưu giữ nhiên liệu sau khi cháy được lấy ra khỏi lò và cho vào bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 1.2... sạch nước cho bể được đảm bảo nhờ một hệ bao gồm một bơm nước, hai phin lọc cơ học và một phin lọc trao đổi ion Cấu trúc che chắn và thiết bị thao tác 2045 Tưởng Thị Thanh 24 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí các cốc chứa trong bể chứa nhiên liệu Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Hiện nay bể đang chứa 106 bó nhiên liệu đã cháy Bó nhiên liệu đang được lưu giữ là loại bó nhiên liệu có độ giàu... Tổng chiều dài của bó nhiên liệu là 865 mm trong đó phần chứa nhiên liệu dài khoảng 600 mm Bảng 2.2 Các đặc trưng của các bó nhiên liệu VVR-M2 độ giàu 36% và 19,75% Thông số Số thanh nhiên liệu trong một bó nhiên liệu Tưởng Thị Thanh 25 HEU LEU 3 3 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy Dạng hình lục giác (thanh nhiên liệu ngoài cùng) Dạng hình trụ (các thanh nhiên liệu bên trong) 2012... Thanh 13 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 (d) Đối với các khu vực lưu giữ khác nhau phải tính đến tác động tương tác của nơtron giữa các khu vực (e) Bó nhiên liệu cháy không hoàn toàn ( lượng U 235 còn tồn dư lớn hơn dự kiến ) cũng phải được tính đến trong quá trình lưu giữ Bố trí trong khu vực lưu giữ 1.2.12 Thiết kế phải đảm bảo khả năng lưu giữ tối đa đối với bó nhiên liệu. .. phản ứng Quy định cho nhiên liệu hư hại Tưởng Thị Thanh 19 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 1.2.40 Nhiên liệu hư hại là một nguồn ô nhiễm tiềm ẩn vì thế phải được đặt trong thùng vận chuyển lưu trữ Thùng vận chuyển phải được thiết kế để chịu nhiệt, áp suất do nhiệt dư của nhiên liệu đã cháy và từ phản ứng hóa học giữa nhiên liệu hoặc vỏ nhiên liệu với nước xung quanh 1.2.41 Chú... các bó nhiên liệu hư hại hoặc cấu kiện vùng hoạt khác Các công cụ đặc biệt được thiết kế để thao tác nhiên liệu hư hại đảm bảo dưới tới hạn và che chắn Tưởng Thị Thanh 20 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Chương 2 MÔ TẢ BỂ LƯU GIỮ NHIÊN LIỆU ĐÃ CHÁY CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT Trên cơ sở các nghiên cứu tổng quan về chu trình nhiên liệu hạt nhân và quy định bảo đảm an toàn của... graphite Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Hình 2.1 Sơ đồ mặt cắt đứng của Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 2.2 Bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt Các bó nhiên liệu (BNL) đã bị chiếu xạ và đã cháy được nhúng trong nước đã làm sạch khoáng và được giữ tại hai vị trí: cất giữ tạm thời trong thùng lò và cất giữ lâu dài hơn trong một thùng khác gần lò, bể chứa... phóng xạ được tính bằng chương trình Origen2 dùng để tính toán cho sự cháy: Độ cháy trung bình của nhiên liệu là 30%, thời gian cháy căn cứ vào lịch sử vận hành của lò Suất liều đảm bảo an toàn cho nhân viên vận hành Năng lượng của 18 nhóm năng lượng tính từ chương trình Origen2 là đầu vào cho chương trình MCNP5 như mô hình sau: Tưởng Thị Thanh 29 Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012