Center Temperature of Fuel Pellet Internal Pressure of Fuel Rod Deformation of Fuel Pellet - Fundamental Research.. 33--D Model of In D Model of In--Pile Section Pile Section[r]
(1)Chương 4
CÁC ỨNG DỤNG CỦA
LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU
LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU
PGS TS Nguyễn Nhị Điền
Đà L t 2012
(2)CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (1): ê ứ ề á Irr.Tests for Irr.Tests for & &
Nghiên cứu vật liệu và nhiên liệu Nghiên cứu tán
xạ nơtron
Fuel&Mat. Fuel&Mat. Neutron
Neutron Scattering
Scattering NAA onlineNAA online + Phát triển kỹ
thuật phân tích + Chụp ảnh nơtron
R&D R&D onon RIs&NTD
RIs&NTD photographyphotographyNeutron
Neutron + Chụp ảnh nơtron
Sản xuất
ĐV và
Tech
Tech TrainTrain
pha tạp Silic BNCT & BNCT & rBNCT rBNCT Others Others Tech
Tech TrainTrain IT
IT fieldsfields
Nghiên cứu vềkỹ Huấn luyện và đào tạo
Nghiên cứu kỹ
(3)CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (2): được phân ra 4 nhóm:
• Các ứng dụng chiếu xạ: để phân tích kích hoạt, sản xuất đồng vị, pha tạp vật liệu bán dẫn, nghiên cứu hiệu ứng sai hỏng bền
p ạp ậ ệ , g ệ g g
vững với xạ,
• Thử vật liệu nhiên liệu cho lị cơng suất: để nghiên cứu thiết kế LPƯ nhiên liệu hạt nhân.ệ
• Sử dụng chùm nơtron ngồi lị: nghiên cứu vật liệu, phân tích gamma tức thời, chụp ảnh nơtron, chiếu xạ sinh học, nghiên cứu bản,
cơ bản,
• Phát triển nguồn nhân lực: cơng nghệ LPƯ, thí nghiệm che chắn, huấn luyện đào tạo cán vận hành, thơng tin dân chúng
Có thể hâ 3 l i ứ d hí h là
Có thể phân ra 3 loại ứng dụng là:
• Các ứng dụng lượng (cho chương trình điện hạt nhân) • Các Các ứứng dg dụụng phi ng p ăăng lg ượượng g (cho ngành kinh tế)(c o gà ế)
(4)ể
Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):
1 Thử nghiệm phát triển nhiên liệu hạt nhân (development of nuclear fuels)
+ Nghiên cứu sự biến đổi thành phần cấu trúc bên của + Nghiên cứu biến đổi thành phần cấu trúc bên viên gốm nhiên liệu (như mật độ, độ rỗng, nứt gãy, thay đổi nhiệt độ nóng chảy hệ số dẫn nhiệt, v.v…).
+ Chiếu xạ thử nghiệm để đánh giá tính tồn vẹn vỏ bọc thanh + Chiếu xạ thử nghiệm để đánh giá tính tồn vẹn vỏ bọc nhiên liệu điều kiện vận hành bình thường tai nạn sự
cố, nghiên cứu phát triển hợp kim làm vỏ bọc nhiên liệu cho phép đạt được độ cháy cao hơn
nhiên liệu cho phép đạt độ cháy cao hơn.
+ Nghiên cứu di chuyển, phát tán thành phần hoạt độ các chất phóng xạ có nhiên liệu bị hỏng bên
ài ngoài.
+ Nghiên cứu phát triển hệ nhiên liệu nhiên liệu MOX (Mixed oxide fuel development), v.v…
4 ỴCần LPƯ cơng suất lị P >10 MW để có thơng lượng nơtron
(5)ế
Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):
2 Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu (material irradiation studies)
+ Nghiên cứu hiệu ứng cứng hố, biến giịn dễ gãy, khả chịu kéo nén vật liệu phụ thuộc vào thông lượng liều chiếu chịu kéo nén vật liệu phụ thuộc vào thơng lượng liều chiếu tích phân.
+ Kiểm tra, đánh giá chất lượng ống, bình chịu áp lực lò lượng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron
lượng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron.
+ Chiếu xạ mẫu thử hợp kim để nghiên cứu chất lượng thép làm thùng LPƯ (thùng chịu áp lực) nghiên cứu q trình lão hóa, sự
hồi phục vật liệu Zr Nb hồi phục vật liệu Zr-Nb.
+ Áp dụng kỹ thuật đo tiếng ồn nơtron để theo dõi dao động, lắc, rung khối, phận chi tiết cấu thành vùng hoạt LPƯ năng l ợng
LPƯ lượng.
+ Nghiên cứu tính chất hóa học nước chất tượng ăn mòn vật liệu LPƯ lượng.
(6)ế
Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):
2 Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu (material irradiation studies)
Các lĩnh vực thiết bị thí nghiệm dùng thử
hiệ hiê liệ à hiế ật liệ h t hâ
Lĩnh vực ứng dụng Thiết bị thí nghiệm
nghiệm nhiên liệu chiếu xạ vật liệu hạt nhân:
Thử nghiệm chiếu xạ vật liệu hạt nhân &
• Đánh giá vật liệu chiếu xạ nơtron
• Thử nghiệm tính an tồn nguyên vẹn các vật liệu dùng vùng hoạt
• Đưa số liệu để phát triển loại nhiên liệu mới
ấ
Capsule để chiếu xạ:
Capsule không kèm thiết bị
đo
Capsule kèm thiết bị đo
nhân &
nhiên liệu •• Tính chHiệu ứng lão hóa nhất giải phóng khí phân hư tính chất dão cạch ủa vật liệu Capsule nhiên liCapsule dão ệu
• Tính chất nhiên liệu ởcác mức cơng suất
Thử nghiệm chiếu xạ để xác nhận tính
ủ hiê
• Tính chất nhiên liệu mức công suất
khác LPƯ
• Tính chất vỏ bọc nhiên liệu
• Thử nghiệm tính tồn vẹn nhiên liệu
• Nghiên cứu để phát triển vật liệu bên vùng hoạt
Vòng thử nghiệm
nhiên liệu (FTL - Fuel Test Loop)
của nhiên liệu
vùng hoạt
• Nghiên cứu sựăn mịn tính chất hố học nước lị
(7)Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):
3 Thử nghiệm hiệu chuẩn thiết bị đo ghi bức xạ
Các thiết bị đo ghi nơtron, gamma dùng nhà máy điện hạt nhân, LPƯNC các ứng dụng kỹ thuật, công nghệ hạt hạt nhân, LPƯNC ứng dụng kỹ thuật, công nghệ hạt nhân được phát triển, chế tạo nhất thiết phải được kiểm tra hiệu chuẩn điều kiện bức xạ thích hợp để đảm bảo khả năng làm việc xác lâu dài của chúng
đảm bảo khả năng làm việc xác, lâu dài của chúng
(8)Sử
Sử ddụụngng cáccác Capsules Capsules chichiếếuu xxạạ ttạạii lòlò HANARO HANARO
ấ
Thử vật liệu lị phản ứng cơng suất:
Vật liệu thùng áp lực lị cơng suất
Vật liệu đường ống chịu áp suất lò: Zr-2.5Nb
Các loại vật liệu kết cấu lò
Các loại vật liệu kết cấu lò
Thử nghiệm vật liệu của nhiên liệu:
Nhiên liệệu lị PWR cải tiến
Chu trình nhiên liệu DUPIC (Direct Use of Pressurized Water
Reactor Spent Fuel in CANDU - Sử dụng trực tiếp nhiên liệu
đã cháy lò PWR cho lò CANDU- CANada Deuterium Uranium)
Hợp kim U Zr
Hợp kim U-Zr
Nghiên cứu cơ bản:
Chất bán dẫn, vậật liệệu nano
vật liệu từ tính
Các loại hợp kim Zr-1Nb-1Sn-X,
Zircaloy-4
SPND (self-power neutron detector –
SPND (self-power neutron detector –
(9)Các
Các Capsules Capsules ddụụngng ccụụ đểđể ththửử VVậậtt liliệệuu Design Characteristics
- Total Length : 6m ( 60mm D x 870mm H)
Charpy R-CT
Tube 경 인장 - Available Space(Max.): 40mm D × 600mm L
- Stages Independent Temp Control - Max Temp Control : Up to 500Ԩ
- He Atmosphere : atm3×10-3 torr (He) Tube 경도/인장
- Instrumentation : 14 T/Cs, micro-heaters, 5 F/Ms
- Available Test : Tensile, Charpy, Toughness, SP, MBE, TEM, Creep, etc , , , p,
Applications
- Material Tests
Reactor Pressure Vessel Reactor Pressure Vessel Reactor Core Materials
(10)Instrumented Capsules
Instrumented Capsules for Nuclear Fuel Testfor Nuclear Fuel Test
Design Characteristics
- Total Length : 5 m
- Diameter of Outer Tube : 56 mm - Length of Outer Tube : 730 mm - Mini-Elements Fuel Rod
- Instrumentations : T/C LVDT SPND - Instrumentations : T/C, LVDT, SPND - Irradiating Environment Control
System Using Mixed Gas (He/Ne)
Applications
- Fuel Pellet Irradiation Test Advanced PWR Fuel
Fuel Design Data Production - Fuel Design Data Production
(11)Capsules for Specific Purpose
Capsules for Specific Purpose (Creep (Creep –– ssựự dão) dão)
Design Characteristics Total Length : m
-Total Length : 6 m
- Diameter of Outer Tube : 60 mm - Length of Outer Tube : 997 mm - Test Specimen: 1, 2, 4
T t T t M 600Ԩ
- Test Temperature : Max 600Ԩ
- He Atmosphere : atm30 torr (He) - Instrumentation per specimen :
8 12 T/Cs, 14 micro-heaters, 1 4 LVDT
Applications
M t i l C B h i - Material Creep Behaviour
- Lifetime Estimation of Reactor Components
(12)Fuel Test Loop (Vịng thp ( g ử bó nhiên liệệu)) Các ứng dụng
Các ứng dụng
Chiếu xạ để kiểm tra tính tồn vẹn của bó nhiên liệệu
Kiểm tra chất lượng nhiên liệu
Kiểm tra việc ăn mòn di chuyển hoạt
ấ
chất nước lị
Kiểm tra tính khơng bị phân hạch của vật liệu làm ống chịu áp lực
làm ống chịu áp lực
(13)Fuel Test Loop (Vịng thử bó nhiên liệu)
+ Nghiên cứu sự
Thiết bị thử nhiên liệu (Fuel test loop) lò HANARO:
- Thông nơtron: 2x1014 n/cm²·sec
+ Nghiên cứu sự
biến đổi thành phần cấu trúc bên của
- Thông nơtron: 1.2x10 n/cm ·sec - Áp suất: 17.5 MPa; Nhiệt độ: 350oC
bên viên gốm nhiên liệu
+ Thử nghiệm để
+ Thử nghiệm để đánh giá tính tồn vẹn vỏ bọc nhiên liệu trong nhiên liệu
điều kiện vận
(14)33 D Model of InD Model of In Pile SectionPile Section
Outer Pressure Vessel
Inner Pressure Vessel Flow Divider
Insulation Gas Gap Test Fuel Test Fuel
Test Fuel Carrier Leg D d Fl P th
Upward Flow Path
IPS Head
14
Cross Section of IPS
Downward Flow Path
(15)33 D View of the OutD View of the Out Pile SystemPile System
► Design Pressure : 17.5 MPag
► Design Temperature : 350Ԩ
(16)Fuel Test Loop (Vòng thử bó nhiên liệu)
Oxide layer Hydride
Brittle fracture
D il f Ductile fracture
(17)Các ứng dụng phi năng lượng (phục vụ ngành KT-XH):
KT XH):
1 Sản xuất chất phóng xạ (radioisotope production)
2 Hiệ ứ h ể hó (t t ti ff t ili
2 Hiệu ứng chuyển hóa (transmutation effects, silicon
doping)
3 Phân tích kích hoạt nơtron (neutron activation analysis)
4 Chụp ảnh neutron (neutron radiography)
5 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu (material structure study)
6 Phân tích kích hoạt gamma tức thời (PGNAA)
6 Phân tích kích hoạt gamma tức thời (PGNAA)
7 Chữa bệnh bằng phương pháp bắt neutron (neutron
capture therapy)
8. Địa thời học (geochronology)
9 Tạo nguồn positron (neutron source)
10 Các ứng dụng khác
(18)1 SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
Hai loại thiết bị được dùng để sản xuất ĐVPX: Hai loại thiết bị được dùng để sản xuất ĐVPX:
1 Lò phản ứng: 1 Lò phản ứng:
LPƯ đóng vai trị chủ đạo việc điều chế một số ĐVPX LPƯ đóng vai trị chủ đạo việc điều chế một số ĐVPX quan trọng không thể thiếu được cho các ứng dụng trong quan trọng không thể thiếu được cho các ứng dụng trong quan trọng không thể thiếu được cho ứng dụng quan trọng không thể thiếu được cho ứng dụng y tế, công
y tế, công nông nghinông nghiệệp nhp nhưư Tc Tc 99m, Mo99m, Mo 99, I99, I 131, Ir131, Ir 192, 192, Co
Co 60, v.v 60, v.v
Đặ biệt ới hát t iể h á h há điề t ị Đặ biệt ới hát t iể h á h há điề t ị Đặc biệt với sự phát triển mạnh phương pháp điều trị Đặc biệt với sự phát triển mạnh phương pháp điều trị
bệnh dùng đồng vị phát bêta, bằng xạ trị (dùng bệnh dùng đồng vị phát bêta, bằng xạ trị (dùng nguồn phóng xạ kín) xạ trị nội (dùng nguồn phóng xạ
nguồn phóng xạ kín) xạ trị nội (dùng nguồn phóng xạ
hở) hở) hở). hở).
22 Máy gia t Máy gia tốốc:c:
Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất chất ĐVPX Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất chất ĐVPX Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất chất ĐVPX Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất chất ĐVPX sống ngắn không thể sản xuất được LPƯ.
(19)1 SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
Các ĐVPX sản xuất từ LPƯ được dùng y tế, công Các ĐVPX sản xuất từ LPƯ được dùng y tế, công nghiệp đào tạo với mục đích sau:
nghiệp đào tạo với mục đích sau:
+ Trong y tế: dùng để chụp hình gamma cơ quan nội tạng + Trong y tế: dùng để chụp hình gamma cơ quan nội tạng + Trong y tế: dùng để chụp hình gamma quan nội tạng + Trong y tế: dùng để chụp hình gamma quan nội tạng con người phục vụ cơng việc tầm sốt, chẩn đốn điều trị
con người phục vụ cơng việc tầm sốt, chẩn đoán điều trị
bệnh, đặc biệt bệnh ung thư; định lượng nồng
bệnh, đặc biệt bệnh ung thư; định lượng nồng độđộ m mộột st sốố
hóc mơn kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ
hóc mơn kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ
hóc mơn kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ
hóc mơn kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ
(RIA); điều chế dược chất phóng xạ, gắn kháng thể đơn (RIA); điều chế dược chất phóng xạ, gắn kháng thể đơn dịng với ĐVPX; điều trị bệnh tia phóng xạ với
dòng với ĐVPX; điều trị bệnh tia phóng xạ với nguồn kín (Radiotherapy).
nguồn kín (Radiotherapy). nguồn kín (Radiotherapy). nguồn kín (Radiotherapy).
+ Trong cơng nghiệp: dùng nguồn kín để chụp ảnh gamma + Trong cơng nghiệp: dùng nguồn kín để chụp ảnh gamma cho phép xác định thông số về độ dày, độ ẩm, phát cho phép xác định thông số về độ dày, độ ẩm, phát khuyết tật hư hỏng rò rỉ ăn mòn chiếu xạ và xử lý bức khuyết tật hư hỏng rò rỉ ăn mòn chiếu xạ và xử lý bức khuyết tật, hư hỏng, rò rỉ, ăn mòn, chiếu xạ xử lý khuyết tật, hư hỏng, rò rỉ, ăn mòn, chiếu xạ xử lý xạ, khử trùng, v.v Sử dụng đồng vị phóng xạ đánh dấu xạ, khử trùng, v.v Sử dụng đồng vị phóng xạ đánh dấu trong việc thăm dị khai thác dầu khí, nước ngầm, đánh giá trong việc thăm dị khai thác dầu khí, nước ngầm, đánh giá hiệu quả hoạt động hệ thống, chu trình phức tạp
hiệu quả hoạt động hệ thống, chu trình phức tạp
19
hiệu hoạt động hệ thống, chu trình phức tạp hiệu hoạt động hệ thống, chu trình phức tạp trong nhà máy hoá chất xi măng.
(20)1 SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
Cá l i đồ ị hó hí h đ ử d
Lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Những đồng vị
Ch hì h bằ Tc-99m, Tl-201, I-123, Xe-133,
In-Các loại đồng vị phóng xạ được sử dụng.
Chụp hình ảnh nhờ kỹ
thuật hạt nhân
Chụp hình ảnh gamma , , , , 111, Lu-177
PET F-18, C-11, N-13, O-15
Đo nồng độ xương I-124, Gd-153, Am-241
ễ
Y học
Xét nghiệm miễn dịch
học PX (RIA) I-125, Co-57, H-3, Fe-59
Dược chất phóng xạ I-131, Re-186, P-32, Lu-177,
Sm-153, Re-188, Y-90
Điều trị bệnh phóng xạ với nguồn kín
Chiếu xạ từ thể
(Teletherapy) Co-60, Cs-137 Chiếu xạ bên thể
(Brachytherapy) Ir-192, Cs-137, I-125 (Radiotherapy) Chiếu xạ máu để dùng cho
việc truyền máu Co-60, Cs-137
Nghiên
cứu Nghiên cứu Y-Sinh P-32,33, I-125, H-3, Co-57,
cứu KH
Nghiên cứu Y-Sinh