Xác định độ cháy của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân bằng phương pháp tỷ số đồng vị

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đinh Văn Thìn XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đinh Văn Thìn XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử Hạt nhân Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI VĂN LOÁT Hà Nội - 2015 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, gặp gỡ, học hỏi làm việc giảng viên nhiệt tình tâm huyết với nghiên cứu khoa học, đặc biệt thầy cô công tác Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý Vì thế, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô, xin chúc thầy cô mạnh khỏe để tiếp tục thắp sáng lửa tri thức dẫn lối cho lớp lớp sinh viên đường nghiên cứu khoa học Để hoàn thành nội dung nghiên cứu luận văn này, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Văn Lốt, người thầy trực tiếp dìu dắt hướng dẫn khoa học cho nhiều năm qua Tôi học hỏi thầy không kiến thức chun mơn mà cịn lịng u nghề tâm huyết với khoa học Tôi xin chúc thầy gia đình ln mạnh khỏe, hạnh phúc mong muốn thầy tiếp tục cống hiến nhiều cho nghiệp giáo dục đào tạo cho hệ tương lai đất nước Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Trường Đại học Điện lực, Phòng Tổ chức Cán Bộ môn Điện Hạt nhân tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa học Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể người thân, bạn bè tôi, người quan tâm, động viên tơi vượt qua khó khăn sống Tôi xin hứa cố gắng, nỗ lực nhiều để khơng phụ lịng tin tất người Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày…… tháng…… năm………… Đinh Văn Thìn ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………… …………………………………………… ….1 CHƢƠNG I: CƠ THUYẾT……………………………………….2 SỞ LÝ 1.1 Độ cháy mối liên hệ với đại lƣợng quan trọng lò phản ứng hạt nhân .……………………………………………………………………2 1.1.1 Độ cháy 1.1.2 Liên hệ độ cháy đại lượng quan trọng lò phản ứng hạt nhân 1.1.2.1 Các đại lượng nhiệt động học 1.1.2.2 Các tiêu chí an tồn nhiên liệu hạt nhân 1.2 Các phƣơng pháp xác định độ cháy 12 1.2.1 Xác định độ cháy phương pháp hóa học 13 1.2.2 Xác định độ cháy phương pháp khối phổ kế 14 1.2.3 Xác định độ cháy phương pháp không phá hủy mẫu 19 1.3 Lý thuyết lò phản ứng hạt nhân 22 1.3.1 Tương tác notron với hạt nhân 22 1.3.1.1 Tiết diện phản ứng 22 1.3.1.2 Phản ứng tán xạ notron 24 1.3.1.3 Phản ứng chiếm bắt notron 25 1.3.1.4 Phản ứng phân hạch hạt nhân 25 1.3.2 Lý thuyết khuếch tán notron đa nhóm trạng thái tới hạn lò phản ứng hạt nhân 29 1.3.3 Quá trình biến đổi thành phần nhiên liệu hạt nhân 35 CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU… 41 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 41 2.1.1 Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 41 2.1.1.1 Cấu trúc lò phản ứng 41 2.1.1.2 Thanh nhiên liệu 43 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 44 2.2.1 Xác định số nhóm sản phẩm phân hạch 44 2.2.2 Tiến hành thực nghiệm 49 2.2.2.1 Cấu tạo hệ đo xạ 49 2.2.2.2 Thực nghiệm 51 2.2.2.3 Các thông số sản phẩm phân hạch sử dụng 52 2.2.3 Phần mềm lập trình MATLAB 54 CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………… 55 3.1 Kết 55 3.1.1 Phân bố cơng suất tâm lị phản ứng 55 3.1.2 Biến thiên số hạt nhân theo thời gian bó nhiên liệu số 62 .57 3.1.3 Biến thiên số hạt nhân theo thông lượng bó nhiên liệu số 62 59 3.1.4 Biến thiên độ cháy theo thời gian chiếu xạ thơng lượng notron bó nhiên liệu số 62 61 3.1.5 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi tương 134 đối…………………….62 3.1.6 Cs 137 Tỷ số đồng vị Cs ……………………………………….64 3.1.7 Độ cháy bó nhiên liệu số 62………………………………… 65 3.2 Thảo luận 70 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU KHẢO……………………………………………… 72 ĐINH VĂN THÌN THAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 PHỤ LỤC…………………………………………………………………75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Giá trị giới hạn an toàn số nước sử dụng … .6 Bảng 2: Các đồng vị đặc trưng phù hợp với phương pháp khối phổ kế……17 Bảng 3: Năng lượng ngưỡng kích thích số hạt nhân ……….26 Bảng 4: Phân bố lượng theo sản phẩm phân hạch 92U 235 ….… 27 Bảng 5: Số notron trung bình sinh sau phản ứng phân hạch.… 28 Bảng 6: Một số đặc trưng notron trễ hạt nhân nặng.…29 Bảng 7: Suất lượng phân hạch sản phẩm phân hạch từ 92U 235 …… 36 Bảng 8: Các thông số liên quan đến bó nhiên liệu số 62…………………… 44 Bảng 9: Các thông số Cs 134 ………………………… …………….53 Bảng 10: Các thông số Cs 53 ĐINH VĂN THÌN 137 ……………………………………… LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Bảng 11: Các thông số Eu 154 …………………… …………… 53 Bảng 12: Phân bố công suất vị trí nhiên liệu tâm lị phản ứng………… …………………………………………………………….55 Bảng 13: Giá trị thực nghiệm nhiên liệu số 62.………………63 Bảng 14: Giá trị tính tốn tỷ số đồng vị Cs 134 /Cs 137 ……………… 64 Bảng 15: Các giá trị tính tốn độ cháy trung bình nhiên liệu Lị Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt ………………………………………… 66 Bảng 16: Các giá trị tham chiếu độ cháy trung bình nhiên liệu Lò Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt……………………………………… 68 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Dẫn nhiệt nhiên liệu hạt nhân …………….……………3 Hình 2: Đường cong sơi Ukiyama …….……………………….….…… Hình 3: Độ dẫn ……….………………….……9 ĐINH VĂN THÌN nhiệt UO2 theo nhiệt độ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 4: Sự trương nở viên nhiên liệu rão lớp vỏ ……………………10 Hình 5: Độ dẫn nhiệt qua khe theo độ cháy nhiên liệu PWR …… 10 Hình 6: Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính theo chiều cao tâm lị phản ứng …… 11 Hình 7: Tốc độ ……………………… 11 sinh nhiệt tuyến tính theo độ cháy Hình 8: Khối phổ kế UO2 tự nhiên sau chiếu xạ ………….……15 Hình 9: Khối phổ kế uranium plutonium mẫu trải qua chiếu xạ………………………………………………………………………… 16 Hình 10: Phổ plutonium sau chiếu xạ…………………….…………… 16 Hình 11: Khối phổ kế zirconium tự nhiên zirconium UO2 bị chiếu xạ có pha trộn với dung dịch zirconium tự nhiên ……………………19 Hình 12: Bắn chùm notron đồng đến bia mỏng ………………….23 Hình 13: Tiết 92U 235 diện vi mơ phân hạch notron với ……………23 Hình 14: Bắn chùm notron đồng đến bia dày ……………………24 Hình 15: Cơ chế phân hạch hạt nhân theo mẫu giọt chất lỏng ………….…26 235 Hình 16: Suất lượng sản phẩm phân hạch 92U 87 Hình 17: Quá trình phân rã beta sinh notron trễ Br ĐINH VĂN THÌN 94Pu 131 I 239 …27 ………28 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 18: Chiếm bắt notron nhóm U 235 ……………………………… Hình 19: Chiếm bắt notron nhóm U 238 ……………………………… 35 36 Hình 20: Sơ đồ biến đổi chi tiết sản phẩm phân hạch.………….… 40 Hình 21: Mặt cắt đứng lị phản ứng hạt nhân Đà Lạt.………………… 41 Hình 22: Mặt cắt ngang lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.………………… 42 Hình 23: Mặt cắt ngang vùng hoạt vành phản xạ………………… 43 Hình 24: Mặt cắt ngang bó nhiên liệu loại VVR-M2…………… 43 Hình 25: Sơ đồ khối hệ đo xạ.…………………………………… 49 Hình 26: Cấu hình detector HPGe loại mặt phẳng đồng trục ………49 Hình 27: Độ phân giải lượng.………………… …………………… 50 Hình 28: Cấu hình hệ đo thực nghiệm…………………………………… 51 Hình 29: Phân bố cơng suất tâm lị phản ứng……………………… 57 Hình 30: Biến thiên số hạt nhân U 58 ĐINH VĂN THÌN 235 theo thời gian chiếu xạ……………… LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 31: Biến thiên số hạt nhân Cs 137 theo thời gian chiếu xạ…………… 58 Hình 32: Biến thiên số hạt nhân Cs 133 Hình 33: Biến thiên số hạt nhân Cs theo thời gian chiếu xạ……………58 134 theo thời gian chiếu xạ…………….59 Hình 34: Biến thiên số hạt nhân U 235 theo thông lượng notron…………….59 Hình 35: Biến thiên số hạt nhân Cs 133 theo thơng lượng notron…………… Hình 36: Biến thiên số hạt nhân Cs 134 theo thông lượng 137 theo thông lượng 60 notron…………….60 Hình 37: Biến thiên số hạt nhân Cs notron…………….60 Hình 38: Biến thiên số hạt nhân Cs 134 /Cs 137 theo thơng lượng notron… 61 Hình 39: Độ cháy theo thời gian chiếu xạ bó nhiên liệu số 62………….61 Hình 40: Độ cháy theo thơng lượng notron nhiệt bó nhiên liệu số 62…62 Hình 41: Phổ gamma thu từ bó nhiên liệu số 62………………… … 62 Hình 42: Đường cong mơ tả phụ thuộc tốc độ đếm theo lượng 63 Hình 43: Phân bố hoạt độ Cs 134 Cs 137 dọc theo bó nhiên liệu số 62………………………………………………………………………… 65 Hình 44: Tỷ số Cs 134 Cs 137 theo vị trí dọc theo bó nhiên liệu số 62…… 65 ĐINH VĂN THÌN 99 100 101 102 103 104 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 ĐINH VĂN THÌN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 26-4-89 26-4-89 26-4-89 18-5-89 13-6-89 13-6-89 13-6-89 13-6-89 10-7-89 10-7-89 10-7-89 10-7-89 10-7-89 7-8-89 7-8-89 7-8-89 7-8-89 4-9-89 4-9-89 4-9-89 4-9-89 4-9-89 18-9-89 10-10-89 ĐINH VĂN THÌN ... KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đinh Văn Thìn XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử Hạt nhân Mã số: 60440106... nhiệt động học 1.1.2.2 Các tiêu chí an tồn nhiên liệu hạt nhân 1.2 Các phƣơng pháp xác định độ cháy 12 1.2.1 Xác định độ cháy phương pháp hóa học 13 1.2.2 Xác định độ cháy. .. Đức Hungary Hệ số độ phản ứng Hệ số độ phản ứng liên quan tới tiêu chí an tồn lị phản ứng nước nhẹ, xem xét đến hệ số nhiệt độ chất làm chậm hệ số độ phản ứng âm Các hệ số độ phản ứng phụ thuộc