Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU

Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU Tìm hiểu vận hành lò phản ứng ở công suất cao của lò CANDU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM KHOA VẬT LÝ CHUN NGÀNH VẬT LÝ HẠT NHÂN  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: TÌM HIỂU VẬN HÀNH LÒ PHẢN ỨNG Ở CƠNG ŚT CAO CỦA LÒ CANDU SVTH: Đỡ Văn Thanh CBHD: ThS Nguyễn Đình Gẫm CBPB: TS Võ Hờng Hải -Tp HỒ CHÍ MINH – 2009 LỜI CẢM ƠN Thông qua bài khóa luận tốt nghiệp này , lời đầu tiên em xin cảm ơn tới quý thầy cô khoa Vật Lý - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức khoa học hết sức quý bá u Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn với cha mẹ , anh chị gia đì nh và góp ý của các bạn cùng niên khóa 2005 Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đì nh Gẫm , người đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện và hoàn thành khóa luận này Đồng cảm ơn thầy Võ Hồng Hải đã đọc và góp những ý kiến quý báu Em xin kí nh chúc quý thầy cô dồi dà o sức khẻo , đạt được nhiều thành công chuyên môn của mì nh Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Đỗ Văn Thanh Trang MỤC LỤC DANH MỤC TƢ̀ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌ NH VẼ TỔNG QUAN CHƢƠNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1.1 Giới thiệu lò phản ứng hạt nhân 1.1.1 Đị nh nghĩ a 1.1.2 Cấu tạo 1.1.3 Nhiên liệu hạt nhân 10 1.1.4 Vùng hoạt 10 1.1.5 Chất làm chậm neutron 10 1.1.6 Các điều khiển 10 1.1.7 Chất tải nhiệt 10 1.2 Vấn đề về chất thải hạt nhân 11 1.3 Quá trình phân hạch xảy lò phản ứng hạt nhân 11 1.4 Hệ số nhân hiệu dụng 14 1.5 Độ phản ứng 16 1.6 Những đáp ứng lò phản ứng với những thay đ ổi bước độ phản ứng dương .17 CHƢƠNG SƢ̣ LÀM PHẲNG THÔNG LƢỢNG 19 2.1 Mục tiêu việc làm phẳng thông lượng 19 2.2 Sự phụ thuộc thông lượng neutron trung bì nh vào thiết lò 19 2.3 Làm phẳng thông lượng bởi sự phản xạ thành lò 22 2.4 Làm phẳng thông lượng bởi điều chỉnh 25 2.5 Làm phẳng thông lượng bởi sự nạp nhiên liệu hai hướng 27 2.6 Làm phẳng thông lượng đốt cháy vi phân 29 CHƢƠNG SƢ̣ BIẾN ĐỔI THÔNG LƢỢNG THEO KHÔNG GIAN 31 3.1 Sự giảm thông lượng neutron nhiệt bó nhiên liệu 31 3.2 Làm phẳng thông lượng các khoang 32 3.2.1 Vị trí khoang chất lỏng lò 32 3.2.2 Vai trò của hệ thống điều chỉ nh lò 33 3.2.3 Đánh giá thông lượng với nhiễu loạn xenon 35 3.3 Sự dao động thông lượng với sự đốt cháy nhiên liệu 37 3.4 Sự thăng giáng nhiên liệu 39 3.5 Hiệu quả của việc nạp nhiên liệu 40 3.6 Sự dị ch chuyển của các điều khiển 42 3.7 Giá trị với những vị trí khác 44 3.8 Sự tạo bóng và chống tạo bóng 46 3.9 Hệ thống dừng đặc biệt của lò CANDU 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC TƢ̀ VIẾT TẮT Ký hiệu Tƣ̀ gốc Ý nghĩa BGNSA Bruce Generating Nuclear Lò BGNSA Station A CANDU CANada Deuterium Lò CANDU Uranium Channel Power Peaking Thừa số đỉ nh công suất Factor kênh Vertical Flux Detector Bộ ghi nhận thông lượng assemblies theo chiều dọc SDS Shutdown Systems Hệ thớng dừng vận hành ZCU Zone Control Unit Ớng điều khiển vùng LZC Liquid Zone Controller Bộ điều khiển vùng chất CPPF VFD lỏng MCA RRS Mechanical Control Vật điều khiển hấp thụ Absorbers học Reactor Regulating Hệ thống điều chỉ nh lò System PWR Pressure Water Reactor Lò nước áp lực NPD Nuclear Power Lò NPD Demonstration DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Công suất điện hạt nhân của một số quốc gia thế giới (IAEA-2003) Bảng 1.2 Tỷ lệ điện hạt nhân tổng công suất điện một số quốc gia Bảng 1.3 Đóng góp của các nguồn lượng từ phân h ạch U-235 đặc trưng 13 Bảng 2.1 Tỷ số thông lượng trung bình so với thông lượng cực đại một số lò phản ứng 20 Bảng 3.1 Số liệu đốt cháy nhiên liệu đặc trưng lò CANDU 38 DANH MỤC HÌ NH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo lò phản ứng hạt nhân CANDU Hình 1.2 Quá trình phân hạch hạt nhân 12 Hình 1.3 Những sản phẩm phân hạch từ phản ứng dây chuyền 12 Hình 1.4 Tiết diện hiệu dụng phân hạch và tổng cộng của U-235 14 Hình 2.1 Mô tả toán học thông lượng theo hướng trục và xuyên tâm 21 Hình 2.2 Ảnh hưởng việc thêm lớp phản xạ của lò 23 Hình 2.3 Sự phân bố thông lượng không phẳng 23 Hình 2.4 So sánh sự rò rỉ neutron với vùng hoạt trần và vùng hoạt với vành phản xạ 24 Hình 2.5 Ảnh hưởng việc phản xạ với hình dạng thông lượng xuyên tâm 25 Hình 2.6 Làm phẳng thông lượng bởi điều chỉnh 26 Hình 2.7 Ảnh hưởng việc nạp nhiên liệu từ hai hướng với hình dạng thông lượng phẳng theo trục 28 Hình 2.8 Làm phẳng thông lượng với nạp nhiên liệu vi phân 30 Hình 3.1 Thông lượng neutron nhiệt giảm ở bó nhiên liệu 31 Hình 3.2 Vị trí 14 khoang chất lỏng 33 Hình 3.3 Sự tạo thành 135 Xe 36 Hình 3.4 Đốt cháy nhiên liệu đặc trưng lò CANDU 39 Hình 3.5 Đường điều khiển được chèn vào trung tâm vùng hoạt 43 Hình 3.6 Hình dạng thông lượng nhiệt trước và sau chèn 43 Hình 3.7 Hình dạng thông lượng nhiệt chèn vào gần biên vùng hoạt 44 Hình 3.8 Giá trị độ phản ứng theo vị trí 45 Hình 3.9 Tạo bóng và chớng tạo bóng 47 Hình 3.10 Độ phản ứng được thêm vào dưới tác dụng của những dừng 50 Hình 3.11 Độ phản ứng được thêm vào bơm độc tớ vào lò CANDU 51 TỞNG QUAN Vận hành lò phản ứng hạt nhân ở công suất ca o lò CANDU (CANada Deuterium Uranium) là một công việc phức tạp và đòi hỏi nhiều về vấn đề an toàn Nhiệm vụ chủ yếu một hệ thống điều khiển lò phản ứng là trì phản ứng dây truyền, tức là điều khiển số lượng neutron sinh so với số neutron sinh trước đó Một điều quan trọng là giới hạn công suất từ những kênh cục bộ hoặc những bó nhiên liệu được thiế t lập ở mức an toàn Việc khảo sát sự làm phẳng hình thông lượng toàn phần theo bốn cách khác dạng như: dùng chất phản xạ , dùng những điều chỉ nh, sự nạp nhiên liệu hai hướng, và sự đốt cháy vi phân Với sự v ận hành lò phản ứng ở công suất cao lò CANDU chúng ta có thể mô tả vai trò của hệ thống điều khiển khoang chất lỏng để đảm cân bằng thông lượng các khoang, thông lượng khoang cao có thể là sự biến thiên thông lượng Thêm vào đó chúng ta có thể xem xét một vài khí a cạnh về quản lý nhiên liệu để giới hạn những đỉ nh thông lượng cục bộ , chúng ta sẽ xem xét ảnh hưởng của độ phản ứng bởi những điều khiển Một điều chỉ nh liên quan đến việc vận hành lò là những bó nhiên liệu sắp xếp không được đúng , dẫn tới hư nhiên liệu Bởi vì tốc độ phân hạch và công suất phát một bó nhiên liệu thì tỉ lệ vớ i thông lượng neutron nhiệt ở vị trí bó nhiên liệu Lò đồng nhất, đó có sự xáo trộn đồng đều giữa nhiên liệu và chất làm chậm dẫn đến hình dạng thông lượng phẳng thay đổi ít từ vị trí trung tâm cho tới biên Nhưng chúng ta sẽ khảo sát hệ thống l ò CANDU là một hệ không đồng nhất , ở đó nhiên liệu xếp đặt thành bó nhiên liệu, bởi vì neutron nhiệt bị hấp thụ mạnh vùng có mật độ nhiên liệu cao vậy thông lượng neutron nhiệt bị giảm bó nhiên liệu mà điề u này li ên quan đến chất làm chậm được dùng lò CANDU cũng sẽ được khảo sát Có đỉnh và vùng trũng cục bộ xếp chồng tạo nên hì nh dạng thông lượng toàn phần này Sau chúng ta sẽ khảo sát ba chương đó là lò phản ứng hạt nhân , làm phẳng thông lượng, sự biến đổi thông lượng theo không gian CHƢƠNG LÒ PHẢN Ƣ́NG HẠT NHÂN Ngày với sự phát triển kinh tế vũ bão , vậy mà lượng hạt nhân ngày càng được nghiên cứu phát triển và ứng dụng nhiều bởi vì ưu điểm nổi trội của chúng tạo lượng lớn và không gây hiệu ứng nhà kính những loại nhiên liệu khác : than đá và dầu mỏ … thải nhiều khí CO2 Việt Nam cũng không nằm ngoài quy luật đó Do đó hiện nhà nước ta có kế hoạch xây dựng nhà máy điện hạt nhân mà đó có lò CANDU , là một bốn lò được xem xét để xây dựng 1.1 Giới thiệu lò phản ứng hạt nhân Lò phản ứng hạt nhân hiện đóng góp một lượng đáng kể ở những nước phát triển Và cũng được phát triển rộng nước phát triển Các bảng số liệu sau cho thấy lượng h ạt nhân ngày càng được ứng dụng rộng rãi thế giới được thống kê vào năm 2003 [8] Bảng 1.1 Công suất điện hạt nhân của mộ t số quốc gia thế giới (IAEA-2003) Quốc gia Số lò Tổng công suất (MW) Hoa Kỳ 104 98.230 Pháp 59 63.073 Nhật 54 44.278 Đức 19 21.283 Nga 30 20.793 Hàn Quốc 18 14.890 Anh 31 12.252 Ucraina 13 11.207 Canada 14 10.018 Thụy điển 11 9.432 Tổng cộng 441 363.135 Bảng 1.2 Tỷ lệ điện hạt nhân tổng công suất điện của một số quốc gia (*) Quốc gia Tỷ lệ điện hạt nhân (%) Latvia 80,12 Pháp 77,97 Slovakia 65,41 Bỉ 57,32 Bungari 47,30 Thụy điển 45,75 Ucraina 45,66 Slovenia 40,74 Hàn Quốc 38,62 Hungari 36,14 (*) thống kê năm 2003 1.1.1 Đị nh nghĩ a Lò phản ứng hạt nhân là một hệ thiế t bị dùng để biến đổi lượng hạt nhân đó lượng bức xạ và lượng hạt nhân được giải phóng nhờ phản ứng phân hạch mà đó nguyên tố nhiên liệu U -233, U-238, U-235, Pu-239 bị phân hạch bởi neutron 1.1.2 Cấu tạo Cùng với sự phát triển ngành công nghiệp lượng hạt nhân để đáp ứng nhu cầu lượng cho thời đại , thì chúng ta cũng thấy có nhiều loại lò phản ứng với nhiều kiểu dáng khác nói chung chúng cũng có đặc điểm chung một lò phản ứng hạt nhân Hình 1.1 sau là cấu tạo của lò CANDU, một loại lò các kỹ sư Canada sáng chế 39 nhiên TôTốc ́ c độđộ đốtđốt chácháy y nhiên liệu liệu Tốc độ cháy (g/KgU) U-235 Pu-239 Pu-241 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Liều chiếu thông lượng (n/kb) Hình 3.4 Đốt cháy nhiên liệu đặc trƣng lò CANDU 3.4 Sƣ̣ thăng giáng nhiên liệu Như chúng ta đã biết ở phần h ệ thống điều khiển khoang chất lỏng , được thiết kế và vận hành để điều chỉ nh công suất , và điều chỉnh công suất khoang trung bì nh, lại không hiệu quả nếu khử điểm tới hạn cục bộ vì chất lỏng chải đều ở tất cả các hướng , mà đỉnh thông lượng cục bộ lại tập chung một chỗ Vì điểm thông lượng cục bộ có thể tiến triển suốt quá trì nh vận hành Sự biến đổi thông lượng theo không gian thông thường có được bởi việc lựa chọn nạp kênh thích hợp cho việc nạp nhiên liệu lò hoạt động Trong thực tế không bao giờ có hì nh dạng thông lượng phẳng m à thông lượng luôn dao động và biến đổi theo thời gian , phân bố thông lượng đ ể cho thấy những đỉ nh c ục bộ và chỗ lõm xuống Do vậy chúng ta có thể so sánh phân bố thông lượng thực tế với hình dạng thông lượng quy chiếu Hình dạng thông lượng quy chiếu bắt nguồn từ hình dạng hiện hữu biến thiên ngày qua ngày có thể coi thông lượng trung bì nh Sự khác này gọi là sự biến thiên thông lượng trung bì nh theo thời gian Không có thể đạt được hì nh dạng lý thuyết này b ởi vì có nhiều yếu tố tạo nên sự đốt cháy nhiên liệu và nạp nhiên liệu, điều kiện vận hành thông thường có được sự thăng giáng quanh giá trị trung bì nh 40 Sự lệch thông lượng so với hì nh dạng thông lượng quy chiếu gọi là độ thăng giáng Độ thăng giáng, được đị nh nghĩ a cho mỗi kênh , là tỉ số công suất kênh thực tế đã được đo so với công suất kênh quy chiếu Cho ví dụ , nếu kênh có công suất kênh quy chiếu là 6,5 MW điều đó có nghĩa rằng trung bì nh qua nhiều năm, vận hành công suất toàn phần thì công suất phân tí ch được mong đợi từ kênh này trung bì nh là 6,5 MW và nếu công suất thực là 6,2 MW trước nạp nhiên liệu thì ta có độ thăng giáng là 6,2/6,5=0,95 cho kênh đó Nếu công suất kênh đạt tới mức ổn đị nh 6,9 MW sau tái nạp nhiên liệu, độ thăng giáng là 6,9/6,5=1,06 Độ thăng giáng nạp nhiên liệu thay đổi liên tục với điều kiện vùng hoạt Trong lò phản ứng có nhiều kênh với độ thăng giáng khác đ ưa được độ thăng giáng nhiên liệu cho mỗi kênh và sẽ c ó một giá trị thăng giáng cao nhất gọi là thừa số đỉ nh công suất kênh (channel power peaking factor viết tắt là CPPF) Tất cả những kênh và bó nhiên liệu lõi được vận hành dưới giới hạn vận hành an toàn chúng để tránh việc làm hư nhiên liệu , sau là những yêu cầu cho việc vận hành lò phản ứng  Công suất được điều khiển  Hình dạng thông lượng toàn phần giữ được ở mức phẳng thích hợp  Nạp nhiên liệu giữ đỉ nh thông lượng cục bộ chấp nhận ở mức thấp Nhưng hệ thống điều chỉn h có được hai điều đầu tiên , đội ngũ nhân viên vận hành đảm bảo mức vận hành vùng đó giữa dải vận hành của hệ thống, và không có sự biến dạng thông lượng đáng chú ý từ hệ thiết bị điều khiển độ phản ứng Mục ba yêu cầu dựa việc lựa chọn kênh nạp nhiên liệu đúng yêu cầu số hai cũng bị ảnh hưởng bởi việc lựa chọn kênh nạp nhiên liệu 3.5 Hiệu quả của việc nạp nhiên liệu Một những yêu cầu để làm tăng hiệu suất sử dụng là phải cho lò phản ứng CANDU làm việc liên tục Nạp nhiên liệu hoạt động mục đích dùng cho việc bảo đảm độ phản ứ ng và hình dạng thông lượng lò CANDU một thời kỳ dài không thay đổi Chương trình máy tính sẽ mô phỏng lõi giúp lựa 41 chọn kênh nhiên liệu Những tí nh toán của máy tính và việc mô phỏng xác đị nh được phân bố công suất theo trục và xuyên tâm , đốt cháy mỗi bó nhiên liệu Việc so sánh công suất tiên đoán chí nh xác việc đo công suấ t nhiệt kiểm tra sự thích hợp tính toán này Kỹ sư nhiên liệu sau đó lựa chọn kênh nhiên liệu bản  Vận hành an toàn  Yêu cầu về độ phản ứng đề  Điều khiển hì nh dạng thông lượng cho phẳng nhất  Giá thành nhiên liệu, hiệu quả của việc dùng thiết bị nạp nhiên liệu Sự điều chỉ nh và bảo vệ lõi từ ngày qua ngày là sự vận hành dựa chủ yếu những lựa chọn thí ch hợp những kênh cho bình thường việc nạp nhiên liệu Những nguyên lý nạp nhiên liệu lò hoạt động  Không vận hành với nguyên tố mà nhiên liệu bị khuyết tật  Thay thế đều đặn đủ n hiên liệu để giữ cho mức vùng trung bì nh gần mức trung bì nh quy chiếu Trong lò CANDU việc vận hành ở công suất cao không nạp nhiên liệu, vùng chất lỏng sẽ đặc trưng giảm 5% mỗi ngày để bù lại sự suy giảm độ phản ứng từ việc đốt cháy nhiên liệu Mức vùng cao hoặc thấp trung bì nh có thể làm điều chỉ nh công suất khó khăn  Vị trí nhiên liệu cho hình dạng thông lượng toàn phần là phẳng và để mức vùng cục bộ không có bị lệch quá nhiều so với mức trung bì nh giữ thông lượng là phẳng Nạp nhiên liệu vi phân và nạp những kênh nhiên liệu bên cạnh hướng thì đối trợ giúp để hì nh dạng thông lượng toàn phần là phẳng Nhiên liệu thì được thêm thích hợp vào vùng với mức vùng thấp và làm tăng mức vùng về giá trị trung bình  Phân bố nhiên liệu cho sự thăng giáng nạp nhiên liệu ở mức tối giảm  Sự thay thế nhiên liệu với sự đốt cháy cao nhất Để có được tính kinh tế cho những kênh nhiên liệu là để đốt cháy nhiên liệu được cao lõi ở tru ng 42 tâm và giảm ở vùng biên lò Điều này đặc trưng độ lợi độ phản ứng cao nhất cho mỗi kênh nạp nhiên liệu  Những bó nhiên liệu cũ liên quan công suất cao có thể bị rủi ro bởi áp lực ăn mòn bẻ gãy, bị áp lực bởi biến dạng công suất lớn Những nguyên lý cũng có một vài mâu thuẫn lẫn sự nạp nhiên liệu với sự đốt cháy cao nhất thì làm tăng sự thăng giáng Nạp nhiên liệu phía ngoài lõi giữ thông lượng toàn phần phẳng không có được độ lợi độ phản ứng, vì đó neutron bị rò rỉ Nạp nhiên liệu tối ưu đặc trưng thực hiện theo bước ưu tiên sau  Di chuyển nhiên liệu đã biết bị hư một cách nhanh nhất  Nhiên liệu có sự thăng giáng nhiên liệu được điều khiển Giữ CPPF ở giá trị thấp chấp nhận được Đảm bảo biên độ vận hành một cách phù hợp với giới hạn cho phép và rủi ro  Nạp nhiên liệu lõi Đến vùng hoạt phía và phía ngoài với tần số đúng Hướng nạp nhiên liệu giữa hai kênh Tránh nạp nhiên liệu dồn dập đến cùng một vùng  Những kênh nạp nhiên liệu với sự đốt cháy nhiên liệu cao và độ lợi độ phản ứng cao Tất cả những sự vận hành nạp nhiên liệu có được tương ứng với thay đổi lõi lò là đã được tí nh toán chương trì nh mô phỏng nạp nhiên liệu, và vì tất cả vị trí bó nạp nhiên liệu có thể được phát hiện 3.6 Sự dịch chuyển của các điều khiển Một điều khiển có đặc trưng là hình trụ được làm bởi một số chất liệu với tiết diện hấp thụ cao với neutron nhiệt cho cadmium được bao bọc thép không rỉ Giá trị một là những thay đổi độ phản ứng gây được chèn vào lò Sự thay đổi độ phản ứng nhiều hay í t dựa vào việc 43 hấp thụ của vật liệu và dựa vào đáng kể vị trí của lõi Những giống có giá trị độ phản ứng khác ở những vị trí khác Chúng ta xem xét giá trị những điều khiển đơn giản được chèn vào vùng thông lư ợng cao ở trung tâm của lõi hình 3.5 Bởi vì ảnh hưởng đến hấp thụ neutron nhiệt lò , thông lượng nhiệt xung quanh điều khiển sẽ giảm xuống một cách đáng kể Nếu lò tiếp tục vận hành ở công su ất với việc đã được chèn vào , hệ thống điều khiển phải bù cho thông lượng giảm ở vùng trung tâm bằng cách tăng thông lượng ở vùng ngoài để trì một diện tích phía hai đường cong , hình 3.6 Kết quả là có sự dịch chuyển thông lượng theo hướng biên của lõi, chính điều này sẽ làm cho neutron nhiệt rò rỉ nhiều Lõi Hình 3.5 Đƣờng điều khiển với đƣợc chèn vào trung tâm vùng hoạt Thông lượng Vị trí theo trục ngang Thông lượng Vị trí theo trục ngang Hình 3.6 Hình dạng thơng lƣợng nhiệt trƣớc và sau chèn 44 Thông lượng Lõi Vị trí theo trục ngang Hình 3.7 Hình dạng thơng lƣợng nhiệt chèn vào gần biên của vùng hoạt Giá trị thành là kết quả từ kết hợp hai ảnh hưởng  Tăng hấp thụ neutron vùng mà ở đó đã được chèn vào, và  Tăng sự rò rỉ nguyên nhân bởi sự biến dạng thông lượng của Độ lớn mỗi ảnh hưởng cần dựa vào sự bố trí lõi lò Giả sử rằng được chèn vào gần biên củ a lõi mô tả hình 3.7 Ảnh hưởng sự hấp thụ đương nhiên là nhỏ trường hợp ở chí nh giữa lò bởi vì có í t neutron được hấp thụ vùng thông lượng thấp Hệ thống điều khiển thành làm tăng thông lượng vùng còn lại của lõi b ởi một đại lượng nhỏ để bảo đảm công suất suất lò Sự biến dạng thông lượng và rò rỉ neutron cũng sẽ í t cho chèn vào vùng thông lượng ở biên lò Sự biến dạng thông lượng và rò rỉ neutron sẽ lớn cho chèn vào vùng thông lượng ở lò Tất cả những ảnh hưởng này đó là giá trị sẽ được xem xét ít ở biên của lõi và nhiều là ở vùng trung tâm lò 3.7 Giá trị với vị trí khác Bây giờ chúng ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của độ phản ứng thế nào điều khiển hấp thụ dần dần được chèn vào lò Chúng ta có thể mô tả một cách đị nh lượng điều này bằng cách giới t hiệu giá trị với những vị trí khác hay còn gọi là giá trị vi phân, đị nh nghĩ a là thay đổi giá trị độ phản ứng, với việc chèn thêm từng milimet được thêm vào lõi Giá trị độ phản ứng tổng cộng là giá trị việc chèn vào một cách đầy đủ nhất 45 Hình 3.8 cho thấy sự thay đổi giá trị độ phản ứng của là mộ t chức vị trí của Độ phản ứng tổng cộng , chèn vào một cách đầy đủ là khoả ng mk Bắt đầu với việc rút một cách hoàn toàn , sau đó cho dị ch chuyển vào lò , những dịch chuyển ban đầu có í t ảnh hưở ng, bởi vì bắt đầu vào vùng thông lượng ở đó vùng thông lượng là thấp Như vậy vào sâu bên lõi , ta có giá trị khác biệt (vì đánh giá cho milimet) làm tăng một cách ổn định, và đạt đến cực đại điều khiển đạt đến trung tâm lõi lò Độ dốc đường cong độ phản ứ ng hình 3.8 là giá trị khác biệt, hay với những giá trị khác biệt, chúng ta có thể thấy giá trị khác biệt lớn nhất đầu cuối đạt tới đường trung tâm của lõi , đầu cuối của vượt quá đường trung tâm, giá trị khác biệt giảm trở lại, giá trị khác biệt đạt được Độ phản ứng (mk) nhỏ nhất ở vị trí đã chèn vào một cách hoàn toàn lò cm Khoảng cách so với đường trung tâm (cm) Hình 3.8 Giá trị đợ phản ứng của điều khiển theo vị trí Trong những trường hợp khác có hiệu quả lớn nhất nó ở vùng thông lượn g cao của lõi Điều này giúp giải thích trợ giúp bắt đầu gia tăng dừng được thả vào vùng hoạt Nó cũng là đại lượng quan trọng ở chỗ kiểm tra những dừng dẫn tới việc kiểm chứng tốc độ chèn vào Thông qua đó chúng ta chú ý rằng những chuyển động hoặc một dãy lõi có thể sinh cục bộ biến dạng hình dạng thông lượng 46 neutron giống đã được mô tả ở phần 3.6, theo hướng thẳng đứng Thông lượng ở phần vào lõi sẽ giảm liên quan với thông lượng ở phần thấp Chú ý rằng điều khiển hấp thụ hiếm ở lõi ở công suất cao, chúng luôn có thể tì nh huống rơi vào lõi để có thể giảm công suất xuống một cách nhanh chóng tới một mức thấp Hệ thống điều chỉ nh thông thường không điều khiển điều khiển sự hấp thụ cho việc điều chỉ nh lò Người vận hành có thể dễ dàng tránh được của sự biến dạng thông lượng bởi ảnh hưởng điều khiển sự hấp thụ bằng việc dùng những độc tố thêm và o hệ thống làm giảm nhữ ng mức vùng trước điều khiển đến Cơ hội xảy sẽ thấp khi điều khiể n hấp thụ di chuyển và lõi để trợ giúp hệ thống vùng chất lỏng Những mức vùng rút nước nếu là một dãy điều khiển hấp thụ được điều khiển vào vùng hoạt Thanh thay đổi với độ sâu có í t ý n ghĩa về vận hành, nó đơn giản sản sinh tốc độ biến thiên mức vùng giảm , vì càng sâu giá trị thay đổi độ phản ứng càng nhỏ 3.8 Sƣ̣ tạo bóng và chống tạo bóng Trong thực tế lò phản ứng hạt nhân bao gồm rất nhiều các điều khiển sự hấp thụ ở những khoảng cách khác , có gần cũng có những cách khoảng xa, ở phần này chúng ta sẽ khảo sát tương tác giữa các với Giá trị một một vài vị trí dựa vào khác đã làm biến dạng thông lượng toàn phần rồi Để minh họa chúng ta thử giả sử rằng chúng ta chèn một đơn vào vùng thông lượng cao của lõi mô tả đỉ nh hì nh 3.9 Hệ thống điều chỉ nh, giữ công suất ở mức cho trước để bù cho việc chèn vào, sự biến dạng hình dạng thông lượng được mô tả hì nh vẽ theo đó thông lượng sẽ trào qua hai bên Giả sử rằng chúng ta chèn thêm thứ hai đồng chất với nó tiến gần về thứ nhất được minh họa ở hình 3.9 Vì rằng nó vào vùng mà ở đó đầu tiên có thông lượng bị giảm xung quanh , nó sẽ hấp thụ neutron ít nếu thứ nhất không hiện d iện ở đó Bởi vì sự có mặt thứ hai làm 47 giảm thông lượng lân cận thứ nhất, đó làm giảm giá trị của nó so với chỉ có một nhất nằm lõi lò Thực ra, nếu gọi giá trị mỗi dựa chí nh nó có x mk, vậy giá trị kết hợp hai sẽ nhỏ 2x Sự giảm giá trị cục bộ một bởi một khác gần đó được biết là tạo bóng Bây giờ chúng ta sẽ xem xét điều gì sẽ xảy thứ hai chèn vào vùng xa so với thứ nhất, cho ví dụ ở đỉnh sự biến dạng phân bố thông lượng có được trước đó , minh họa ở dưới hình 3.9 Bởi vì nó sẽ ở vùng ở đó đầu tiên và h ệ thống điều chỉ nh làm tăng thông lượng neutron, nó sẽ hấ p thụ neutron nhiều chỉ có một nhất lõi Lại lần ảnh hưởng là đối xứng và giá trị đầu tiên tăng lên Giá trị kết hợp hai thì là lớn 2x Điều này làm tăng giá trị mỗi bởi vì sự hiện diện của khác được biết là chống tạo bóng Thông lượng Lõi Vị trí theo trục ngang Thông lượng Lõi Vị trí theo trục ngang Thông lượng Lõi Vị trí theo trục ngang Hình 3.9 Tạo bóng và chớng tạo bóng của 48 Trong lò CANDU những ảnh hưởng của những điều chỉ nh nên thì đáng chú ý Điều này đặc trưng cho sự xắp xếp sáu hoặc bảy dãy đối xứng mỗi dãy từ hai đến bốn thanh, với giá trị độ phản ứng thường bé 2mk cho mỗi dãy Những điều chỉ nh làm bằng những chất liệu hấp thụ nhẹ , vì thế làm biến dạng thông lượng í t những điều khiển hấp thụ Những điều chỉ nh thông thường đã được di chuyển vùng hoạt (và trở lại) một dãy ở một thời điểm với kết quả thông lượng chấp nhận được Loạt kết quả này chấp nhận có được bởi những việc tí nh toán những ảnh hưởng của tạo bóng và không tạo bóng để mà sự biến dạng thông lượng nguyên nhân gây bởi những tương tác của không sinh những đỉ nh thô ng lượng không được chấp nhận Sự dịch chuyển dãy điều chỉ nh với kết quả chấp nhận được làm hình dạng thông lượng toàn phần tốt Có giới hạn công suất lò được cho phép hệ những điều chỉ nh, giới hạn công suất bó và công suất kênh cực đại Những đỉ nh thông lượng xấu mà nạp nhiên liệu không có thể thực hiện hoặc có sự khống chế xenon dẫn đến là sự giảm công suất Sự tăng cực đại xenon suốt quá trì nh chuyể n tiếp thì ở vùng thông lượng cao nhất lõi, ở đó iode là cao nhất Điều này làm điều chỉ nh đị nh vị ở đó để làm phẳng thông lượng Sự tăng đồng vị xenon có khả hấp thụ những vùng thông lượng cao này giúp làm phẳng thông lượng vùng Việc vận hành ở một vài nhà máy có những giới hạn công suất khác dựa sự di chuyển điều chỉ nh, và những đó được sử dụng thế nào Khi mà một d ãy điều chỉ nh bắt đầu điều khiển , nó tiếp tục di chuyển cho đến hết ngoài (hoặc vào hết, nếu những đó từ ngoài vào vùng hoạt) Hệ thống điều chỉ nh yêu cầu những điều chỉ nh ngoài lò không có đủ độ phản ứng, đó là mức vùng thấp (RRS yêu cầu những điều chỉnh vào mức vùng cao , trước mức đủ cao gọi là điều khiển sự hấp thụ ) Ảnh hưởng tức thời một dãy điều khiển ngoài lõi là sự dịch chuyển mức vùng theo hướng tăng lên 49 3.9 Hệ thống dƣ̀ng đặc biệt của lò CANDU Những lò CANDU được trang bị hai hệ thống dừng đặc biệt độc lập với là: SDS-1 và SDS-2 Những hệ thống này được thiết kế có sự khác cả về chức dập lò và độc lập với Những sự khác này bằng cách dùng những dừng học theo hướng dọc hệ thống dừng và theo hướng ngang với ống bơm độc tố và chất lỏng hệ thống dừng 2, vậy việc thiết kế lò sẽ trở nên phức tạp với SDS-2 a) Về thiết kế lò Khi vận hành lò phản ứng ở công suất cao tức là k >1 Vậy ta phải xác đị nh kích thước lò phản ứng để cho phản ứng phân hạch có thể kiểm soát được, nếu kích thước lò phản ứng quá bé thì neutron bay ngoài đó lò ở trạ ng thái dưới tới hạn, còn kích thước quá lớn thì neutron giữ lại quá nhiều lò, và lò ở trạng thái tới hạn Lò thể tích hình trụ đạt được tới hạn bằng [2] 3 (2, 405)2 M Vtr  π.R H  π (k  1)2 Với M  L2  τT Trong đó τT :là tuổi neutron và τT  λS  λtr Với λs : là chiều dài tán xạ  tr : là chiều dài vận chuyển b) Thanh dƣ̀ng vận hành SDS-1 Những dừng vận hành là những khối hì nh trụ làm bằng vật liệu có tiết diện hấp thụ ne utron lớn thường là cadmium được bao bọc bởi thép không rỉ Những này được chèn thẳng đứng vào những cái ống tròn đã được khoan sẵn Những này thường nằm ngoài lõi , và được giữ bởi bộ khớp ly hợp điện t Khi mà có tí n hiệu dừng được yêu cầu , bộ khớp li hợp sẽ nhả và những đó rớt theo phương trọng lực vào lõi lò Sự hiện diện của những này làm tăng hấp thụ kí sinh làm giảm lượng neutron nhiệt Việc chèn n hững dừng này vào tức là đưa vào một độ phản ứng âm lớn để bảo vệ lò những 50 trường hợp tồi tệ nhất xảy Hình 3.10 cho thấy độ phản ứng âm được thêm vào là -60mk khoảng thời gian giây dưới tác dụng c dừng lò CANDU 600 Sự phục hồi nhanh chóng sự cố này là có thể khoảng phút sau những được rút Hình 3.10 Độ phản ứng đƣợc thêm vào dƣới tác dụng của dừng c) Hệ thống dƣ̀ng vận hành SDS-2 Việc lựa chọn cách dừng lò , bởi việc phun áp lực cao dung dị ch gadolium vào chất làm chậm vùng calandria Dung dị ch gadolium thường giữ ở áp suất cao bể ngoài vùng calandria Việc bơm sẽ đ ược thực hiện ở bởi việc mở những van với tốc độ cao vốn dĩ nó thườ ng bị đóng Khi van mở , độc tố lỏng sẽ được bơm vào lò thông qua sáu vòi phun ngang vào v ùng hoạt Và được thiết kế bơm độc tố phân tán ở bốn hướng khác hình thức bởi số lớn vòi phun cục bộ Điều này sẽ làm phân tán độc tố nhanh chóng phần lớn lõi Dung 51 dịch gadolium được giữ bình áp suất trì ở một nồng độ đặc trưng khoảng 8000g gadolium cho Mg nước nặng Việc chè n một độ phản ứng âm lớn -95mk giây hình 3.11 lò CANDU 600 với hệ thống bơm độc tố Hình 3.11 Độ phản ứng đƣợc thêm vào bơm độc tố vào lò CANDU 600 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bài khóa luận chỉ cho chúng ta biết được một phần nào đó việ c vận hành lò phản ứng CANDU Việc vận hành lò phản ứng ở công suấ t cao bao gồm nhiều công việc của những người làm nhiệm vụ vận hành từ kỹ sư má y tí nh tới kỹ sư nhiên liệu… Vận hành lò CANDU ở công suất cao được ứng dụng chủ yếu cho việc phát điện với ưu thế là công suất cao Trong chương hai đã trì nh bày các cách làm phẳng thông lượng  Làm phẳng thông lượng bởi sự phản xạ thành lò  Làm phẳng thông lượng bởi điều chỉnh  Làm phẳng thông lượng bởi sự nạp nhiên liệu hai hướng  Làm phẳng thông lượng đốt cháy vi phân Trong chương ba đã mô tả sự biến đổ i thông lượng theo không gian sự giảm thông lượng neutron nhiệt bó nhiên liệu , vai trò của các khoang chất lỏng việc làm phẳng thông lượng , vị trí khoang chất lỏng lò , xác đị nh được vai trò của hệ thống điều chỉ nh cho việc làm phẳng thông lượng, đánh giá thông lượng với sự nhiễu loạn xenon , dao động thông lượng với sự đốt cháy nhiên liệu, xác định đượ c sự thăng giáng cho mỗi kênh nhiên liệu , hiệu quả của việc nạp nhiên liệu, sự biến thiên thông lượng với dị ch chuyển của các điều khiển chèn vào vùng hoạt , giá trị độ phản ứng được thêm vào được chèn v vùng hoạt ở vị trí khác ào , sự tương tác giữa các t hanh điều khiển với nhau, thể tí ch lò để đạt tới hạn, và cuối cùng là hai hệ thống dừng vận hành là SDS 1, và SDS-2 Tuy nhiên bài khóa luận này còn một số thiếu sót chưa cung cấp được các số liệu thực nghiệm liên quan về vận hành lò Do thời gian không cho phép chưa tính toán xác định kênh nhiên liệu có sự thăng giáng lớn nhất , sự phân bố công suất lò, và đỉnh thông lượng cục bộ Kiến nghị tí nh toán mô phỏng lựa chọn kênh nhiên liệu để nạp , tính toán xác định được kênh nhiên liệu có sự thăng thăng giáng lớn nhất Xác định phân bố công suất với loạt hình dạng thông lượng quy chiếu, xác định giới hạn cho phép cho công bó và công suất kênh, điểm rủi ro của vùng hoạt quy chiếu 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Đì nh Gẫm (2000), “Vật Lý Lò Phản Ứng Hạt Nhân Đại Cương” , Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Tp Hồ Chí Minh [2] Ngô Quang Huy (1995), ”Vật Lý Lò Phản Ứng Hạt Nhân” , nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội Tiếng Anh [3] Science and Reactor Fundamentals-Reactor Physics Technical Training Group (2003), ”Reactor Physics”, Canadian Nuclear Safety Commission, CANADA [4] B Rouben Manager (2002), “Introduction to Reactor Physics”, Reactor Core Physics Branch Atomic Energy, CANADA [5] Ian Cameron (1997), “Nuclear Physics And Reactor Theory”, University of New Brunswick, CANADA, [6] R.A Chaplin (1997), “A Supplementary Text For Introductory Nuclear Engineering”, University Of New Brunswick, CANADA [7] http://canteach.candu.org/library/20040502.pdf [8] http://irv.moit.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=18104 ... được thêm vào bơm độc tố vào lò CANDU 51 TỔNG QUAN Vận hành lò phản ứng hạt nhân ở công suất ca o lò CANDU (CANada Deuterium Uranium) là một công việc phức tạp và đòi hỏi... phản ứng ở công suất cao lò CANDU chúng ta có thể mô tả vai trò của hệ thống điều khiển khoang chất lỏng để đảm cân bằng thông lượng các khoang, thông lượng khoang cao có thể... phản ứng ở công suất cao có s ự chú ý đến  Vì sự thay đởi của k làm thay đổi thông lượng dẫn đến thay đổi công suất lò phản ứng Ta có mối liên hệ giữa công suất lò