Xác định độ cháy của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân bằng phương pháp tỷ số đồng vị

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đinh Văn Thìn XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đinh Văn Thìn XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử Hạt nhân Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI VĂN LOÁT Hà Nội - 2015 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, gặp gỡ, học hỏi làm việc giảng viên nhiệt tình tâm huyết với nghiên cứu khoa học, đặc biệt thầy cô công tác Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý Vì thế, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô, xin chúc thầy cô mạnh khỏe để tiếp tục thắp sáng lửa tri thức dẫn lối cho lớp lớp sinh viên đường nghiên cứu khoa học Để hoàn thành nội dung nghiên cứu luận văn này, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Văn Loát, người thầy trực tiếp dìu dắt hướng dẫn khoa học cho nhiều năm qua Tôi học hỏi thầy không kiến thức chuyên môn mà lòng yêu nghề tâm huyết với khoa học Tôi xin chúc thầy gia đình mạnh khỏe, hạnh phúc mong muốn thầy tiếp tục cống hiến nhiều cho nghiệp giáo dục đào tạo cho hệ tương lai đất nước Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Trường Đại học Điện lực, Phòng Tổ chức Cán Bộ môn Điện Hạt nhân tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành khóa học Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể người thân, bạn bè tôi, người quan tâm, động viên vượt qua khó khăn sống Tôi xin hứa cố gắng, nỗ lực nhiều để không phụ lòng tin tất người Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày…… tháng…… năm………… Đinh Văn Thìn ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………… …………………………………………… ….1 CHƢƠNG I: CƠ THUYẾT……………………………………….2 SỞ LÝ 1.1 Độ cháy mối liên hệ với đại lƣợng quan trọng lò phản ứng hạt nhân .……………………………………………………………………2 1.1.1 Độ cháy 1.1.2 Liên hệ độ cháy đại lượng quan trọng lò phản ứng hạt nhân 1.1.2.1 Các đại lượng nhiệt động học 1.1.2.2 Các tiêu chí an toàn nhiên liệu hạt nhân 1.2 Các phƣơng pháp xác định độ cháy 12 1.2.1 Xác định độ cháy phương pháp hóa học 13 1.2.2 Xác định độ cháy phương pháp khối phổ kế 14 1.2.3 Xác định độ cháy phương pháp không phá hủy mẫu 19 1.3 Lý thuyết lò phản ứng hạt nhân 22 1.3.1 Tương tác notron với hạt nhân 22 1.3.1.1 Tiết diện phản ứng 22 1.3.1.2 Phản ứng tán xạ notron 24 1.3.1.3 Phản ứng chiếm bắt notron 25 1.3.1.4 Phản ứng phân hạch hạt nhân 25 1.3.2 Lý thuyết khuếch tán notron đa nhóm trạng thái tới hạn lò phản ứng hạt nhân 29 1.3.3 Quá trình biến đổi thành phần nhiên liệu hạt nhân 35 CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU… 41 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 41 2.1.1 Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 41 2.1.1.1 Cấu trúc lò phản ứng 41 2.1.1.2 Thanh nhiên liệu 43 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 44 2.2.1 Xác định số nhóm sản phẩm phân hạch 44 2.2.2 Tiến hành thực nghiệm 49 2.2.2.1 Cấu tạo hệ đo xạ 49 2.2.2.2 Thực nghiệm 51 2.2.2.3 Các thông số sản phẩm phân hạch sử dụng 52 2.2.3 Phần mềm lập trình MATLAB 54 CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………… 55 3.1 Kết 55 3.1.1 Phân bố công suất tâm lò phản ứng 55 3.1.2 Biến thiên số hạt nhân theo thời gian bó nhiên liệu số 62 57 3.1.3 Biến thiên số hạt nhân theo thông lượng bó nhiên liệu số 62 59 3.1.4 Biến thiên độ cháy theo thời gian chiếu xạ thông lượng notron bó nhiên liệu số 62 61 3.1.5 dựng Xây đường cong hiệu suất ghi tương đối…………………….62 3.1.6 Tỷ đồng số vị Cs134 Cs137……………………………………….64 3.1.7 Độ cháy bó nhiên liệu số 62………………………………… 65 3.2 Thảo luận 70 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU KHẢO……………………………………………… 72 ĐINH VĂN THÌN THAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 PHỤ LỤC…………………………………………………………………75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Giá trị giới hạn an toàn số nước sử dụng.… .6 Bảng 2: Các đồng vị đặc trưng phù hợp với phương pháp khối phổ kế……17 Bảng 3: Năng lượng ngưỡng kích thích số hạt nhân.……….26 Bảng 4: Phân bố lượng theo sản phẩm phân hạch 235 92U ….…27 Bảng 5: Số notron trung bình sinh sau phản ứng phân hạch.…28 Bảng 6: Một số đặc trưng notron trễ hạt nhân nặng.…29 Bảng 7: Suất lượng phân hạch sản phẩm phân hạch từ 235 92U ……36 Bảng 8: Các thông số liên quan đến bó nhiên liệu số 62……………………44 Bảng 9: Các thông số số Cs134.………………………….…………….53 Bảng 10: Các thông Cs137.………………………………………53 Bảng 11: Các thông số Eu154.…………………… …………… 53 Bảng 12: Phân bố công suất vị trí nhiên liệu tâm lò phản ứng………… …………………………………………………………….55 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Bảng 13: Giá trị thực nghiệm nhiên liệu số 62.………………63 Bảng 14: Giá trị tính toán tỷ số đồng vị Cs134/Cs137……………… 64 Bảng 15: Các giá trị tính toán độ cháy trung bình nhiên liệu Lò Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt ………………………………………… 66 Bảng 16: Các giá trị tham chiếu độ cháy trung bình nhiên liệu Lò Phản ứng Lạt………………………………………68 ĐINH VĂN THÌN Hạt nhân Đà LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Dẫn nhiệt nhiên liệu nhân hạt …………….……………3 Hình 2: Đường cong sôi UO2 theo Ukiyama …….……………………….….……4 Hình 3: Độ dẫn nhiệt độ nhiệt ……….………………….……9 Hình 4: Sự trương nở viên nhiên liệu rão lớp vỏ ……………………10 Hình 5: Độ dẫn nhiệt qua khe theo độ cháy nhiên liệu PWR ……10 Hình 6: Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính theo chiều cao tâm lò phản ứng ……11 Hình 7: Tốc độ ……………………… 11 sinh nhiệt tuyến tính theo độ cháy Hình 8: Khối phổ kế UO2 tự nhiên sau chiếu xạ ………….……15 Hình 9: Khối phổ kế uranium plutonium mẫu trải qua chiếu xạ………………………………………………………………………… 16 Hình 10: Phổ plutonium xạ…………………….……………16 sau chiếu Hình 11: Khối phổ kế zirconium tự nhiên zirconium UO2 bị chiếu xạ có pha trộn với dung notron đồng dịch zirconium tự nhiên.……………………19 Hình 12: Bắn chùm ………………….23 ĐINH VĂN THÌN đến bia mỏng LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 13: Tiết diện vi mô phân hạch notron với 235 92U ……………23 Hình 14: Bắn chùm notron đồng đến bia dày ……………………24 Hình 15: Cơ chế phân hạch hạt nhân theo mẫu giọt chất lỏng ………….…26 Hình 16: Suất lượng sản phẩm phân hạch 92U235 94Pu239.…27 Hình 17: Quá trình phân rã beta sinh notron trễ Br87 I131………28 Hình 18: Chiếm bắt notron nhóm bắt notron nhóm U235………………………………35 Hình 19: Chiếm U238………………………………36 Hình 20: Sơ đồ biến đổi chi tiết sản phẩm phân hạch.………….…40 Hình 21: Mặt cắt đứng lò phản ứng hạt nhân Đà cắt ngang lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.…………………41 Hình 22: Mặt Lạt.…………………42 Hình 23: Mặt cắt ngang vùng hoạt vành phản xạ………………… 43 Hình 24: Mặt cắt ngang bó nhiên liệu loại VVRM2……………43 Hình 25: Sơ đồ khối hệ đo xạ.……………………………………49 Hình 26: Cấu hình detector HPGe loại mặt phẳng đồng trục ………49 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 27: Độ phân giải lượng.………………… ……………………50 Hình 28: hình Cấu hệ đo thực nghiệm…………………………………… 51 Hình 29: Phân bố công suất tâm lò phản ứng……………………… 57 Hình 30: Biến thiên số hạt nhân U235 theo thời gian chiếu xạ………………58 Hình 31: Biến thiên số hạt nhân Cs137 theo thời gian chiếu xạ…………… 58 Hình 32: Biến thiên số hạt nhân Cs133 theo thời gian chiếu xạ……………58 Hình 33: Biến thiên số hạt nhân Cs134 theo thời gian chiếu xạ…………….59 Hình 34: Biến thiên số hạt nhân U235 theo thông lượng Biến thiên số hạt nhân Cs133 theo thông lượng Biến thiên số hạt nhân Cs134 theo thông lượng Biến thiên số hạt nhân Cs137 theo thông lượng notron…………….59 Hình 35: notron……………60 Hình 36: notron…………….60 Hình 37: notron…………….60 Hình 38: Biến thiên số hạt nhân Cs134/Cs137 theo thông lượng notron… 61 Hình 39: Độ cháy theo thời gian chiếu xạ bó nhiên liệu số 62………….61 Hình 40: Độ cháy theo thông lượng notron nhiệt bó nhiên liệu số 62…62 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Ngô Quang Huy (2006), Cơ Sở Vật Lý Hạt Nhân, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ngô Quang Huy (2004), An Toàn Bức Xạ Ion Hoá, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ngô Quang Huy (2004), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Bùi Văn Loát (2000), Xác suất thống kê xử lý số liệu hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Đặng Đức Nhận, Đinh Văn Thìn (2015), “Khả ô nhiễm chất khí phóng xạ khí thải từ nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò FBNR”, Trường Đại học Điện lực Nguyễn Triệu Tú (2007), Ghi nhận đo lường xạ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Hữu Xí (1962), Kỹ thuật thực nghiệm vật lý hạt nhân, NXB Đại học Tổng hợp, Hà Nội Tiếng Anh A.L Nichols (2002), Nuclear Data Requirements for Decay Heat Calculations, Vienna, Austria 10 Attila Vértes, Sándor Nagy, Zoltán Klencsár, Rezso György Lovas, Frank Rösch (2010), Handbook of Nuclear Chemistry: Vol 1: Basics of Nuclear Science; Vol 2: Elements and Isotopes: Formation, Transformation, Distribution; Vol 3: Nuclear Energy Production and Safety Issues, Springer, USA ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 11 Dan Gabriel Cacuci (2010), Handbook of Nuclear Engineering, Springer US, USA 12 Glenn F Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement, Wiley, USA 13 Kiyoshi Inoeu, Kaoru Taniguchi, Toshifumi Murata, Hidehiko Mitsui and Akira Doi (1969), Burnup determination of nuclear fuel, Vol 17 No.4 December 1969, Hitachi Ltd, Japan 14 Luís Antônio Albiac Terremoto (2009), “ Gamma-ray Spectroscopy on Irradiated Fuel Rods”, 2009 International Nuclear Atlantic Conference INAC 2009, Rio de Janeiro, RJ, Brazil 15 Michael F L'Annunziata (2012), Handbook of Radioactivity Analysis (Third Edition), Academic Press, USA 16 R I Dobin, T Craciunescu, M Pavelescu (2011), “Candu And Triga Fuel Burn-up Determination Using Axial And Tomographic Gamma-Scanning”, Romanian Reports in Physics, Vol 63, No 4, P 1009–1017 17 Raymond L Murray (2008), An Introduction to the Concepts, Systems, and Applications of Nuclear Processes, Butterworth-Heinemann, USA 18 James J Duderstadt, Louis J Hamilton (1976), Nuclear Reactor Analysis, Wiley, USA 19 Joe D Hoffman, Steven Frankel (2001), Numerical Methods for Engineers and Scientists (Second Edition), CRC Press, USA 20 John R Taylor (1997), An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in Physical Measurements, University Science Books, USA 21 Nuclear Energy Agency NEA (2012), Nuclear Fuel Safety Criteria Technical Review, Organisation for Economic Co-operation and Development OECD, UK 22 Neil E Todreas, Mujid S Kazimi (1993), Nuclear Systems I - Thermal Hydraulic Fundamentals, Taylor&Francis, USA ĐINH VĂN THÌN 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 23 Nguyen Minh Tuan, Pham Quang Huy, Tran Tri Vien, Trang Cao Su, Tran Quoc Duong, Dang Tran Thai Nguyen (2012), “ Burnup Measurement of 36% Enriched VVR-M2 Fuel Tupy Assembly of Dalat Reactor Using Gamma Spectrometer”, Da Lat Nuclear Research Institute, Da Lat 24 Weston M Stacey (2007), Nuclear Reactor Physics (Second edition), Wiley-VCH, USA ĐINH VĂN THÌN 11 [...]... TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1 Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 2 Ngô Quang Huy (2006), Cơ Sở Vật Lý Hạt Nhân, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 3 Ngô Quang Huy (2004), An Toàn Bức Xạ Ion Hoá, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 4 Ngô Quang Huy (2004), Vật lý lò phản ứng hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 5 Bùi Văn Loát (2000), Xác. .. suất thống kê trong xử lý số liệu hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 6 Đặng Đức Nhận, Đinh Văn Thìn (2015), “Khả năng ô nhiễm các chất khí phóng xạ trong khí thải từ nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò FBNR”, Trường Đại học Điện lực 7 Nguyễn Triệu Tú (2007), Ghi nhận và đo lường bức xạ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 8 Nguyễn Hữu Xí (1962), Kỹ thuật thực nghiệm trong vật lý hạt nhân, NXB Đại