Bài giảng Chương 5 Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt PGS.TS Nguyễn Nhị Điền

Chương 5: Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt của PGS.TS Nguyễn Nhị Điền gồm các nội dung chính: Cấu trúc của lò phản ứng, nguyên lí hoạt động của lò phản ứng, nguyên liệu lò phản ứng. Mời các bạn tham khảo Chương 5: Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt của PGS.TS Nguyễn Nhị Điền gồm các nội dung chính: Cấu trúc của lò phản ứng, nguyên lí hoạt động của lò phản ứng, nguyên liệu lò phản ứng. Mời các bạn tham khảo

Chương LỊ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT PGS TS Nguyễn Nhị Điền Đà Lạt, 2014 Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 CÁC ĐIỂM MỐC THỜI GIAN • 1960 - khởi công xây dựng lò TRIGA Mark II Đà Lạt • 26/2/1963 - Lò TRIGA đạt trạng thái tới hạn lần đầu • 4/3/1963 - Lò TRIGA đưa vào hoạt động thức công suất 250 kW • Từ 1963-1968 - LPƯ vận hành với mục tiêu: huấn luyện cán (Training), nghiên cứu khoa học (Research) sản xuất đồng vò phóng xạ (Isotope Production) • Từ 1968-1974 - LPƯ tạm ngừng hoạt động chiến tranh • Sau Hiệp đònh Paris ký kết vào năm 1973, giai đoạn 1974-1975, nhiên liệu LPƯ lấy khỏi vùng hoạt chuyên chở trả Hoa kỳ LPƯ hoàn toàn không khả hoạt động Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014  Theo QĐ số 64/CP ngày 26/4/1976, ngành hạt nhân thành lập giao quản lý Trung tâm Nghiên cứu Nguyên tử Đà Lạt mà thiết bò LPƯ TRIGA Mark II  9/10/1979 - Hợp đồng số 85-096/54100 khôi phục LPƯ đại diện hai nước Việt Nam Liên xô ký kết  15/3/1982 - khởi công xây dựng công trình khôi phục & mở rộng LPƯ hạt nhân Đà Lạt (gọi lò IVV-9)  01/11/1983 - Lò IVV-9 đạt trạng thái tới hạn lần đầu với nhiên liệu độgiàu ca o 36% U-235  20/3/1984 - LPƯ hoạt động thức công suất 500kW  Từ 13/2/1985 - sau năm bảo hành, chuyên gia cuối Liên xô nước Viện NCHN hoàn thành đảm nhận công tác vận hành khai thác LPƯ Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014  Tháng 2/2004 –bắt đầu tha m gia dự án RRRFR (Rus s ia n Re s e a rch Re a ctor Fue l Re turn) đểchuyển đổi nhiên liệu vùng hoạt từ s dụng nhiên liệu độgiàu ca o (HEU –Highly Enriche d Ura nium, 36% U-235) s a ng độgiàu thấp (LEU –Low Enriche d Ura nium, 19.75% U-235)  Từ ngày 12/9/2007 –Lò phản ứng hoạt động với vùng hoạt hỗn hơp nhiên liệu HEU vàLEU  Ngày 30/11/2011 –LP Ư đạt trạng thái tới hạn lần đầu với cấu hình 72 bó nhiên liệu LEU  Ngày 9/01/2012 –LP Ư đạt mức 100% cơng s uất da nh đị n h vận hành thử nghiệm 72 giờkhơng tải  Tuần 12-16/3/2012 –thực đợt vận hành lò 108 giờtại cơng s uất 500 kW với nhiên liệu LEU Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 CẤU TRÚC CỦA LỊ PHẢN ỨNG 3D-View of the Dalat Research Reactor Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 TiÕt diƯn c¾t ®øng ~ 2000 mm TiÕt diƯn c¾t ngang Rotating top lid Pool tank Column door Beam port # Upper cylindrical shell Beam port # Thermal Column ~ 6840 mm Stainless steel Extracting well Aluminum Graphite reflector Pool tank wall Core Concrete shielding Beam port # Spent fuel storage tank Thermal column door A Core Graphite Bellows assembly Beam port # Thermalizing column (closed) Concrete shielding Door plug (ex bulk-shielding experimental tank) Spent fuel storage tank Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 Gi¸ ®ì tÇng trung gian bĨ lß 2 GiÕng hót vµ kÕt cÊu gi¸ ®ì vïng ho¹t C¸c kªnh ®Ỉt c¸c ®Çu dß neutron VÞ trÝ ®Ĩ nhiªn liƯu t¹m thêi èng dÉn; Kh«ng gian ®Ĩ n­íc ®èi l­u - Là loại LPƯ nghiên cứu dạng bể bơi Dùng nước thường để làm chậm nơtron làm nguội vùng hoạt - Vùng hoạt đặt thùng lò độ sâu khoảng 5m nước Thùng lò có dạng hình trụ (cao 6.25m, đường kính 2m), chứa khoảng 18m3 nước cất - Trước tháng 9/2007, vùng hoạt chứa 104 bó nhiên liệu HEU, bó chứa khoảng 40g U235 với độ giàu 36% Từtháng 9/2007, vùng hoạt hỗn hợp gồm 98 bó HEU và6 bó LEU độ giàu 19,75% chứa khoảng 50g U235, vàtừtháng 7/2009, vùng hoạt gồm 92 bó HEU và12 bó LEU từ 7/2009 Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014  Thïng Lß ph¶n øng: • Thïng lß ®­ỵc gi÷ l¹i tõ lß TRIGA tr­íc ®©y, cã ®­êng kÝnh ngoµi kho¶ng m, chiỊu cao 6,25 m, ®é dµy tèi thiĨu 6,2 mm • Thïng lß ®­ỵc che ch¾n b»ng bª-t«ng xung quanh  CÊu tróc che ch¾n: • KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp cã chiỊu dµi 8,6 m vµ chiỊu cao tÝnh tõ sµn nhµ lß kho¶ng 6,55 m • Chç cã chiỊu dµy tèi thiĨu kÕt cÊu che ch¾n theo chiỊu h­íng t©m tõ vïng ho¹t ngoµi lµ 2,5 m • CÊu tróc che ch¾n cđa Lß ph¶n øng theo d¹ng bËc thang nªn phÇn ®¸y cã chiỊu réng kho¶ng 6,69 m ë phÝa trªn cã h×nh b¸t gi¸c víi chiỊu réng kho¶ng 3,81 m • Mét tÊm thÐp nỈng 3,6 tÊn, dµy 15 cm ®­ỵc dïng ®Ĩ che ch¾n phãng x¹ bỉ sung phÝa n¾p thïng lß Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 MỈt c¾t ngang vïng ho¹t lß ph¶n øng (Cấu hình 104 HEU, trước 9/2011): BÉy n¬tron Vµnh ph¶n x¹ Graphite M©m quay 40 hèc chiÕu Thanh nhiªn liƯu Thanh ®iỊu khiĨn (Boron Carbide) Thanh tù ®éng Khèi Beryllium 31.75 C¸c kªnh chiÕu mÉu Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 MỈt c¾t ngang vïng ho¹t lß ph¶n øng (Cấu hình 92 BNL LEU, từ 12/2011): Bẫy nơtron Màu cam BNL cháy phần (nạp vào lò từ 9/2007 SR từ tháng 7/2009) ShR ShR RgR ShR ShR SR Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 10 Sử dụng LPƯ hạt nhân Đà Lạt cho mục đích nghiên cứu đào tạo cán (1) + Nghiên cứu đặc trưng thông số vật lý lò phản ứng Đà Lạt để làm chủ quản lý, vận hành khai thác: – Tính toán nơtron, tính toán đo độ cháy nhiên liệu để quản lý vùng hoạt, thay đảo nhiên liệu, chuyển đổi nhiên liệu HEU sang LEU, … (sử dụng chương trình tính toán WIMSD-5B, HEXAGA, HEXNOD2-3, HEXA BURNUP, SRAC, MCNP4C2, MVP, …) – Tính toán thủy nhiệt phân tích an toàn; dùng chương trình: PARET, RELAP/mod3.2, DRSIM, COOLOD, EUREKA + Nghiên cứu quản lý tuổi thọ lò phản ứng: – Thiết kế lắp đặt hệ video camera nước để theo dõi cấu kiện thùng lò (2 lần/năm) – Kiểm soát chất lượng nước lò (hàng ngày, hàng tuần) – Làm bể lò (3-4 lần/năm) + Nghiên cứu nâng cấp hệ điện tử điều khiển lò, hệ kiểm soát thông số công nghệ LPƯ (VIE/4/010, VIE/4/014, đề tài nhiệm vụ cấp Bộ) Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 64 Sử dụng LPƯ hạt nhân Đà Lạt cho mục đích nghiên cứu đào tạo cán (2) CÁC NGHIÊN CỨU TRÊN KÊNH NGANG LPƯ: • Lắp đặt hệ phin lọc để lấy cùm nơtron gần đơn năng: 25keV, 55 keV, 144 keV, >1.2 MeV, etc dùng để nghiên cứu số liệu hạt nhân, phản ứng hạt nhân n,γ; n,2γ; n,n’ CNAA S ys te m LN Control ta ble De wa r - Column door Beam port # Beam port # H P G e Thermal Column Stainless steel Aluminum Graphite reflector Beam port # Pool tank wall Core Bellows assembly Beam port # Thermalizing column (closed) Concrete shielding H P G e S ACP S ys te m P GNAA S ys te m - HệP GNAA kênh nga ng s ố4 Hệđo de te ctor HP Ge kênh nga ng s ố3 để nghiên cứu phản ứng (n, 2γ) the o phương pháp cộng biên độcác xung trùng phùng Spent fuel storage tank Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 65 Sử dụng LPƯ hạt nhân Đà Lạt cho mục đích nghiên cứu đào tạo cán (3)  Đào tạo sau Đại học: + Các chun ngành Tiến sỹ Viện: • Vật lý lý thuyết Vật lý hạt nhân (từ năm 1989) • Hố phân tích, hóa phóng xạ, hố xạ (từ năm 2001) + Hợp tác với Trường ĐH để đào tạo Thạc sỹ: • Các cán Viện thuộc chun ngành vật lý, hóa, sinh, điện tử hạt nhân • Các cán ngồi Viện đến làm Luận văn cuối khóa  Tham gia đào tạo đại học: - Thực tập kiến tập cho sinh viên trường Đại học BK Hà Nội, KHTN Hà Nội, KHTN Tp HCM, Đại học Đà Lạt, … Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 66 Sử dụng LPƯ hạt nhân Đà Lạt cho mục đích nghiên cứu đào tạo cán (4)  Tổ chức lớp đào tạo ngắn ngày (1-4 tuần) cho đối tượng khác với chun đề: - An tồn hạt nhân - Các lớp chun ngành LPƯ (vận hành LPƯ, cơng nghệ LPƯ) - Các lớp chun ngành cho cán ngành Điện lực Việt Nam - Ứng dụng KTHN nghiên cứu mơi trường - Ứng dụng KTHN cơng nghiệp - Ứng dụng KTHN nơng nghiệp sinh học - Chụp ảnh phóng xạ  Giới thiệu tham cho học sinh, sinh viên, cán quản lý, cán lãnh đạo, … Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 67 Các ứng dụng khác LPƯ hạt nhân Đà Lạt (1) * Sư dơng chïm n¬tron vµ bøc x¹ gamma cđa LP¦ ®Ĩ chiÕu x¹ vËt liƯu: + ChiÕu x¹ ®ỉi mµu ®¸ q vµ b¸n q (topaz, saphire, v.v ) - Dưới tác dụng nơtron, tha y đổi cấu trúc, làm lệch mạng tinh thểcủa mẫu đá, làm xuất tâm màu - KÕt qu¶ thu ®­ỵc mµu xanh d­¬ng cđa ®¸ Topaz: + T©m mµu cđa ®¸ n»m d¶i 600-650mm + NhiƯt ®é xư lý thÝch hỵp kho¶ng 200-3000C - §é phãng x¹ d­ c¸c mÉu ®¸ chđ u lµ Sc-46, Ta-182, Sb124, Cs-134 CÇn thêi gian chê ! - Kết hợp chiếu xạ kết hợp nơtron + gamma, nơtron + electron, … làm giảm độ phóng xạ dư tạo sắc màu đa dạng Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 68 Các ứng dụng khác LPƯ hạt nhân Đà Lạt (2) Đá Topa z trước chiếu xạ S a u chiếu xạ Đá Topa z s a u chiếu xạ Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 69 Các ứng dụng khác LPƯ hạt nhân Đà Lạt (3) * Sư dơng chïm n¬tron vµ bøc x¹ gamma cđa LP¦ ®Ĩ chiÕu x¹ vËt liƯu: + Pha t¹p P vµo Si ®Ĩ lµm linh kiƯn b¸n dÉn: - Ph¶n øng: 30Si(n,γ)31Si ph©n r· β 31P pha t¹p vµo Si - ¦u ®iĨm cđa ph­¬ng ph¸p: ®é ®ång ®Ịu tèt  LP¦ §µ L¹t kh«ng ®đ ®iỊu kiƯn ®Ĩ th­¬ng mai + ChiÕu x¹ polymer hãa gç lµm thoi dƯt: - Khi lß dõng, bÉy n¬tron t¹i t©m vïng ho¹t lß chÝnh lµ mét ngn gamma m¹nh: st liỊu kho¶ng 1MRad/h + ChiÕu x¹ linh kiƯn ®iƯn tư ®Ĩ thư ®é bỊn v÷ng phãng x¹: (transistor, diode, APD diode, m¹ch tiỊn khch ®¹i, v.v ) + HƯ chơp ¶nh n¬tron theo ph­¬ng ph¸p tÜnh ®­ỵc l¾p ®Ỉt t¹i kªnh ngang sè cđa LP¦ §µ L¹t tõ ci nh÷ng n¨m 1980 cho mơc ®Ých nhiªn cøu Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 70 Các ứng dụng khác LPƯ hạt nhân Đà Lạt (4) * Chiếu xạ đột biến gen giống trồng nơtron gamm LPƯ: + Các lồi hoa q; + Tạo giống khoai tây củ bi, +… * Chiếu xạ để chuẩn hệ đo nơtron nơtron+gamma: + Các hệ đo thơng lượng mật độ thơng lượng nơtron + Các hệ đo liều nơtron nơtron+gamma Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 71 Nâng cấp thiết bò để tăng khả sử dụng vận hành an toàn LPƯ hạt nhân Đà Lạt (1) + Tha y thếHệđiều khiển cũ hệđiều khiển (2006-2007): + Xây dựng 1,5 km hàng rào cốt thép ba o qua nh khn viên LP Ư (2006-2007) + Lắp đặt hệthống the o dõi vàkiểm tra a n ninh khu vực nhàlò (20072011) Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 72 Nâng cấp thiết bò để tăng khả sử dụng vận hành an toàn LPƯ hạt nhân Đà Lạt (2) + Lắp đặt dây chuyền s ản xuất I-131 (2008); + Mởthêm kênh nga ng (No 2) đểlắp đặt hệđo phổtriệt Compton phục vụnghiên cứu cơbản vàđào tạo cán bộ(2011); + Lắp đặt thêm Hệchuyển mẫu khí nén mạng 13-2 phục vụphân tích kích hoạt nha nh vàlặp vòng (2011); + Bổs ung s ốthiết bịthí nghiệm vật lýđểnghiên cứu thực nghiệm vàđào tạo vềvật lýlò phản ứng, cơng nghệlò, … (2008-2011); + Lắp đặt hệđo liều phóng xạkhu vực, hệđo nhiễm bẩn ta y chân quần áo, … đểđảm bảo a n tồn xạ vận hành vàkha i thác lò (2008-2009) + Nâng cấp hệcơng nghệ(hệcấp điện, hệcấp nước, hệthơng gió, …) đểđảm bảo a n tồn vận hành lò (2008-2011) Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 73 Dự án Xây dựng Lò phản ứng nghiên cứu công suất cao Việt Nam tương lai (1) + Chiến lược Ứng dụng NLNT mục đích hồ bình khẳng định: Việt Nam cần có LPƯ nghiên cứu đa mục tiêu khoảng năm 2020 + Các lý để xác định tính cần thiết có LPƯ NC mới: - Hạn chế cơng suất, thơng lượng thiệt bị chiếu xạ LPƯ Đà Lạt; - Nhu cầu ứng dụng KTHN ĐVPX ngành ngày nhiều: ĐVPX cho y tế, cơng nghiệp, … - Phục vụ chương trình Điện hạt nhân VIỆT NAM (chiếu xạ thử nghiệm nhiên liệu, vật liệu LPƯ cơng suất; đào tạo cán bộ); - Tăng cường tiềm lực R&D lĩnh vực NLNT cho VN Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 74 Dự án Xây dựng Lò phản ứng nghiên cứu công suất cao Việt Nam tương lai (2) + Các nội dung thực liên quan đến dự án: - Đề tài nghiên cứu độc lập cấp NN (nhánh B) X©y dùng ln cø cho ®Ị ¸n Lß phan øng nghiªn cøu míi ë ViƯt nam giai đoạn 2002-2004 - Đề tài nghiên cứu độc lập cấp Bộ 2006-2008 về: Nghiên cứu phương án xây dựng Lò phản ứng nghiên cứu thực số tính tốn nơtron thủy nhiệt để nhận dạng lò phản ứng + Các nội dung thực hiện: - Nhiệm vụ cấp Bộ giai đoạn 2009-2011 (địa điểm, xin chủ trương đầu tư, …) - Tiếp tục hợp tác quốc tế để lựa chọn loại LPƯ thích hợp Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 75 V THAY CHO LỜI KẾT (1) Mét sè kÕt qu¶ chÝnh mµ ViƯn NCHN ®· ®¹t ®­ỵc: Làm chủ thiết bò, vận hành an toàn LPƯ, chưa xảy cố ảnh hưởng xấu đến người môi trường xung quanh Khai thác hiệu LPƯ thiết bò khoa học, nhiều ứng dụng kỹ thuật hạt nhân đem lại hiệu kinh tế - xã hội, đặc biệt y tế, công nghiệp, nông nghiệp bảo vệ môi trường Nhiều nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng có hàm lượng khoa học cao, theo kòp với hướng nghiên cứu khu vực giới Xây dựng tiềm lực tương đối đồng đại sở vật chất thiết bò phòng thí nghiệm, đội ngũ cán chuyên môn có trình độ lónh vực khác Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 76 Thay cho lêi kÕt (2) Vai trß cđa LP¦ nghiªn cøu hiƯn t¹i vµ t­¬ng lai ë VN: Lò phản ứng nghiên cứu có va i trò lớn trong: - Đào tạo vàhuấn luyện cán bộ; - Ứng dụng kỹthuật hạt nhân vào phát triển kinh tế, xã hội - Nghiên cứu đểlàm chủcơng nghệhạt nhân cho quốc gia - Các nghiên cứu cơbản vềvật lýhạt nhân Thực tếchỉra rằng, LP Ư hạt nhân ĐàLạt có cơng s uất thấp, khó đáp ứng u cầu ứng dụng kỹthuật hạt nhân Vì Việt Na m cần có LP Ư cơng s uất ca o Dự án xây dựng Trung tâm Khoa học vàCơng nghệhạt nhân với LP Ư nghiên cứu cơng s uất 10-20 MW đưa vào kế hoạch Dự kiến s ẽkhởi cơng năm 2016 vàđưa LP Ư vào vận hành khoảng năm 2021 Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 77 Thay cho lêi kÕt (3) Viện NCHN vàđa ng tha m gia Dự án Điện hạt nhân Ninh Thuận: Nghiên cứu tìm hiểu loại cơng nghệ(P WR, VVER-1000, VVER-1200, ABWR, …) Lựa chọn đị a điểm: Nghiên cứu, đo đạc đểcung cấp s ố liệu vềmơi trường, qua n trắc mơi trường, đánh giá tác động mơi trường, tính tốn phát tán thải khí mơi trường, … Đào tạo cán Viện NCHN tha m gia đào tạo nhân lực cho dự án điện hạt nhân - làvinh dự, làcơhội làtrách nhiệm lớn Viện chương trình điện hạt nhân nước ta Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 78 ...  15/ 3/1982 - khởi công xây dựng công trình khôi phục & mở rộng LPƯ hạt nhân Đà Lạt (gọi lò IVV-9)  01/11/1983 - Lò IVV-9 đạt trạng thái tới hạn lần đầu với nhiên liệu độgiàu ca o 36% U-2 35 ... Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 22 nhiệt HỆ ĐIỀU KHIỂN LỊ PHẢN ỨNG R- Reactor Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014 23 HỆ ĐIỀU KHIỂN LỊ PHẢN ỨNG: Thực q trình khởi động lò, thay đổi cơng suất lò dừng lò theo kế... • 1960 - khởi công xây dựng lò TRIGA Mark II Đà Lạt • 26/2/1963 - Lò TRIGA đạt trạng thái tới hạn lần đầu • 4/3/1963 - Lò TRIGA đưa vào hoạt động thức công suất 250 kW • Từ 196 3-1 968 - LPƯ