CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU TRONG HÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI Viện Kỹ thuật hạt nhân – Vật lý mơi trường Thuyết trình CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN Nhóm trình bày: Nhóm số GVHD: ThS Lê Anh Đức Chu trình nhiên liệu hạt nhân ▶ A Làm giàu Urani ▶ B Sản xuất nước nặng ▶ C Chu trình Thori ▶ D Transmutation (Sự chuyển đổi) ▶ E Lò phản ứng muối nóng chảy Chu trình nhiên liệu hạt nhân ▶ A Làm giàu Urani ▶ B Sản xuất nước nặng ▶ C Chu trình Thori ▶ D Transmutation (Sự chuyển đổi) ▶ E Lò phản ứng muối nóng chảy A Làm giàu Urani • Nguồn Urani tự nhiên: • 99,3% U-238 0,7% U-235 • Urani nguyên liệu phân rã • hàm lượng U-235 cao • độ làm giàu cho lò phản ứng điện: 1-5% (đối với phản ứng nghiên cứu từ 10-20%) • Tính chất hóa học đồng vị: giống • Tách dựa tính chất vật lý: khác khối lượng tính chất hạt nhân A Làm giàu Urani Các giai đoạn làm giàu • Các giai đoạn (bước, cấp) - kết nối nối tiếp • Các - kết nối song song • Nguồn cấp (F), sản phẩm (P), chất thải (W) • Dòng giàu, dòng nghèo • Dòng chảy lí tưởng x'n-1 = x"n+1 A Làm giàu Urani   A Làm giàu Urani   A Làm giàu Urani • Separative Work Unit (SWU) • SWU số phân tách thực q trình làm giàu Urani • Ví dụ: lò nước nhẹ cơng suất 90MW: 23 Urani làm giàu 3%/1 năm ~ 100.000 kgSWU/1 năm A Làm giàu Urani Phương pháp thống kê • Hiệu làm giàu giai đoạn phụ thuộc vào khối lượng khác hạt nhân • U234/U235 : tính chọn lọc thấp • U235/U238 : tính chọn lọc cao • Các giai đoạn tách cần kết nối • Khuếch tán khí, ly tâm khí,… A Làm giàu Urani Ly tâm khí • Máy ly tâm tốc độ cao: • 20 000 - 25 000 vòng/phút • Vận tốc quay lên tới vài trăm m/s • Áp suất thấp (chân khơng) • Sự rung, rò rỉ, hiệu ứng tên lửa, xuống cấp phận quay • giải phóng khí UF6 D Transmutation (Sự chuyển đổi) Phương pháp chiến lược Các phương pháp tách • PUREX*: • Chỉ khả thi phần (với sửa đổi mở rộng) • • Vẫn q trình phát triển Các phương pháp đặc thù khác: • phát triển (không trở ngại) *PUREX: phương pháp hóa học dùng để làm tinh nhiên liệu cho lò vũ khí hạt nhân D Transmutation (Sự chuyển đổi) Phương pháp chiến lược Thách thức sử dụng nhiên liệu • Ngày nay: • 99% lò lượng lò nhiệt, • sử dụng nhiên liệu có nồng độ urani thấp (0.3%), • nguồn U tự nhiên có sẵn 2.5 triệu ~ 1.5x10 GW/y • cung cấp: 370 GW đủ cho 50 năm (giới hạn thời gian) • Nếu khơng tăng hệ số sử dụng nhiên liệu khơng thể chuyển đổi (giới hạn cơng nghệ) • Hai thách thức phải đối mặt xử lý đồng thời • Hệ thống phân tích D Transmutation (Sự chuyển đổi) Phương pháp chiến lược Hệ thống hạt nhân cộng sinh • • Định nghĩa: • Bao gồm lò nhiệt lò phản ứng nhanh • Sinh số lượng Pu cần thiết cho lò phản ứng Tối ưu hóa sử dụng nhiên liệu D Transmutation (Sự chuyển đổi) Phương pháp chiến lược Hệ thống hạt nhân đóng kín (doubly closed) • Hệ thống hạt nhân cộng sinh + chuyển đổi • Cả hai phương pháp yêu cầu phát triển cơng nghệ lượng hạt nhân • Phụ thuộc lẫn vậy, gắn kết hệ thống cần thiết • “tái chế” nhiên liệu sử dụng D Transmutation (Sự chuyển đổi) Phương pháp chiến lược Hệ thống hạt nhân đóng kín (doubly closed) • •   Nghiên cứu phát triển: • Hệ thống phân tích • Thư viện liệu, phát triển thuật tốn • Thiết kế hệ chuyển đổi • Phân vùng cơng nghệ, hóa học • Tác động mơi trường, phân tích nguy Cần thiết hợp tác lĩnh vực nghiên cứu khác E Lò phản ứng muối nóng chảy Thí nghiệm lò phản ứng muối nóng chảy ORNL • Thí nghiệm phi (1950-1956) • Từ 1960, giảng dạy nghiên cứu lý thuyết • Thí nghiệm lò phản ứng muối nóng chảy (6/1965 -12/1969) • MSBR (molten salt breeder reactor): 1970-1976 • Kết thúc chương trình, LMFBR (Liquid Mental Fast Breeder Beactor) • Chuỗi thí nghiệm Nga , cộng hòa Séc E Lò phản ứng muối nóng chảy Thí nghiệm lò phản ứng muối nóng chảy ORNL • Nhiên liệu: muối BeF2,LiF,NaF nóng chảy • Loại lò: • Nhiệt: cấu hình graphite, khơng đồng • Nhanh: khơng có cấu hình, đồng E Lò phản ứng muối nóng chảy Thí nghiệm lò phản ứng muối nóng chảy (1965-1969) • Công suất nhiệt 10MWth (thưc tế 8MW) • Tỉ lệ muối nóng chảy làm mát (%mol) • 10.7% LiF, • 16% BeF2, • 13% ThF4, • 0.3% UF4 • Tỉ lệ nhiên liệu sử dụng: 93% • Nhiệt độ vào nhiệt độ ra: • 635 oC 663 oC E Lò phản ứng muối nóng chảy Molten Salt Breeder Reactor • Cơng suất nhiệt 2250 MW, cơng suất sinh điện 1000 MW • Tỉ suất sinh: 1.065 • Tỉ lệ muối nóng chảy làm mát (%mol) 71.7% LiF 16% BeF2 13% ThF4 0.3% UF4 E Lò phản ứng muối nóng chảy Molten Salt Breeder Reactor E Lò phản ứng muối nóng chảy Thơng số đặc trưng lò muối nóng chảy Đặc trưng Cơng suất điện Mật độ cơng suất Tỉ suất nhiệt Nhiệt độ muối nóng chảy - Vào - Ra - Áp suất Chu trình lượng Phổ Neutron cháy Thông số 1000 MW 22 MWth/m3 44 – 50 %   565 độ C 700