Bài Giảng Điện Nguyên Tử

Please purchase a personal license BàI Mở ĐầU Nhà máy điện nguyên tử (hay ngày hay gọi nhà máy điện hạt nhân) phát minh vĩ đại loài ngời Nó giúp cho ngời giải đợc loạt vấn đề có tính chất thời đại, vấn đề mâu thuẫn nhu cầu sử dụng lợng ngày tăng hạn chế nguồn lợng sơ cấp, vấn đề ô nhiễm môi trờng tác động việc đốt nhiên liệu khoáng gây Đó vấn đề thiếu nguồn nguyên liệu cho công nghiệp việc dùng chúng làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện.v.v Hiện nay, giới có 439 lò phản ứng hạt nhân hoạt động, cung cấp 17% tổng điện toàn giới Có 31 lò phản ứng đợc xây dựng Con số ngày tăng dạng lợng truyền thống (thuỷ năng, than, dầu, khí) ngày cạn kiệt, yêu cầu an ninh lợng bảo vệ môi trờng ngày cao, trình độ công nghệ điện nguyên tử ngày đợc nâng cao, an toàn hơn, tin cậy nớc ta, tiềm năng lợng đa dạng nhng không dồi để đáp ứng đợc nhịp độ phát triển kinh tế mức tơng đối cao nhằm đa nớc ta trở thành nớc công nghiệp hoá, đại hoá, yêu cầu phát triển đa dạng hoá nguồn lợng nhằm đảm bảo cung cấp lợng an toàn bền vững có tính đến việc bảo tồn phát triển tài nguyên bảo vệ môi trờng quan trọng Chỉ có phát triển lợng nguyên tử với trình độ ngày hoàn thiện đảm bảo đợc yêu cầu Chơng Năng Lợng Nguyên Tử cân lợng giới 1.1 Năng lợng Năng lợng lực làm vật thể biến đổi Năng lợng biểu dới nhiều dạng khác Năng lợng đợc loài ngời biết đến sử dụng từ lâu Ngời ta dùng sức súc vật, dùng sức nớc, sức gió để thay sức ngời Vào kỷ thứ XVI guồng nớc trở thành nguồn lợng quan trọng ngời nớc phát triển tiên tiến, tiêu thụ lợng bình quân đầu ngời cao 15 lần so với xã hội cổ đại cao 10 lần so với thời điểm trớc cách mạng công nghiệp Nhu cầu sử dụng lợng tăng lên cách nhanh chóng gây vấn đề ô nhiễm môi trờng Trái Đất cạn kiệt tài nguyên lợng Nng lng tiờu dựng theo u ngi Ngi vnminh 1950 AD Nng lng t thc phm Nng lng nu nng, iu ho nhit , dch v, qung cỏo, chiu sỏng GJ/ngi /nm Nng lng cho sn xut Nng lng cho giao thụng Cụng nhõn Nụng dõn Nụng dõn Sn bt Nguyờn thu 100.000 BC 1875 AD phỏt trin nguyờn thu 1400 AD 5.000 BC 1.000.000 BC Hin 28% dõn s trờn th gii s dng 77% nng lng ton cu 1.2 tình hình tiêu thụ lợng giới Tiêu thụ lợng ton cầu Theo ''Trin vng nng lng quc t 2002'' (IEO2002), tiờu th nng lng ca th gii d bỏo s tng 60% thi gian 21 nm, k t 1999 n 2020 (thi k d bỏo) c bit, nhu cu nng lng ca cỏc nc ang phỏt trin chõu v Trung Nam M, d bỏo cú th s tng gp hn bn ln thi gian t 1999 ti 2020, chim khong mt na tng d bỏo gia tng tiờu th nng lng ca th gii Vo khong 83% tng gia tng nng lng ca riờng th gii ang phỏt trin 5.2 Cấu trúc phân loại nhà máy điện hạt nhân 5.2.1 Cấu trúc nhà máy điện hạt nhân Sau vùng hoạt nơi diễn phản ứng hạt nhân sản nhiệt năng, thiết bị trao đổi nhiệt để sinh đa vào tua bin để sản điện Qua thiết bị trao đổi nhiệt chất tải nhiệt từ tâm lò phản ứng hệ thống nớc tuần hoàn vòng 2, nớc nhận đợc nhiệt độ nớc (hay chất làm chậm) vòng truyền cho biến thành nớc có áp lực cao đợc đa vào tua bin làm quay tua bin máy phát điện Sau qua tua bin nớc đợc đa qua bình ngng để trở thành nớc lại đợc đa trở lại bình trao đổi nhiệt để trì trình trao đổi nhiệt cho liên tục Để phục vụ cho tuần hoàn nớc, ngời ta phải dùng hệ thống bơm cỡng Ngoài phải có hệ thống điện tự dùng cho nhà máy điện hạt nhân Mọi thông số vật lý kỹ thuật hoạt động lò đợc thông báo số lên đồng hồ đo Nhà máy điện hạt nhân phải có hệ thống thiết bị an toàn đảm bảo cho nhà máy hoạt động an toàn có hiệu Ngoài phải có thiết bị kiểm soát độ nhiễm xạ thoát môi trờng để có biện pháp xử lý ngăn chặn Sau thời gian hoạt động, nhiên liệu bị cháy dần nên phải nghiên cứu việc thay nhiên liệu cho tối u 5.2.2 Yêu cầu vật liệu lò phản ứng a Yêu cầu vật liệu vùng hoạt * Vỏ nhiên liệu: Vật liệu làm vỏ có yêu cầu chính: Chiếm nơtron nên phải mỏng Bền học, vỏ bọc nhiên liệu nói chung có hình dáng kích thớc không đổi Tính dẫn nhiệt cao, truyền nhiệt lâu mà ứng suất nhiệt lớn vỏ bị chất làm lạnh làm rỉ ăn mòn * Chất làm chậm chất phản xạ: Hai loại chất phải chứa tạp chất Chất phản xạ chất làm chậm phải bền tác động xạ bền trình iôn hoá * Các vật liệu hấp thụ hệ thống điều khiển bảo vệ: Các chất phải có tiết diện hấp thụ nơtron nhiệt cao Trong lò nhiệt (chạy nơtron nhiệt) ta đòi hỏi chúng phải hầu nh "đen" nghĩa tất nơtron qua mặt bị hấp thụ Trong nhiều trờng hợp phải có khả hấp thụ nơtron nhiệt * Vỏ lò: Vỏ lò nắp lò lò làm việc chịu tác dụng ứng suất học áp suất thừa lò, tải lợng nhiệt chế độ nhiệt dừng không dừng, lại luôn bị chiếu xạ nơtron nên phải có tính bền cao độ đàn hồi lớn Chịu chiếu xạ nơtron toàn thời gian lò hoạt động (tới 30 năm) không đợc gây gẫy nứt nào, phải bền phóng xạ, không bị rỉ, cần chỗ bị rỉ làm xuất nơi tập trung ứng suất b Những đòi hỏi cho vật liệu nơi nằm vùng hoạt Đối với vật liệu làm ống dẫn nớc ống dẫn phải có độ bền cao, có khả chống nứt nẻ lớn, phải bị rỉ chất rỉ đa vào chất tải nhiệt làm ảnh hởng xấu tới trạng thái phóng xạ lò, có nguy tạo cặn bám mặt nhiên liệu c Những đòi hỏi cho vật liệu dùng xây dựng lò Để làm vật liệu cấu tạo xây dựng lò, ngời ta dùng kim loại hợp kim chúng chúng bền chịu đàn hồi cao, bền bị biến dạng đàn hồi 5.2.3 Nhiên liệu hạt nhân Nhiên liệu hạt nhân đợc chế tạo dới dạng đốt, có nhồi viên nhiên liệu nh viên thuốc Các nhiên liệu đợc bó lại thành bó, chúng đợc nhúng vào vùng hoạt lò phản ứng Giữa bó nhiên liệu khe hở để chất tải nhiệt qua lấy nhiệt Nếu lò lò nhiệt vùng hoạt lò phải có chất làm chậm nơtron Để làm giảm thể tích vùng hoạt lò giảm kích thớc lò, ngời ta thờng dùng nhiên liệu đợc làm giàu (hàm lợng U235 cao 0,73%) 5.2.4 Tái chế nhiên liệu qua sử dụng Sự cháy nhiên liệu tích luỹ sản phẩm phân hạch làm giảm độ phản ứng lò, ngời ta phải cho vào số nhiên liệu nhiều số cần thiết để trì phản ứng dây chuyền rút dần Song rút chứa nhiều urani có khả phân hạch nên cần tìm cách tái chế Tái chế nhiên liệu tách urani khỏi sản phẩm phân hạch có nhiên liệu cháy Việc tách cách an toàn sản phẩm phân hạch phóng xạ khỏi nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng vấn đề phức tạp quan trọng ngành lợng hạt nhân 5.3 Xây dựng, vận hành nhà máy điện hạt nhân 5.3.1 Địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân Tiêu chuẩn lựa chọn địa điểm xây dựng NMĐHN: Không có thiên tai nh động đất, núi lửa, lũ lụt, sóng thần Đảm bảo đợc đờng lánh nạn khẩn cấp Có thể lấy nớc biển làm chất tải nhiệt cách dễ dàng, thuận lợi cho công tác xây dựng vận chuyển Nền móng đảm bảo Đảm bảo nguồn nớc Giao thông thuận lợi Gần đờng tải điện Góp phần phát triển địa phơng 5.3.2 Khảo sát môi trờng, địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân Mặt đất: Khảo sát địa hình, địa chất, tài liệu thu đợc sử dụng vào thiết kế nhà máy Đại dơng: Khảo sát vấn đề: dòng hải lu, lên xuống thuỷ triều, nhiệt độ nớc biển, địa hình địa chất đáy biển Căn theo tài liệu thu đợc, tính đợc độ khuếch tán nớc thải nhiệt từ nhà máy bảo toàn đợc môi trờng biển Khí quyển: Thu thập số liệu theo thời gian tốc độ gió, hớng gió, nhiệt độ, phân bổ nhiệt độ theo độ cao, theo thời tiết, 5.4 Thời gian xây dựng xong NMĐHN Lựa chọn địa điểm cần khảo sát, đánh giá địa điểm: Khoảng năm Thiết kế sơ nhà máy sau thẩm định an toàn: Khoảng năm Thời gian xây dựng nhà máy điện hạt nhân: Khoảng năm Do từ định địa điểm bắt đầu vận hành nhà máy điện hạt nhân 12 năm, thông thờng 15 năm 5.5 Công tác tổ chức cán NMĐHN Phó Giám đốc Phòng Tổng hợp 20 ngời Phòng Kế toán 20 ngời Phòng Vận hành 50 ngời Phòng Kỹ thuật .15 ngời Phòng Qun lý xạ .15 ngời Phòng iện .30 ngời Phòng Mỏy 30 ngời Phòng Xây dựng .15 ngời Giám đốc Phó Giám đốc Kỹ s chủ nhiệm qun lý lò Kỹ s chủ nhiệm qun lý điện Phụ trách môi trờng Phụ trách qun lý chất lợng 5.6 Đánh giá hoạt động NMĐHN Để quản lý hoạt động đánh giá hoạt động nhà máy điện hạt nhân ngời ta phải biết đợc tình trạng lò phản ứng hạt nhân nhà máy điện hạt nhân mặt vật lý: lò có hoạt động bình thờng không, thông số vật lý thời sao, phân bổ thông lợng nơtron lò, độ phản ứng d, mức độ cháy nhiên liêu, mức độ lò bị nhiễm độc sản phẩm phân hạch (chủ yếu gây hai nguyên tố xênôn samari), vấn đề nhiệt thuỷ động lò (phân bố nhiệt, tốc độ dòng chảy hệ thống tải nớc vòng 1, vòng 2) v.v 5.7 Tháo dỡ nhà máy điện hạt nhân 5.7.1 Tuổi thọ nhà máy điện hạt nhân Theo thiết kế, thời gian sử dụng nhà máy điện hạt nhân giai đoạn đầu 30 năm, nhng kéo dài thời gian vận hành thêm khoảng 20 đến 30 năm Sau vận hành đợc 30 năm, hầu hết nhà máy điện hạt nhân hoàn vốn thiết bị tiếp vận hành đem lại nhiều lợi ích mặt kinh tế Do vậy, việc kéo dài thời gian sử dụng tiếp tục vận hành trở thành khuynh hớng chung giới Thời gian sử dụng theo thiết kế nhà máy điện hạt nhân xây khoảng 50 đến 60 năm