năng lượng hạt nhân và an toàn điện hạt nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG TIỂU LUẬN AN TỒN ĐIỆN TRONG Y TẾ ĐỀ TÀI: NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ AN TOÀN ĐIỆN HẠT NHÂN GVHD: ThS Phạm Mạnh Hùng SVTH: Lều Thị Thuỳ MSSV: 2012 2530 Lớp: KT ĐT – TT 04 Khố: K57 Hà Nội, 12/2015 TIỂU LUẬN AN TỒN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page MỤC LỤC MỤC LỤC I.NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN 1.Khái niệm 2.Sử dụng LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, lượng hạt nhân trở thành nguồn lượng quan trọng nhân loại So với nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt, điện hạt nhân có ưu hạn chế gây nhiễm khí hiệu ứng nhà kính dẫn đến biến đổi khí hậu tồn cầu Vì vậy, điện hạt nhân quan tâm phát triển trở thành phận cấu thành quan trọng ngành công nghiệp điện lực nhiều quốc gia Điện hạt nhân góp phần giải nhu cầu lượng phát triển kinh tế-xã hội, đảm bảo anh ninh lượng, thực đa dạng hóa nguồn lượng bảo vệ môi trường Song song với nguồn lợi to lớn điện hạt nhân đem lại nguy xảy loạt vấn đề cố hạ nhân nguy hiểm Tai nạn hạt nhân có ảnh hưởng nghiêm trọng sức khoẻ người, sinh vật ảnh hưởng tiêu cực đến môi tường xung quanh Ở cấp độ thấp hơn, nạn hạt nhân gây thiệt hại lớn kinh tế xã hội đất nước Vì vấn đề an tồn điện hạt nhân vấn đề quan trọng, cần thiết cấp bách luôn đặt lên hàng đầu để đánh giá nghiên cứu TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page Bài tiểu luộn giúp em có thêm hiểu biết “Năng lượng điện hạt nhân vấn đề an toàn điện hạt nhân” Bài viết em khơng tránh khỏi cịn nhiều thiếu sót, mong thầy góp ý để tiểu luận hồn thiện I NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN Khái niệm Năng lượng hạt nhân hay nguyên tử loại công nghệ hạt nhân thiết kế để tách lượng hữu ích từ hạt nhân ngun tử thơng qua lị phản ứng hạt nhân có kiểm sốt Phương pháp sử dụng phân hạch hạt nhân, phương pháp khác bao gồm tổng hợp hạt nhân phân rã phóng xạ Tất lị phản ứng với nhiều kích thước mục đích sử dụng khác dùng nước nung nóng để tạo nước sau chuyển thành để phát điện tạo lực đẩy Năm 2007, 14% lượng điện giới sản xuất từ lượng hạt nhân Có 150 tàu chạy lượng hạt nhân vài tên lửa đồng vị phóng xạ sản xuất TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page Hình 1: Sơ đồ phản ứng phân hạch Sử dụng Đến năm 2005, lượng hạt nhân cung cấp 2,1% nhu cầu lượng giới chiếm khoảng 15% sản lượng điện giới, tính riêng Hoa Kỳ, Pháp, Nhật Bản sản lượng điện từ hạt nhân chiếm 56,5% tổng nhu cầu điện ba nước Đến năm 2007, theo báo cáo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) có 439 lị phản ứng hạt nhân hoạt động giới, thuộc 31 quốc gia Năm 2007, sản lượng điện hạt nhân giới giảm xuống cịn 14% Theo IAEA, ngun nhân sụt giảm trận động đất xảy vào ngày 16 tháng năm 2007 phía tây Nhật Bản, làm cho nước ngưng tất lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa Một vài nguyên nhân khác "ngưng hoạt động bất thường" thiếu nhiên liệu xảy Hàn Quốc Đức Thêm vào gia tăng hệ số tải lò phản ứng để đáp ứng nhu cầu sử dụng diễn thời gian ngắn (cao điểm) Hoa Kỳ sản xuất nhiều lượng hạt nhân cung cấp 19% lượng điện tiêu thụ, tỷ lệ điện hạt nhân Pháp cao sản lượng điện nước đạt 78% vào năm 2006 Trong toàn Liên minh châu Âu, lượng hạt nhân cung cấp 30% nhu cầu điện Chính sách lượng hạt nhân có khác biệt quốc gia thuộc Liên minh châu Âu, vài quốc gia khác Úc, Estonia, Ireland, khơng có trạm lượng hạt nhân hoạt động Khi so sánh với quốc gia khác Pháp có nhiều nhà máy điện hạt nhân, tổng cộng 16 tổ hợp sử dụng Ở Hoa Kỳ, doanh thu ngành điện hạt nhân 33 tỷ đô la Mỹ, tăng trưởng trung bình giai đoạn 2007-2012 2,7%/năm TIỂU LUẬN AN TỒN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page Bên cạnh đó, số tàu quân dân dụng (như tàu phá băng) sử dụng động đẩy hạt nhân biển, dạng động đẩy hạt nhân Một vài động đẩy khơng gian phóng lên sử dụng lị phản ứng hạt nhân có đầy đủ chức năng: loạt tên lửa Liên Xô RORSAT SNAP-10A Hoa Kỳ Trên phạm vi toàn cầu, việc hợp tác nghiên cứu quốc tế tiếp tục triển khai để nâng cao độ an toàn việc sản xuất sử dụng lượng hạt nhân nhà máy an toàn bị động, sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân, sử dụng nhiệt trình sản xuất hydro để lọc nước biển, hệ thống sưởi khu vực Ưu điểm nhược điểm lượng hạt nhân a) Ưu điểm • Thải khơng có khí nhà kính • Khơng sử dụng nguồn ngun liệu q hidrocacbon Lượng Uranium-235 dùng chiếm tỷ lệ nhỏ 3%/viên nhiên liệu • Khơng gây nhiễm mơi trường hạt bụi mịn • Cung cấp lượng hiệu (cùng thể tích nhiên liệu, phản ứng hạt nhân sinh lượng lớn gấp nhiều lần so với dầu mỏ khí đốt) • Chi phí chấp nhận áp dụng quy trình sản xuất tiêu chuẩn hóa • Ít chất thải • Thế hệ lò phản ứng giúp tái tạo nguồn ngun liệu lị phản ứng tái sinh - sử dụng Urani-238 (chiếm 99,3% Uurani tự nhiên) Hình 2: So sánh lượng hạt nhân với nguồn nhiên liệu khác TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page Hội lượng hạt nhân Mỹ so sánh lượng hạt nhân với loại lượng khác (như hình): Một viên nhiên liệu Uranium-235 cung cấp lượng tương đương thùng dầu hỏa (42 gallon/thùng), gần than, 17.000 cubic feet (476.000 lít) khí thiên nhiên b) Nhược điểm • Vấn đề an toàn mối lo ngại cộng đồng chất thải phóng xạ • Dễ xảy tai nạn sản xuất • Tốn chi phí để xây dựng nhà máy hạt nhân • Q trình khai quật tinh chế Uranium gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới sức khỏe chất thải độc hại • Vấn đề vận chuyển xử lý chất thải hạt nhân cần đầu tư nhiều • Tuổi thọ lị phản ứng trung bình 60 năm Lò phản ứng hạt nhân Ngày giới có khoảng 17% lượng điện cung cấp nhà máy hạt nhân Đặc biệt Pháp, 75% điện lấy từ lượng hạt nhân Nguyên liệu phản ứng nạp vào lò hạt nhân hình thức viên nhiên liệu trịn Mỗi viên nhiên liệu chứa khoảng 3% U-235 Hình 3: Viên nhiên liệu chứa 3% U-235/viên Các viên cho vào nhiên liệu lắp đặt xen kẽ với bộ hòa nơtron Nhà máy hạt nhân Comanche dùng khoảng 13 triệu viên nhiên liệu cho đợt phản ứng để tối ưu hóa q trình, 12-18 tháng, khoảng 1/3 tới 3/4 nhiên liệu thay Tồn hệ thống dìm ngập nước để giải nhiệt suốt trình phản ứng Các lị phản ứng hạt nhân hầu hết có hệ thống vận hành tay tự động để tắt phản ứng phân hạch phát điều kiện khơng an tồn Lị phản ứng bao quanh lớp vỏ kép gồm lớp vỏ ngăn phóng xạ lớp vỏ bảo vệ Lớp vỏ kép làm việc hiệu để ngăn chặn phóng xạ rị rỉ tác động va chạm từ bên ngồi TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page Hình 4: Lị phản ứng hạt nhân Tất lị phản ứng có kích thước mục đích sử dụng khác dùng nước nung nóng lượng phản ứng phân hạch để tạo nước, sau chuyển thành để phát điện tạo lực đẩy Hai loại hệ thống lị thơng dụng lị phản ứng điều áp (Pressurized Water Reactor) lò phản ứng nước (Boiling Water Reactor) Trong lò điều áp, nước làm nóng lượng hạt nhân điều chỉnh áp suất, nước khơng sơi Nước nóng làm nóng nước máy phát điện nước bên cạnh Trong hệ thống lò phản ứng nước, nước làm sôi từ lượng phản ứng phân hạch hạt nhân Nước sôi làm chạy tuabin Tuabin tiếp tục kích hoạt máy phát điện Trong hai hệ thống, nước tái sử dụng TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page Hình 5: Lị phản ứng điều áp Hình 6: Lị phản ứng nước II BẢO VỆ AN TỒN HẠT NHÂN THEO CHIỀU SÂU Nguyên tắc bảo vệ an toàn hạt nhân theo chiều sâu, barie (rào chắn) hệ thống an toàn 1.1 Nguyên tắc bảo vệ an toàn hạt nhân theo chiều sâu Bảo vệ an toàn hạt nhân theo chiều sâu bao gồm việc triển khai có thứ tự với mức độ khác thiết bị máy móc thủ tục để trì hiệu barie vật lý ngăn cách vật liệu phóng xạ nhân viên làm việc, dân TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page cư hay môi trường vận hành bình thường có cố hạt nhân vài barie cho phép Để hạn chế hậu cố hạt nhân, bảo vệ theo chiều sâu thực với nhiều mức che chắn nhằm bảo đảm chức hệ thống an tồn: điều khiển cơng suất, làm mát vùng hoạt giam giữ phóng xạ Điều quan trọng phải ngăn ngừa cố, đặc biệt cố làm phóng xạ môi trường Ngăn ngừa cố thực ba phương diện: thứ nhất, đảm bảo chất lượng giai đoạn lựa chọn địa điểm, thiết kế, chế tạo xây dựng; thứ hai, hệ thống an toàn (hệ điều khiển, hệ thị số, ) phải hoạt động xác để điều chỉnh sai lệch trạng thái bình thường; thứ ba, nhân viên vận hành đào tạo tới trình độ chuẩn đốn nguy cố sử dụng biện pháp cần thiết để dập tắt nguy Hơn nữa, hệ thống an toàn nhà máy điện hạt nhân thiết kế theo nguyên tắc định nhằm giảm bớt việc hỏng hóc thiết bị máy móc ngun nhân chung Các ngun tắc là: • Ngun tắc dự phòng: Trang bị số lượng dư thừa hệ thống an toàn thực chức • Nguyên tắc độc lập: Sự thực chức hệ thống không phụ thuộc vào hoạt động hệ thống khác • Nguyên tắc tách rời: Sự phân chia vật lý hệ thống thực chức barie (rào) ngăn cách phân bố hệ thống xa • Ngun tắc khác biệt: Các hệ thống thiết bị máy móc có cấu trúc nguyên tắc làm việc khác có chung nhiệm vụ Khi nói đến bảo vệ an tồn hạt nhân tức nói đến biện pháp bảo vệ an toàn nhà máy điện hạt nhân trường hợp thiết bị hoạt động bình thường khơng bình thường Trong trường hợp thiết bị hoạt động bình thường, an tồn hạt nhân dược thực nguyên lý “tốt được” Trong trường hợp thiết bị hoạt động khơng bình thường, an toàn hạt nhân thực nguyên lý “bảo vệ theo chiều sâu” theo mức sau: • Ngăn ngừa xuất kiện bất thường • Ngăn ngừa phát triển khiện bất thường thành cố • Hạn chế hậu cố hạt nhân • Loại trừ hậu cố hạt nhân mơi trường TIỂU LUẬN AN TỒN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page Hình 7: Sơ đồ bảo vệ an tồn xạ theo chiều sâu 1.2 Các barie (rào chắn) an toàn Yêu cầu quan trọng nguyên lý bảo vệ an toàn hạt nhân theo chiều sâu thiết lập barie an toàn (các rào chắn) Một số rào chắn để giam giữ vật liệu phóng xạ thiết kế cho lị phản ứng hạt nhân Thiết kế rào chắn thay đổi tùy thuộc vào tác dụng vật liệu vào sai lệch khỏi trạng thái vận hành bình thường mà sai lệch có khả dẫn đến hỏng hóc số rào chắn Đối với lò sử dụng nước làm chậm, có rào chắn theo sơ đồ sau: Hình 8: Sơ đồ rào chắn bảo vệ an toàn theo chiều sâu 1.3 Các hệ thống an toàn Khái niệm chung hệ thống an toàn: Sự đảm bảo an toàn nhà máy điện hạt nhân có triệu chứng sinh cố thực cách trang bị cho nhà máy hệ thống đặc biệt có tác dụng TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page dự báo, ngăn ngừa hạn chế hậu cố Các hệ thống có tính gọi chung hệ thống an tồn Hệ thống an tồn có nhiệm vụ như: dừng lị an tồn, tải nhiệt dư hạn chế thải phóng xạ mơi trường Các hệ thống an toàn hoạt động theo nguyên tắc chủ động (active) thụ động (passive): - Nguyên tắc chủ động hoạt động hệ thống hay thiết bị nguyên tắc mà để thực chức dự định cần phải đảm bảo vài điều kiện như: lệnh bật hay cung cấp lượng, Các hệ thống thiết bị hoạt động tuân theo nguyên tắc chủ động gọi hệ thống thiết bị chủ động - Nguyên tắc thụ động hoạt động hệ thống hay thiết bị nguyên tắc mà theo để thực chức cho trước khơng cần đến làm việc hệ thống thiết bị khác Các hệ thống thụ động hoạt động ảnh hưởng tác động trực tiếp từ tượng ban đầu Hệ thống an toàn chia thành nhóm như: bảo vệ, lập, điều khiển, đảm bảo: - Hệ thống bảo vệ ngăn ngừa hạn chế gây hư hại nhiên liệu hạt nhân, vỏ nhiên liệu hệ thống vòng Hệ thống bảo vệ hệ thống dừng lò khẩn cấp hệ thống tải nhiệt khẩn cấp có cố (hay người ta thường gọi hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) có cố - Hệ thống lập có cơng dụng để ngăn ngừa hạn chế chất phóng xạ bên bên nhà máy cố xảy (hệ làm giảm áp suất nhà bảo vệ lò phản ứng) - Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ đưa hệ thống an tồn vào hoạt động; kiểm sốt điều khiển hệ thống việc thực chức quy định - Hệ thống đảm bảo cung cấp lượng, môi trường làm việc cho hệ thống an toàn tạo điều kiện cho việc thực chức hệ thống an toàn Tất hệ thống thiết bị an toàn phải thỏa mãn yêu cầu cao chất lượng tương ứng với quy định tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo, lắp đặt vận hành thiết bị hạt nhân Các hệ thống an toàn phải thực đầy đủ chức điều kiện học, hóa học, nhiệt học nảy sinh điều kiện cố Các hệ thống an toàn cần phải đưa vào hoạt động cách tự động có triệu chứng phát sinh cố Các hệ thống thiết bị an toàn cần phải kiểm tra trực tiếp đầy đủ so với đặc tính thiết kế sau đưa vào vận hành, sửa chữa, lắp đặt cải tạo; đồng thời phải kiểm tra định kỳ toàn thời gian vận hành Cần phải thiết lập thiết bị phương pháp để: - Kiểm tra khả làm việc thiết bị hệ thống, kể thiết bị nằm thùng lò phản ứng, thay thiết bị thời hạn sử dụng TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 10 - Thử nghiệm hệ thống xem có tương ứng với thơng số thiết kế hay khơng - Kiểm tra trình tự xuất tín hiệu liên quan đến hoạt động nhà máy điện hạt nhân Nguyên tắc xây dựng hệ thống an toàn: Để thỏa mãn tiêu chuẩn hỏng đơn giảm bớt xác suất hỏng hệ thống quan trọng theo nguyên nhân chung, nguyên tắc sau cần thực hiện: - Dự phòng (Dư thừa): Trang bị số hệ thống dư thừa để đảm bảo có thừa khả thực chức quy định - Độc lập: Sự thực chức hệ thống không phụ thuộc vào hoạt động hệ thống khác - Tách bạch: Sự phân chia vật lý hệ thống thực chức rào ngăn cách phân bố hệ thống cách khoảng cách định để giảm bớt xác suất hỏng lúc theo nguyên nhân chung - Khác biệt (đa dạng, đa chủng): Để bảo đảm hệ thống phận thực nhiệm vụ không bị dạng lỗi, cần trang bị cho hệ thống theo kết cấu nguyên tắc làm việc khác Các biện pháp ngăn ngừa xuất kiện bất thường Văn hóa an tồn: Văn hóa an tồn tất đặc điểm, tính chất tổ chức cá nhân mà họ vấn đề an toàn nhà máy điện hạt nhân trọng trước tiên Văn hóa an tồn gắn liền với với tổ chức cá nhân thái độ hành vi, liên quan tới yêu cầu an toàn nhận thức hành động đắn Văn hóa an tồn có hai thành phần chính: • Thành phần thứ cấu tổ chức trách nhiệm cấp quản lý • Thành phần thứ hai thái độ đáp ứng cá nhân làm việc thu lợi ích cấu tổ chức Văn hóa an toàn chi phối toàn hành động mối quan hệ cá nhân với cá nhân, tổ chức với tổ chức cá nhân với tổ chức hoạt động liên quan tới an toàn nhà máy điện hạt nhân Chất lượng thiết bị công nghệ hạt nhân: Để đảm bảo hoạt động an toàn nhà máy điện hạt nhân, bên cạnh yếu tố người đề cập trên, hệ thống thiết bị máy móc phải có chất lượng độ tin cậy cao Các tiêu độ tin cậy thiết bị máy móc phải dựa việc phân tích thử nghiệm an tồn cách chặt chẽ TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 11 Khởi động hiệu chỉnh: Trước nhà máy điện hạt nhân thức đưa vào hoạt động, cần phải chứng minh nhà máy hoàn tất sẵn sàng làm việc Vì vậy, giai đoạn khởi động hiệu chỉnh nhằm kiểm tra chất lượng thiết bị máy móc, đặc trưng hoạt động chúng xem xét biện pháp bảo vệ phóng xạ khơng thể thiếu Trong giai đoạn này, người chịu trách nhiệm nhà thiết kế chế tạo thiết bị công nghệ nhà máy, quan vận hành tổ chức vận hành chịu trách nhiệm hoàn toàn với hoạt động lâu dài nhà máy tham gia thực công việc khởi động hiệu chỉnh Giai đoạn khởi động hiệu chỉnh q trình chuyển giao nhà máy điện hạt nhân cho quan vận hành dịp huấn luyện nhân viên vận hành nhà máy cách tốt Trong giai đoạn này, đặc trưng thực tế hệ thống an tồn hệ thống cơng nghệ xác định lưu giữ làm tài liệu chuẩn để theo dõi tình trạng hệ thống sau Vận hành: Cơ quan vận hành: Sau giai đoạn khởi động hiệu chỉnh, quan vận hành thức có trách nhiệm quản lý hồn tồn nhà máy Trách nhiệm an toàn nhà máy thuộc quan vận hành, đứng đầu giám đốc nhà máy, người bảo đảm đầy đủ số lượng chất lượng cán khoa học kỹ thuật cần thiết cho an toàn điều khiển hoạt động nhà máy Chế độ vận hành nhà máy :Khi vận hành nhà máy, nhân viên vận hành thực động tác theo quy trình vận hành Thí dụ, để chuẩn bị khởi động lò phản ứng, người ta phải: • Xác định hệ thống bảo đảm an tồn (hệ điều khiển, hệ tự động dập lị khẩn cấp, hệ làm nguội vùng hoạt hệ thống công nghệ khác, ) trạng thái tốt theo quy định • Kiểm tra sẵn sàng thực chức hệ thống trên, đưa tín hiệu báo động cố giả chu kỳ, nhiệt độ áp suất lò, để xem xét đáp ứng kịp thời chúng Khi khởi động lò, nhân viên điều khiển thực việc nâng dần cơng suất lị với tốc độ quy định dừng lại mức công suất thời gian cho theo quy phạm vận hành lò phản ứng Những sai lệch so với thủ tục quy định phải phép cấp quản lý thích hợp tùy theo tầm quan trọng chúng an toàn Nhiệm vụ quan trọng nhân viên vận hành phải trì nhà máy phạm vi giới hạn điều kiện vận hành thông thường (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng chất tải nhiệt, ) Các giới hạn điều kiện vận hành nhà máy xác định nghiêm ngặt cho loạt thông số lị phản ứng thiết bị cơng nghệ sở phân tích tin cậy an tồn hạt nhân Để có phân tích tin cậy, quan vận hành phải thường xuyên có kế hoạch thí nghiệm tính tốn nhằm xác định xác thơng số kỹ thuật nhà máy Ví dụ, thông số vật lý thủy nhiệt quan trọng hay thay đổi, người ta thiết lập phạm vi làm việc, vi phạm cố giới hạn an toàn Giới hạn an toàn giá trị cực trị thông số hay thay đổi Ở giá trị cực trị này, nhà máy bắt đầu bị hư TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 12 hỏng Phạm vị cố giá trị thông số mà trạng thái gần nguy hiểm xảy nhà máy Phạm vi làm việc phạm vi giá trị thông số mà nhà máy hoạt động bình thường Giá trị thông số phạm vi làm việc bị giới hạn giá trị thông số tương ứng phạm vi cố Bảo dưỡng thiết bị: Ngay nhà máy đưa vào hoạt động, quan vận hành phải có kế hoạch theo dõi, bảo dưỡng tu sửa hệ thống thiết bị máy móc để đảm bảo hoạt động chúng ổn định, không bị xấu lão hóa tác động yếu tố khác Các nhân viên bảo dưỡng kỹ thuật phải qua lớp huấn luyện thiết bị máy móc mà họ có trách nhiệm bảo dưỡng thực công việc cụ thể thiết phải tuân theo hướng dẫn phê duyệt để giảm khả sai sót người Trong thực tế, khơng có hoạt động an toàn tuyệt đối Tất mặt sống có xác suất nguy hiểm cho dù nhỏ bé Trong trình hoạt động nhà máy điện hạt nhân, hỏng hóc phận thiết bị máy móc hay động tác khơng hồn tồn xác người vận hành khơng thể tránh khỏi Vì vậy, nhà máy điện hạt nhân thường trang bị phương tiện kỹ thuật nhằm sớm phát trục trặc bất thường điều khiển kịp thời lò phản ứng trạng thái an tồn Hệ thống điều khiển lị phản ứng : Hệ thống điều khiển lò phản ứng bao gồm hệ thống điều khiển hệ thiết bị đo đạc – kiểm tra Hệ thống điều khiển: Các điều khiển cấu tạo chất hấp thụ mạnh nơtron lò phản ứng nhằm điều chỉnh số lượng nơtron sinh vùng hoạt Như vậy, tác dụng hệ thống điều khiển là: • Điều chỉnh cơng suất lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân (tăng giảm số lượng nơtron lị) • Duy trì lị phản ứng hoạt động trạng thái ổn định Hệ thống điều khiển hoạt động hai chế độ: chế độ điều khiển tay chế dộ điều khiển tự động Tuy lò phản ứng hoạt động với chế độ dừng công suất đó, dao động nhiệt độ áp suất lò hay thay đổi lưu lượng chất tải nhiệt, xảy gây nên không ổn định độ phản ứng (làm cân sinh nơtron) Trong trường hợp vậy, khơng có hệ điều khiển kịp thời tự động điều chỉnh tăng hay giảm lượng nơtron bị hấp thụ lị trục trặc dẫn đến cố hạt nhân nhà máy • Cùng với hệ tự động dấp lò khẩn cấp, điều khiển có tác dụng tắt lị cố xảy Dụng cụ đo lường kiểm tra thơng số lị phản ứng: Để giúp cho hệ thống điều khiển hoạt động kịp thời xác, nhà máy điện hạt nhân trang bị phương tiện đặc biệt bao gồm dụng cụ máy móc nhạy cảm TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 13 việc đo đạc kiểm tra thông số lị phản ứng như: mật độ thơng lượng nơtron (hay cơng suất lị phản ứng), nhiệt độ lối vào lối vùng hoạt, áp suất lò hệ thống chất tải nhiệt, hoạt độ phóng xạ, Kết đo đạc kiểm tra mặt thông báo kịp thời cho trung tâm xử lý thông tin hệ thống điều khiển, mặt khác hiển thị số bảng điều khiển để người điều khiển nhận biết tình trạng lị phản ứng kịp thời điều chỉnh lúc hệ thống điều khiển có rủi ro Chính vậy, quy phạm vận hành nhà máy điện hạt nhân quy định người điều khiển thường xuyên phải có mặt vị trí làm việc tập trung theo dõi bảng điều khiển Nhà máy điện hạt nhân thiết bị đại dùng để sản xuất điện năng, đồng thời nhạy cảm với trục trặc như: hệ thống đo đạc – kiểm tra thơng số lị phản ứng làm việc khơng xác hay người điều khiển sơ ý đưa vào vùng hoạt độ phản ứng dương lớn phần hiệu dụng nơtron trễ, Vì vậy, cần thiết phải có biện pháp phịng ngừa kiện bất thường dẫn đến cố nhà máy điện hạt nhân Các biện pháp ngăn ngừa cố nhà máy điện hạt nhân 3.1 Lựa chọn địa điểm Lựa chọn địa điểm giải cân yếu tố: quyền lợi kinh tế, dân cư an toàn Khi lựa chọn dịa điểm cho nhà máy điện hạt nhân, cần phải xem xét xảy địa điểm tồn thời gian sử dụng nhà máy Các yếu tố bên ảnh hưởng đến an toàn nhà máy bao gồm yếu tố tự nhiên (địa lý, địa chấn, khí hậu, thủy văn, ) yếu tố nguy hiểm người gây (các sở công nghiệp lớn đường không, ) 3.2 Một vài đặc trưng an tồn nội Ở mức cơng suất cao, nhiệt độ nhiên liệu vật liệu bao quanh (chất làm chậm chất tải nhiệt) có hiệu ứng phản hồi tác động lên độ phản ứng lò Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu hạt nhân chất làm chậm, vào mật độ cách bố trí chúng vùng hoạt lị phản ứng Vì vậy, người ta thường thiết kế vùng hoạt lị phản ứng cho có lợi mặt an toàn hạt nhân (hệ số nhiệt độ âm), nghĩa là, nhiệt độ nhiên liệu chất làm chậm tăng tạo nên độ phản ứng âm vùng hoạt ngược lại nhiệt độ nhiên liệu chất làm chậm giảm gây độ phản ứng dương tác động hiệu ứng Doppler (đối với nhiên liệu) hệ số rỗng (đối với chất làm chậm), nói cách khác, ảnh hưởng đặc điểm an tồn nội lị phản ứng Trong thực tế, lò phản ứng hoạt động, thay đổi áp suất hay lưu lượng chất tải nhiệt, v v dẫn đến thay đổi nhiệt độ vùng hoạt đưa lị vào trạng thái khơng ổn định Vì vậy, để trì lị phản ứng hoạt động ổn định mức độ công suất, điều khiển phải dao động chế độ điều khiển tự động để bù trừ độ phản ứng thăng giáng nhiệt độ gây TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 14 Việc xác định đặc trưng an tồn nội lị phản ứng hạt nhân cần thiết, khơng đánh giá mức độ an tồn nội lị mà cịn cung cấp số liệu tin cậy để tính tốn xác giới hạn vận hành an tồn lò phản ứng 3.3 Hệ thống tự động dập lò khẩn cấp Hệ thống tự động dập lò khẩn cấp có chức độc lập với hệ thống điều khiển lò phản ứng Chức hệ thống tự động dập lò khẩn cấp đưa vào vùng hoạt gần tức thời chất hấp thụ mạnh nơtron trường hợp cần thiết Một kiện xảy cần nêu lên việc hư hỏng hệ thống tự động dập lị khẩn cấp Hậu kiện làm tăng độ phản ứng, dư thừa áp suất hệ thống tải nhiệt vòng 1, dư thừa nhiệt độ nhiên liệu nguyên nhân hư hỏng khác nhà máy Vì vậy, yêu cầu đặt cho việc thiết kế hệ tự động dập lò khẩn cấp phải tuân thủ nguyên tắc: dự phòng, tách rời đa dạng Tùy theo loại lị, người ta sử dụng dung dịch chứa chất hấp thụ nơtron (axit bo), nhiên liệu với độ giàu cao cháy, thông dụng hấp thụ mạnh nơtron (Cadmi Cac-bua bo), để tạo thành hệ thóng tự động dập lị khẩn cấp Mặc dù, nhà máy điện hạt nhân thiết kế xây dựng với chất lượng cao, độ tin cậy lớn, , loạt kiện xuất phát từ nguyên nhân bên hay bên nhà máy xảy dẫn đến cố hạt nhân nóng cháy nhiên liệu, phá hủy vùng hoạt thải chất phóng xạ mơi trường Vì vậy, nhà máy điện hạt nhân, cần phải có biện pháp để hạn chế hậu cố hạt nhân Các biện pháp hạn chế hậu cố hạt nhân 4.1 Các hệ thống làm nguội vùng hoạt Hệ thống làm nguội vùng hoạt điều kiện bình thường: Hệ thống tải nhiệt vòng vòng (đối với lò PWR) phương tiện làm mát đáng tin cậy cho vùng hoạt thời gian vận hành bình thường tải nhiệt dư sau dừng lò Ngay điều kiện xảy cố hỏng bơm tuần hồn vùng hoạt hay vịng 1, khoảng thời gian đó, chế đối lưu tự nhiên chất tải nhiệt quan trọng việc làm nguội vùng hoạt lò phản ứng hệ thống tải nhiệt vòng (đối với lò PWR) hệ cung cấp nước cấp (đối với lò BWR) trì TIỂU LUẬN AN TỒN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 15 Hình 9: Hệ thống tải nhiệt lò PWR Hệ thống làm nguội khẩn cấp vùng hoạt: Hệ thống làm nguội khẩn cấp vùng hoạt (ECCS) dùng để làm nguội vùng hoạt cố chất tải nhiệt rò rỉ hay vỡ đường ống tải nhiệt vùng hoạt Hệ ECCS có hệ thống phun chủ động cao áp hạ áp Hệ phun cao áp để phòng chống cố chất tải nhiệt (hiện tượng rị rỉ) cịn hệ thống phun hạ áp để dùng trường hợp nhiều chất tải nhiệt (vỡ đường ống gần thùng lị) Thành phần hệ thống gồm bể dự trữ nước cố (chứa axit boric), bơm, thiết bị trao đổi nhiệt bể thu Trong trường hợp cần thiết, chúng tạo thành hệ thống tuần hoàn nước để tải nhiệt khẩn cấp vùng hoạt lị phản rứng Ngồi ra, lị PWR cịn có hệ phun thụ động với bình tích nước van chiều tự động mở áp suất thùng lò hạ xuống Đối với lò BWR, có nước sơi thùng lị nên ngồi van an tồn cịn có hệ thống phun giảm áp tự động Lị Candu có 25 vịi phun để tưới nước làm mát vùng hoạt 4.2 Hệ thống giam giữ chất phóng xạ Đối với việc giam giữ chất phóng xạ từ lị phản ứng trường hợp bình thường xảy cố, yêu cầu quan trọng nguyên lý bảo vệ theo chiều sâu thiết lập rào chắn an toàn Thực tế, có ba rào chắn quan trọng theo chức chúng: • Hàng rào chắn thứ bao gồm nhiên liệu hạt nhân vỏ bọc nhiên liệu Tổ hợp nhiên liệu hạt nhân vỏ bọc phải giữ nguyên vẹn học trình nhà máy hoạt động giai đoạn bảo quản vận chuyển chúng Để đảm bảo nhiên liệu hạt nhân khơng bị nóng chảy, tính tốn thiết kế cho thấy enthalpy cực đại nhiên liệu phải nhỏ 230 cal/ (g.UO2) Vỏ bọc nhiên liệu thường làm hợp kim chứa kẽm • Hàng rào thứ hai thùng lò phản ứng hệ thống tải nhiệt vòng Thùng lò hệ thống tải nhiệt vòng việc chứa chất tải nhiệt với áp suất nhiệt độ cao làm nhiệm vụ giam giữ chất phóng xạ qua hàng rào chắn thức Đối với hàng rào chắn thứ hai, người ta cần phải có thiết bị chuyên dụng nhằm kiểm tra, thử nghiệm quan sát tính tồn vẹn chúng suốt thời gian nhà máy hoạt động TIỂU LUẬN AN TỒN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 16 • Rào chắn thứ ba nhà bảo vệ lò phản ứng Nhà bảo vệ lò dùng để cách ly cố chống xạ mơi trường trường hợp rào chắn thứ thứ hai bị vi phạm Nhà bảo vệ lị thường có dạng hình trụ có hai lớp Nếu hai lớp lớp bên thép, lớp bên beton cốt thép mặt lót thép Giữa hai lớp nhà bảo vệ lị thơng gió có áp suất thấp Loại trừ ảnh hưởng hậu cố hạt nhân 5.1 Biện pháp lựa chọn địa điểm Trong vấn đề lựa chọn địa điểm, người ta cần phải tính đến ảnh hưởng phóng xạ lên dân chúng điều kiện nhà máy điện hạt nhân hoạt động bình thường xảy cố hạt nhân Chất phóng xạ xâm nhập vào người trực tiếp gián tiếp qua khơng khí, nước dây chuyền sản xuất thức ăn Cho nên, việc loại trừ đường mà phóng xạ ảnh hưởng đến đời sống dân chúng, địa điểm xây dựng nhà máy cần chọn vùng: - Xa khu dân cư khơng đầu luồng gió - Khơng có mạch nước ngầm chảy qua - Nước thải từ nhà máy không chảy qua vùng dân cư qua xử lý Trên địa phận có nhà máy điện hạt nhân, để đảm bảo an toàn xạ, Nga người ta quy định vùng đặc biệt xung quanh nhà máy: - Vùng xây dựng nhà máy - Vùng bảo vệ - vệ sinh, cách vùng nhà máy điện hạt nhân từ đến km, khơng có dân -Vùng quan sát, cách vùng nhà máy điện hạt nhân 20 – 30 km, có dân sinh sống Ở vùng này, vấn đề sức khỏe dân chúng suất liều phóng xạ theo dõi kiểm tra Để xây dựng nhà máy điện hạt nhân, cần phải có phương án chuẩn bị đối phó với cố Vì vậy, đặc trưng địa điểm môi trường xung quanh cần xem xét để không ảnh hưởng đến khả thực kế hoạch khắc phục cố 5.2 Kế hoạch khắc phục cố Để thực biện pháp an tồn nhằm khơi phục kiểm soát nhà máy điện hạt nhân trường hợp cố, kế hoạch chống cố cần phải chuẩn bị cụ thể trước khởi động hiệu chỉnh nhằm đảm bảo mối liên hệ thông tin, nguồn vật chất kỹ thuật, giao thông nhân lực Các kế hoạch phải kiểm tra qua buổi diễn tập thường xuyên Trong kế hoạch, biện pháp tổ chức phân công trách nhiệm cho hoạt động khắc phục cố quy định rõ ràng Tùy theo mức độ, hoạt động khắc phục cố bao gồm: - Việc thơng báo sớm - Sơ tán dân đảm bảo máy móc an tồn - Kiểm tra liều phóng xạ TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 17 - Khử xạ - Bảo vệ y tế - Cung cấp thức ăn nước uống Để thực biện pháp khắc phục cố, trung tâm khắc phục cố thành lập nhà máy điện hạt nhân Trung tâm bên nhà máy trang bị phương tiện thông tin tin cậy để liên hệ với trung tâm bên nhà máy, với tất đơn vị quan trọng tổ chức tham gia kế hoạch khắc phục cố như: cơng an, cứu hỏa, quan quyền hãng thông tin đại chúng nhằm thông báo khí tượng mức độ phóng xạ nhà máy Trung tâm bên nhà máy điều hành hoạt động khắc phục cố Trung tâm bên nhà máy trang bị dụng cụ đo đạc – kiểm tra để thu thập số liệu quan trọng tình trạng nhà máy liên hệ với trung tâm bên nhà máy TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN TRONG Y TẾ Page 18