Khóa luận tốt nghiệp K37

Màn hình giám sát nằm ở trung tâm biểu diễn vị trí thanh điều khiển và sự thay đổi của các thông số và cung cấp thông tin về thanh điều khiển được lựa chọn, nhận biết vị trí các thanh [r]

(1)

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, xin cảm ơn gia đình tạo điều kiện tốt cho học tập hoàn thành chương trình đại học Đại học Đà Lạt Con cảm ơn cha, mẹ động viên dìu dắt suốt thời gian qua giúp thấu hiểu tầm quan trọng kiến thức sống người

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS Mai Xuân Trung GVPTN Lê Viết Huy – Khoa Kỹ thuật hạt nhân – Trường Đại học Đà Lạt tận tình hướng dẫn, hỗ trợ kiến thức giúp em hồn thiện khóa luận

Em xin cảm ơn khoa Kỹ thuật hạt nhân giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em q trình làm khóa luận Xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Kỹ thuật hạt nhân, trường Đại học Đà Lạt truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em năm tháng học tập, nghiên cứu trường tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành khóa luận Tôi xin cảm ơn bạn sinh viên lớp HNK37 học tập, hỗ trợ suốt trình học tập trình làm khóa luận

Với vốn kiến thức cịn hạn hẹp thời gian thực khóa luận hạn chế nên sai sót điều khơng thể tránh khỏi, em mong nhận đóng góp, ý kiến phê bình quý thầy cô khoa Kỹ thuật hạt nhân Đó hành trang q giá giúp em hồn thiện kiến thức sau

Trân trọng cảm ơn! Sinh viên thực đề tài

(2)

ii

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc

-o0o -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: Nguyễn Hồng Kông Hậu Mã số sinh viên: 1310534

Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn TS Mai Xuân Trung GVPTN Lê Viết Huy Các số liệu thực nghiệm khóa luận thực Khoa Kỹ thuật hạt nhân (A11), Trường Đại học Đà Lạt Các kết công bố khố luận hồn tồn trung thực, khơng chép từ đề tài, khoá luận hay luận văn khác nhờ người khác làm thay

Đà lạt, ngày 12, tháng 12, năm 2017 Người cam đoan

(3)

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LÒ PHẢN ỨNG OPR 1000 3

1.1 Vòng sơ cấp

1.1.1. Lõi lò phản ứng OPR 1000 3

1.1.2. Thùng lị 6

1.1.3. Bình sinh (SG) 6

1.1.4. Bình điều áp 6

1.1.5. Hệ thống làm mát lõi LPU 7

1.2 Vòng thứ cấp

1.2.1. Hệ thống 7

1.2.2. Turbine 7

1.2.3. Phát điện 7

CHƯƠNG HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR1000 8

2.1 Chạy chương trình

2.2 Thốt chương trình 10

2.3 Vận hành điều khiển 10

2.3.1. Vị trí điều khiển 11

2.3.1.1 Nhận biết điều khiển chọn 11

2.3.1.2 Nhận biết vị trí điều khiển lựa chọn 11

2.3.2. Cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển 12

2.3.3. PS group Select 13

2.3.4. Công tắc chọn chế độ hoạt động 13

2.3.4.1 Chế độ tiêu chuẩn (Standby) 14

2.3.4.2 Chế độ điều khiển riêng lẻ (Manual individual) 14

(4)

iv

2.3.4.4 Chế độ điều khiển theo thứ tự (Manual sequential) 14

2.3.4.5 Chế độ tự động (Auto sequential) 15

2.3.4.6 Chế độ Motion Inhibit 15

2.3.5. Công tắc lựa chọn điều khiển 15

2.3.6. Nút đẩy lên đưa điều khiển vào 15

2.4 Thể biểu đồ thời gian thực 16

2.5 Cảnh báo công suất cao 16

2.5.1. Cảnh báo 17

2.5.2. Thao tác bỏ qua 17

2.6 Nhận biết thông số như: Công suất Boron 17

2.6.1. Thể tổng nồng độ Boron 17

2.6.2. Thể thông tin tổng lượng Boron thêm vào rút 18

2.7 Thiết lập chương trình vận hành hệ mô phỏng 18

2.7.1. Lựa chọn mục kiểm tra thông số vật lý mức công suất thấp 19

2.7.2. Lựa chọn đồ thị xu hướng tham số LPU cách thiết lập thang đo 19 2.7.3. Thiết lập menu ETC 20

2.7.3.1 Số đếm neutron 20

2.7.3.2 Thiết lập chế độ Administrator 20

2.7.4. Thiết lập vị trí điều khiển thiết lập đầu 21

2.7.5. Thiết lập pha loãng thêm Boron 22

2.7.5.1 Thực thêm Boron 22

2.7.5.2 Thực pha loãng Boron 23

2.7.5.3 Ngừng việc thêm pha loãng Boron 23

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ PHẢN ỨNG 24

3.1 Sự bảo tồn neutron lị phản ứng 24

3.1.1. Quá trình sinh neutron 24

3.1.1.1 Quá trình sinh neutron tức thời 26

3.1.1.2 Quá trình sinh neutron trễ 27

3.1.1.3 Các nhóm neutron trễ 29

3.1.1.4 Phổ neutron trễ 29

3.1.1.5 Neutron xuất tương tác va chạm vào thể tích xét 30

3.1.2. Quá trình mát neutron 31

3.1.2.1 Neutron mát qua trình hấp thụ 31

3.1.2.2 Neutron mát rò rỉ 31

3.1.2.3 Sự thay đổi mật độ neutron 32

(5)

v

3.2 Sự bảo toàn hạt nhân mẹ trình sinh neutron trễ 34

3.2.1. Sự sinh hạt nhân mẹ 34

3.2.2. Sự mát hạt nhân mẹ 34

3.3 Kết quả 35

3.4 Điều kiện biên 36

3.4.1. Điều kiện đầu 36

3.4.2. Điều kiện mặt tiếp xúc 36

3.4.3. Điều kiện mặt (mặt tự do) 37

3.5 Trạng thái dừng tới hạn 38

3.6 Lý thuyết nhóm 42

3.7 Động học lị phản ứng: 47

3.7.1. Cơng thức chung ứng dụng phương trình động học điểm 47

3.7.1.1 Phân tích số hạng thơng lượng neutron 48

3.7.1.2 Ứng dụng phương trình động học điểm 50

3.7.2. Một nhóm xấp xỉ neutron trễ 55

3.7.3. Sự xấp xỉ với tốc độ hệ neutron trễ không đổi 59

3.7.5. Bước tăng tức thời 62

CHƯƠNG THỰC NGHIỆM CHUẨN HÓA NHÓM THANH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH TRÊN HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR 1000 66

4.1 Thí nghiệm chuẩn hóa nhóm điều khiển R1, R2, R3, R4, R5 phương pháp thả rơi thanh 66

4.1.1. Nhóm R1 66

4.1.1.1 Chuẩn hóa nhóm R1 ví trí 8cm 66

4.1.1.2 Chuẩn hóa nhóm R1 ví trí 50 cm 67

4.1.2. Nhóm R2 71

4.1.3. Nhóm R3 76

(6)

vi

4.1.4. Nhóm R4 81

4.1.5. Nhóm R5 86

4.2 Thực nghiệm xác định trạng thái lị phản ứng rút nhóm R1, R2, R3, R4, R5 trạng thái tới hạn có nồng độ Boron 1074ppm 91

4.2.1. Rút nhóm R1 91

4.2.2. Rút nhóm R2 92

4.2.3. Rút nhóm R3 93

4.2.4. Rút nhóm R4 95

4.2.5. Rút nhóm R5 96

CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ 98

5.1 Tổng quan tình hình, mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu 98

5.2 Đánh giá kết nghiên cứu khóa luận 98

5.2.1. Khảo sát độ mạnh yếu nhóm 98

5.2.2. So sánh với phương pháp rút nhóm điều khiển 99

KẾT LUẬN 100

(7)

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mơ hình nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000 3

Hình 1.2 Lõi lị OPR 1000 3

Hình 1.3 Nhóm SA có màu vàng 4

Hình 1.4 Nhóm SB có màu vàng 4

Hình 1.5 Nhóm R1 có màu vàng 4

Hình 1.10 Mơ hình thùng LPU, bó LPU, bình sinh hơi, bình điều áp 6

Hình 2.1 Biểu tượng chương trình chương trình mơ CoSi OPR 1000 8

Hình 2.2 Giao diện hình hiển thị phân bố nhóm thanh, hiển thị 2D, 3D, thanh số tức thời 9

Hình 2.3 Giao diện hiển thị chức điều khiển 9

Hình 2.4 Giao diện dùng thay đổi tham số LPU 9

Hình 2.5 Nút chương trình 10

Hình 2.6 Màn hình điều khiển nhóm Nhóm điều khiển lựa chọn có màu cam 10

Hình 2.7 Nhận biết điều khiển chọn theo mặt cắt ngang LPU 11

Hình 2.8 Vị trí nhóm điều khiển chọn 11

Hình 2.9 Độ sâu nhóm điều khiển lõi LPU 12

Hình 2.10 Cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển 12

Hình 2.11 Cơng tắc chọn chế độ PS group Select 13

Hình 2.12 Cơng tắc chọn chế độ hoạt động 14

Hình 2.13 Khi hoạt động chế độ Standby 14

Hình 2.14 Công tắc lựa chọn điều khiển 15

Hình 2.15 Nút rút đưa điều khiển vào lõi LPU 16

Hình 2.16 Biểu đồ thời gian thực 16

Hình 2.17 Cảnh bảo công suất vượt mức công suất thiết lập 17

Hình 2.18 Sự thay đổi thông số công suất, nhiệt độ, nồng độ Boron 17

Hình 2.19 Nồng độ Boron nồng độ Boron thêm vào giảm bớt 18

Hình 2.20 Thể tổng lượng Boron thêm vào rút 18

Hình 2.21 Màn hình thực điều chỉnh thơng số vật lý lõi LPU 18

Hình 2.22 Các mục kiểm tra thông số vật lý mức cơng suất thấp 19

Hình 2.23 Thiết lập đồ thị thang đo 19

(8)

viii

Hình 2.25 Chọn cơng cụ đếm neutron 20

Hình 2.26 Hộp thoại cơng cụ đếm neutron 20

Hình 2.27 Thiết lập chế độ người quản trị 20

Hình 2.28 Thiết lập trạng thái tới hạn 20

Hình 2.29 Màn hình thể thơng số sau hệ thống thiết lập trạng thái tới hạn 21

Hình 2.30 Thiết lập vị trí mong muốn 21

Hình 2.31 Kết trước sau thiết lập 22

Hình 2.32 Thiết lập thơng số để thêm Boron 22

Hình 2.33 Thiết lập thông số để thêm Boron 23

Hình 2.34 Nồng độ Boron đạt giá trị cần thiết lặp 1074ppm 23

Hình 3.1 Sự phụ thuộc 𝜈 vào lượng 25

Hình 3.2 Quá trình phát neutron tức thời 26

Hình 3.3 Phổ neutron tức thời U235 27

Hình 3.4 Cơ chế phát neutron trễ sản phẩm phân hạch 27

Hình 3.5 Phổ neutron trễ cho nhóm 30

Hình 3.6 Sơ đồ minh họa dịch chuyển neutron khỏi thể tích xét 31

Hình 3.7 Thơng lượng liên tục mặt tiếp xúc 36

Hình 3.8 Điều kiện biên mặt ngồi 37

Hình 3.9 Chu kỳ sống neutron lị phản ứng nhiệt 42

Hình 3.10 Mơ hình lị trần hình trụ hữu hạn 45

Hình 3.11 Nghiệm phương trình nghịch đảo 52

Hình 3.12 Sự phân tán bước nhảy 58

Hình 3.13 Lối LPU giảm tức bước nhảy nhanh sau giảm dần phân rã tiền tố neutron trễ 63

Hình 3.14 Độ phản ứng tương đương cho chiều dài đơn vị (đường cong vi phân) 64

Hình 3.15 Sự biến thiên độ phản ứng lượng mà điều khiển kéo khỏi (đường cong tích phân) 65

Hình 4.1 Đồ thị biễn diễn trình thay đổi độ phản ứng nhóm R1 rút ở vị trí 8cm 66

Hình 4.3 Đồ thị biễn diễn q trình thay đổi độ phản ứng nhóm R1 rút ở vị trí 98cm 68

(9)

ix

Hình 4.6 Đồ thị biễn diễn q trình thay đổi độ phản ứng nhóm R2 rút

ở vị trí 8cm 71

Hình 4.8 Đồ thị biễn diễn trình thay đổi độ phản ứng nhóm R2 rút

(10)

x

Hình 4.26 Đồ thị phổ tích phân vi phân thay đổi độ phản ứng tiến hành rút nhóm

thanh R1 91

thanh R2 92

thanh R3 94

thanh R4 95

(11)

xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Số neutron trung bình sinh phân hạch (Keepin 1965) 25

Bảng 3.2 Suất phát neutron trung bình phản ứng phân hạch sử dụng neutron nhiệt (Blachot 1990) 28

Bảng 3.3 Thông số cho nhóm neutron trễ (IAEA 2014) 29

Bảng 4.1 Sự thay đổi độ phản ứng trình rút nhóm R1 92

Bảng 4.2 Sự thay đổi độ phản ứng trình rút nhóm R2 93

Bảng 4.3 Sự thay đổi độ phản ứng q trình rút nhóm R3 94

Bảng 5.1 Thống kê độ phản ứng nhóm thu dùng phương pháp thả rơi điều khiển 98

(12)

xii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ

viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

BEP Boron End Point Điểm Boron tới hạn

Boration Bơm axit boric

CBC Critical Boron Concentration Hàm lượng boron trạng thái tới hạn CEA Control Element Assembly Bó điều khiển

Counts/sec Số đếm giây

CVCS Chemical and Volume Control System

Hệ thống điều khiển nồng độ boron thể tích

Dilution Pha loãng

ITC Isothermal Temperature

Coefficient Hệ số nhiệt độ đẳng nhiệt KHNP Korea Hydro & Nuclear

Power Co., Ltd

Công ty TNHH thủy điện điện hạt nhân Hàn Quốc

KEPCO Korea Electric Power

Corporation Tập đoàn điện lực Hàn Quốc LPPT Low Power Physics Test Kiểm tra trạng thái vật lý cơng suất thấp

MG Manual Group Nhóm điều khiển tay

MI Manual Individual Điều khiển nhiên liệu tay riêng lẻ

MTC Moderator Temperature

Coefficient Hệ số nhiệt độ chất làm chậm NSSS Nuclear Steam Supply

System Hệ thống cấp hạt nhân

PZR Pressurizer Bộ điều áp

RCP Reactor Coolant Pump Bơm làm mát lò phản ứng

Reactivity Độ phản ứng

RodSpeed Tốc độ điều khiển

LPU Lò phản ứng

(13)

1

MỞ ĐẦU

Đối với xã hội phát triển, Năng lượng hạt nhân ngày sử dụng rộng rãi khắp giới, khơng ngành cơng nghiệp lượng mà cịn ứng dụng hầu hết lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, sinh học, y học … Công nghiệp hạt nhân cải thiện mức sống chất lượng giáo dục cho Việt Nam ngày phát triển hơn, điều đặc biệt quan trọng với nước phát triển Việt Nam Có thể nói nguồn lượng hạt nhân đóng vai trị vơ quan trọng với quốc gia lượng thách thức lớn quốc gia Như nhà khoa học nhấn mạnh, nhiệm vụ người vừa phải cung cấp điện cho 1,6 tỷ người trái đất chưa dùng điện, vừa phải từ bỏ sử dụng nguồn lượng làm trái đất nóng lên, lượng hạt nhân đóng góp vơ to lớn vào nguồn dự trữ lượng tương lai Vì Điện hạt nhân năm gần quan tâm nguồn lượng ổn định, kinh tế, gần vô tận chống biến đổi khí hậu

Việt Nam muốn xây dựng, vận hành, khai thác sử dụng nhà máy điện hạt nhân cần phải trải qua nhiều giai đoạn vấn đề đào tạo nguồn nhân lực vấn đề quan trọng trọng Đào tạo nguồn nhân lực phải hiểu rõ công nghệ, hệ thống trang thiết bị, nắm rõ q trình vật lí xảy lị hạt nhân Họ phải đội ngũ có đủ lực đánh giá an toàn cho nhà máy điện hạt nhân, dự báo, hạn chế phòng chống giảm thiểu cố xảy Trường Đại học Đà Lạt với chương trình đào tạo ngang tầm chương trình tiên tiến nước ngồi với mục tiêu đào tạo nguồn nhân lực có đủ kiến thức chuyên môn cao để đáp ứng nhu cầu ngành điện hạt nhân nước nhà Trong khuôn khổ hợp tác Hiệp hội Hạt nhân Hàn Quốc (KNA - Korea Nuclear Association) với Việt Nam, ngày 26/11/2014, trường Đại học Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng tiến hành tiếp nhận thức Hệ thiết bị mô lõi LPU OPR1000 (CoSi OPR1000) hệ thứ Hiệp hội kỹ thuật hạt nhân Hàn Quốc (KNA), tập đoàn Thủy điện, Điện hạt nhân Hàn Quốc (CRI-KHNP) Đại học Hangyang trao tặng với đồng ý Chính phủ Việt Nam Hàn Quốc, hệ thiết bị mô lõi LPU OPR1000 có Việt Nam

(14)

2

nghệ hạt nhân vào phát triển đất nước, huấn luyện đào tạo cán để phục vụ nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực, giảm thiểu tai nạn, dự đoán cố, đưa khuyến cáo an toàn cho nhân viên vận hành Vì hệ mơ tài trợ, nên bước đầu chưa khai thác, triển khai nhiều hệ thách thức lớn ngành điện hạt nhân nước nhà

Để góp phần hỗ trợ cho sinh viên thực tập, có thêm thơng tin kiến thức hệ thiết bị CoSi OPR1000, Khoa Kĩ thuật hạt nhân Trường ĐH Đà Lạt với đội ngũ giảng viên với chuyên môn cao, nhiều kinh nghiệm tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi nghiên cứu khố luận tốt Trong nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp, tơi thực chuẩn hóa nhóm điều khiển phương pháp thả rơi điều khiển LPU OPR1000 hệ thiết bị mô CoSi OPR1000

Sử dụng phương trình động học lị phản ứng khảo sát nhóm neutron trễ từ số liệu cung cấp kết khảo sát hệ CoSi OPR1000 qua chuẩn hóa nhóm điều khiển lò phản ứng so sánh thay đổi thông lượng neutron trễ trạng thái LPU Khóa luận đánh giá vai trị to lớn tiền tố neutron trễ lò phản ứng

Khố luận đóng góp thêm tài liệu tham khảo hữu ích LPU OPR1000, hệ thiết bị CoSi OPR1000, quy luật thông lượng neutron trễ theo thời gian LPU trạng thái tới hạn

Sau tìm hiểu khố luận tơi tích luỹ vốn kiên thức LPU OPR1000, Khoá luận tài liệu quý giá phục vụ cho trình tác nghiệp sau tơi trường

Ngồi phần mở đầu phần kết luận, khóa luận trình bày chương sau:

❖ Chương 1: Trình bày cấu, chức năng, nguyên lý lò phản ứng OPR 1000;

❖ Chương 2: Trình bày hệ thiết bị mô CoSi OPR 100;

❖ Chương 3: Trình bày sở lý thuyết lị phản ứng;

(15)

3

CHƯƠNG 1

CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LÒ

PHẢN ỨNG OPR 1000

LPU hạt nhân OPR1000 LPU Hàn Quốc chế tạo, phát triển KHNP KEPCO LPU OPR1000 lò nước áp lực, làm mát nước nhẹ, có cơng suất 1000MW Lị OPR1000 thiết kế dựa ý tưởng thiết kế Combustion Engineering, Westinghouse (Mỹ), thông qua thỏa thuận chuyển giao cơng nghệ với phủ Hàn Quốc Nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000 bố trí, xếp Hình (1.1)

Hình 1.1 Mơ hình nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000 1.1.Vòng sơ cấp

1.1.1. Lõi lò phản ứng OPR 1000

Lõi LPU gồm có 177 bó nhiên liệu, có 28 an tồn chia làm nhóm SA SB, có 45 điều khiển chia thành nhóm nhanh R1, R2, R3, R4 R5 Cách bố trí nhóm sau:

Hình 1.2 Lõi lị OPR 1000

Khu vực turbine Tòa nhà lò

Khu vực chứa nhiên liệu sử

(16)

4

Nhóm SA nhóm an tồn có 12 thanh, gồm số 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 18, 19, 20, 21 Bắt đầu từ số 6, bố trí thành hai vịng theo chiều kim đồng hồ; vịng có số 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 vịng ngồi có số 18, 19, 20, 21

Nhóm SB nhóm an tồn có 16 thanh, gồm số 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 Bắt đầu từ số 22, bố trí thành hai vịng theo chiều kim đồng hồ; vịng có số 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 vịng ngồi có số 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 Nhóm đánh giá mạnh tất nhóm

Hình 1.3 Nhóm SA có màu vàng Hình 1.4 Nhóm SB có màu vàng

Nhóm R1 nhóm điều khiển có 12 thanh, gồm số 2, 3, 4, 5, 54, 56, 57, 59, 60, 62, 63, 65 Bắt đầu từ số 2, bố trí thành hai vòng theo chiều kim đồng hồ; vòng có số 2, 3, 4, vịng ngồi có số 54, 56, 57, 59, 60, 62, 63, 65

Nhóm R2 nhóm điều khiển có thanh, gồm số 30, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53 Bất đầu từ 30, bố trí thành vịng theo chiều kim đồng hồ

(17)

5

Nhóm R3 nhóm điều khiển có gồm số 42, 43, 44, 45, 55, 58, 61, 64 Bắt đầu từ số 42, bố trí thành hai vịng theo chiều kim đồng hồ; vịng có số 42,43,44, 45 vịng ngồi có số 55, 58, 61, 64

Nhóm R4 nhóm điều khiển có thanh, gồm số 1, 31, 32, 33, 46 Bắt đầu từ số , bố trí thành hai vịng theo chiều kim đồng hồ; vòng đặc biệt có số nằm trục đối xứng vịng vịng ngồi có số 31, 32, 33, 46

Hình 1.7 Nhóm R3 có màu vàng Hình 1.8 Nhóm R4 có màu vàng

Nhóm R5 nhóm điều khiển có thanh, gồm số 14, 15, 16, 17 Nhóm đặc biệt có vòng số 15 theo chiều kim đồng hồ Nhóm đánh giá yếu nhóm điều khiển

Hình 1.9 Nhóm R5 có màu vàng

(18)

6

1.1.2. Thùng lò

Thùng lò chế tạo từ vòng đai lớn rèn từ hợp kim chịu áp lực, chứa nước làm mát lò phản ứng hạt nhân, lõi lò phản ứng hạt nhân hệ thống điều khiển phản ứng phân hạch

1.1.3. Bình sinh (SG)

SG nhà máy điện hạt nhân trao đổi nhiệt dùng để chuyển đổi nước dạng lỏng sang dạng từ nhiệt sinh lõi lị phản ứng Mỗi SG gồm có nhiều bó dạng ống hình chữ U, dịng cung cấp nước, hệ thống chuyển sang turbine, máy tách ẩm máy sấy công suất cao

SG sử dụng LPU nước áp lực vòng sơ cấp vòng thứ cấp Nước vòng sơ cấp không sôi áp suất cao, áp suất vòng thứ cấp thấp vòng sơ cấp Nước vịng thứ cấp sơi sau trao đổi nhiệt với nước vòng sơ cấp, nước SG sau tác ẩm, nung nóng đưa qua turbine để làm quay turbine LPU OPR1000 có hai SG

1.1.4. Bình điều áp

Bình điều áp phận LPU nước áp lực LPU nước áp lực yêu cầu nước làm mát vòng sơ cấp dạng lỏng thời điểm Do vậy, nước vòng sơ cấp cần phải trì áp suất đủ cao để nước vịng sơ cấp khơng sơi LPU vận hành Hình (1.10) trình bày mơ hình thùng LPU, bó bên LPU, bình sinh hơi, bình điều áp theo thứ tự từ trái sang phải

(19)

7

1.1.5. Hệ thống làm mát lõi LPU

Hệ thống làm mát lõi LPU (Reactor Coolant System - RCS) gồm vòng trao đổi nhiệt nhằm ngăn cản giải phóng chất phóng xạ từ lõi LPU tới vịng thứ cấp ngồi khơng khí giảm nhiệt độ lõi lị để lị khơng bị nóng chảy Các phận RCS bao gồm thùng LPU, hai bình sinh hơi, bốn bơm làm mát, hệ thống bố trí đối xứng qua thùng LPU bình điều áp bố trí bên cạnh thùng lò Tất phận nằm tòa nhà lò kết nối với ống lưu dẫn

1.2.Vòng thứ cấp

1.2.1. Hệ thống

Hệ thống phân phối tới turbine qua bình ngưng thông qua bơm để quay trở lại bình sinh Hệ thống chứa van an toàn để ngăn chặn áp suất hệ thống vượt giới hạn định mức

Ngoài ra, hệ thống chứa van xả khí bốn dịng phép khả kiểm sốt thời gian làm mát cho bình sinh van cách ly đóng lại

1.2.2. Turbine

Turbine OPR1000 thiết kế theo nguyên lý nhiệt động lực học để đạt hiệu suất cao tiết kiệm bố trí đường OPR1000 có turbine áp suất cao dịng kép (double-flow high pressure turbine - DFHPTB) ba turbine áp suất thấp dòng kép (double-flow low-pressure turbines - DFLPTB) Turbine OPR1000 có tốc độ định mức 1800 rpm

Đặc biệt, thiết kế rotor nguyên khối loại bỏ ăn mòn, tạo vết nứt bề mặt tiếp xúc đĩa trục

1.2.3. Phát điện

(20)

8

CHƯƠNG 2

HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR1000

Phần mềm mô CoSi OPR 1000 bao gồm: mô-đun kiểm tra thông số LPU, mơ-đun biểu đồ theo thời gian thực, mô-đun vận hành điều khiển, mô-đun thiết lập người dùng, mơ-đun thể mơ hình 2D, 3D lõi LPU, mô-đun cảnh báo công suất cao, mô-đun thiết lập trao đổi nhóm dập lị RAST-K:

-Mơ-đun kiểm tra thơng số LPU: Kiểm tra thay đổi giá trị thông số gắn liền với LPU

-Mơ-đun biểu đồ theo thời gian thực: Cung cấp giá trị theo thời gian thực biểu đồ Công suất, ASI, T-mod, Boron, Độ phản ứng đến người dùng

-Mô-đun vận hành điều khiển: Cho phép người dùng lựa chọn nhóm điều khiển điều khiển ( đưa vào rút ra)

-Mô-đun thiết lập người dùng: Cho phép người dùng thiết lập bước kiểm tra, thiết lập biểu đồ thời gian thực, thiết lập thể mơ hình 2D 3D, điều khiển công tắc thiết lập đầu ra, thiết lập việc pha loãng thêm Boron, thiết lập tăng nhiệt độ hay làm giảm nhiệt độ hệ thống nước làm mát LPU

-Mơ-đun thể mơ hình 2D, 3D lõi LPU: cung cấp không gian ba chiều thể phân bố công suất LPU, thông lượng neutron nhanh, thông lượng neutron nhiệt, nhiệt độ chất làm chậm, nhiệt độ nhiên liệu thể mơ hình hai chiều -Mô-đun cảnh báo công suất cao: Thiết lập cảnh báo công suất vượt công suất thiết lập người dùng

-RAST-K: Thuật toán tính tốn thơng số vật lý 2.1.Chạy chương trình

Để chạy chương trình mơ CoSi OPR 1000, nhấp đúp chuột vào biểu tượng chương trình (Edu-CoSi.exe) đặt hình Hình (2.1) thể biểu tượng để khởi động chương trình CoSi

(21)

9

Hình 2.2 Giao diện hình hiển thị phân bố nhóm thanh, hiển thị 2D, 3D, số tức thời

Hình 2.3 Giao diện hiển thị chức điều khiển

(22)

10 2.2.Thốt chương trình

Nhấp chuột vào nút EXIT góc bên phải hình máy tính để khỏi chương trình Vị trí nút EXIT thể hình (2.5)

Hình 2.5 Nút chương trình 2.3.Vận hành điều khiển

Chức thực vận hành công tắc chọn điều khiển, nằm phía hình giám sát, cho phép chọn chế độ điều khiển nhóm điều khiển khác Sự hiển thị hoạt động điều khiển gồm có số nhóm điều khiển lựa chọn, cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển, cơng tắc chọn lựa PS, công tắc chọn lựa chế độ điều khiển, công tắc chọn lựa điều khiển, nút đưa nhóm điều khiển vào rút điều khiển khỏi LPU

Bảng hiển thị nhóm điều khiển lựa chọn có chức hiển thị nhóm điều khiển mà người sử dụng chọn

(23)

11

2.3.1. Vị trí điều khiển

Màn hình giám sát nằm trung tâm biểu diễn vị trí điều khiển thay đổi thông số cung cấp thông tin điều khiển lựa chọn, nhận biết vị trí điều khiển, nhận biết vị trí điều khiển lựa chọn, thể thông số công suất, nhiệt độ nước làm mát, nồng độ Boron, thể tổng lượng thêm giảm Boron LPU đến người sử dụng

2.3.1.1 Nhận biết điều khiển chọn

Để nhận biết vị trí điều khiển ta nhìn hình thể giao diện phân bố nhóm lõi LPU Nhóm điều khiển lựa chọn thể màu vàng Hình (2.7) thể nhóm điều khiển lựa chọn

Hình 2.7 Nhận biết điều khiển chọn theo mặt cắt ngang LPU 2.3.1.2 Nhận biết vị trí điều khiển lựa chọn

Sự nhận biết vị trí điều khiển lựa chọn, thể vị trí điều khiển nhóm điều khiển người sử dụng lựa chọn Khi điều khiển rút đưa vào LPU, thể thời gian thực Hình (2.8) thể vị trí nhóm chọn

(24)

12

Ngồi cịnthể vị trí nhóm điều khiển ( SA, SB, R1, R2, R3,R4, R5, P1) biểu đồ dạng số ở Hình (2.9)

Hình 2.9 Độ sâu nhóm điều khiển lõi LPU

2.3.2. Cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển

Cơng tắc chọn lựa nhóm điều khiển có chức cho phép người sử dụng có quyền chọn nhóm cho việc rút đưa vào lõi LPU từ nhóm SA, SB, R1, R2, R3, R4, R5, P1 Quá trình hoạt động biểu diễn cách nhấp chuột theo mũi tên bên phải hoạt bên trái bên Hình (2.10) thể cơng tắc để lựa chọn nhóm điều khiển

(25)

13

Chức có số từ số đến số chữ P tương ứng với nhóm sau:

- Vị trí số tương ứng với nhóm SA - Vị trí số tương ứng với nhóm SB - Vị trí số tương ứng với nhóm R1 - Vị trí số tương ứng với nhóm R2 - Vị trí số tương ứng với nhóm R3 - Vị trí số tương ứng với nhóm R4 - Vị trí số tương ứng với nhóm R5 - Vị trí số chữ P hệ thống chưa phát triển

2.3.3. PS group Select

PS chọn switch có khả để lựa chọn chức P1, P2, P3, PS người sử dụng Các hoạt động hiển thị cách nhấp chuột vào mũi tên sang bên phải bên trái Hình (2.11) thể cơng tắc chọn chế độ PS group Select

Hình 2.11 Công tắc chọn chế độ PS group Select

2.3.4. Công tắc chọn chế độ hoạt động

(26)

14

Hình 2.12 Cơng tắc chọn chế độ hoạt động 2.3.4.1 Chế độ tiêu chuẩn (Standby)

Khi chọn chế độ tiêu chuẩn, thông số giá trị để thay đổi thông số thiết lập sẵn Khi chọn chế độ Standby, đèn chế độ bật lên, thể hình (2.13)

Hình 2.13 Khi hoạt động chế độ Standby 2.3.4.2 Chế độ điều khiển riêng lẻ (Manual individual)

Khi chọn chế độ điều khiển riêng lẻ, đèn chế độ bật lên Khi chọn chế độ này, người dùng rút đưa điều khiển vào lõi LPU Nhưng chế độ khơng làm việc chúng khơng sử dụng để tính tốn vật lý lị mức công suất không

2.3.4.3 Chế độ điều khiển nhóm (Manual group)

Khi chọn chế độ điều khiển theo nhóm, đèn chế độ bật lên Khi chọn chế độ này, người dùng rút đưa nhóm điều khiển (SA, SB, R1, R2, R3, R4, R5, P1) vào lõi LPU Việc tính tốn trạng thái vật lý sử dụng chế độ

2.3.4.4 Chế độ điều khiển theo thứ tự (Manual sequential)

(27)

15

R1, R2, R3, R4, R5, P1) vào lõi LPU bao gồm việc kết hợp nhóm Việc tính tốn trạng thái vật lý sử dụng chế độ điều khiển rút để lò đạt trạng thái tới hạn ban đầu

2.3.4.5 Chế độ tự động (Auto sequential)

Khi chọn chế độ tự động, đèn chế độ bật lên Ở chế độ này, điều khiển điểu khiển với hệ thống điều khiển phần mềm, phần mềm giúp hệ thống vận hành tương tự hoạt động chế độ Manual sequential

2.3.4.6 Chế độ Motion Inhibit Chế độ cấm hoạt động

2.3.5. Công tắc lựa chọn điều khiển

Công tắc lựa chọn điều khiển sử dụng để lựa chọn chuyển đổi hoạt động mong muốn từ 73 điều khiển Quá trình hoạt động thực cách nhấp chuột theo mũi tên bên phải bên trái hình (2.14)

Hình 2.14 Cơng tắc lựa chọn điều khiển

2.3.6. Nút đẩy lên đưa điều khiển vào

(28)

16

Hình 2.15 Nút đẩy lên đưa điều khiển vào lõi LPU 2.4.Thể biểu đồ thời gian thực

Màn hình biểu đồ thời gian thực hiển thị trình tăng giảm biến số (công suất, ASI, nhiệt độ nước làm mát, Boron, độ phản ứng), có khả hiển thị phân bố công suất theo trục LPU Các giá trị khác bị thay đổi người vận hành cách (đưa điều khiển vào rút điều khiển ra, thêm Boron vào pha loãng…) hiển thị biểu đồ hình (2.16)

Hình 2.16 Biểu đồ thời gian thực 2.5.Cảnh báo công suất cao

(29)

17

2.5.1. Cảnh báo

Cảnh báo xuất 10 giây từ kênh A tới kênh D, sau phút kênh D cảnh báo Nếu cảnh báo xảy kênh A, hình cảnh báo xuất hình giám sát nằm phía bên phải đèn Permissive có màu xanh Khi cơng suất vượt q mức thiết lập, cảnh báo xuất hình (2.17)

Hình 2.17 Cảnh bảo cơng suất vượt q mức công suất thiết lập

2.5.2. Thao tác bỏ qua

Nhấp chuột vào dấu mũi tên phía bên phải để thực thao tác bỏ qua kênh

2.6.Nhận biết thông số như: Công suất Boron

Sự thay đổi số cung cấp thông tin công suất, nhiệt độ, boron đến người sử dụng

Hình 2.18 Sự thay đổi thơng số công suất, nhiệt độ, nồng độ Boron

2.6.1. Thể tổng nồng độ Boron

(30)

18

Hình 2.19 Nồng độ Boron nồng độ Boron thêm vào giảm bớt

2.6.2. Thể thông tin tổng lượng Boron thêm vào rút

Thể lượng tổng lượng Boron (hoặc nước) thêm vào nhấp chuột vào BORATION lượng Boron giảm xuống nhấp chuột vào DILUTION

Hình 2.20 Thể tổng lượng Boron thêm vào rút 2.7.Thiết lập chương trình vận hành hệ mơ

Bảng điều khiển hình giám sát nằm góc bên phải có chức lựa chọn kiểm tra đặc trưng mức công suất không, lựa chọn đồ thị theo thông số LPU thiết lập thang đo, thiết lập vị trí điều khiển, thiết lập đầu ra, việc thêm pha loãng Boron

(31)

19

- Test Step cho phép người vận hành khảo sát trạng thái hoạt động lò phản ứng Approach to Critical; POAH; BEP; ITC; DCRM - Trend Graph cho phép hiển thị biểu đồ thời gian thực, người điều khiển

có thể chọn thiết lập cho loại biểu đồ

- 2D Analysis cho phép người điều khiển quan sát lõi lò chế độ 2D - 3D Analysis cho phép người điều khiển quan sát trạng thái hoạt động

vùng hoạt chế độ 3D

2.7.1. Lựa chọn mục kiểm tra thông số vật lý mức công suất thấp

Lựa chọn năm mục phần TEST STEP để kiểm tra thông số vật lý mức công suất thấp (LPPT), thiết lập ban đầu cần thiết cho LPPT

Hình 2.22 Các mục kiểm tra thông số vật lý mức công suất thấp

2.7.2. Lựa chọn đồ thị xu hướng tham số LPU cách thiết lập thang đo

Chức phần để hiển thị đồ thị thời gian thực Thiết lập thang đo chọn đồ thị xu hướng sử dụng để thiết lập hiển thị đồ thị biến số (công suất, ASI, nhiệt độ, Boron, độ phản ứng) thiết lập thang đo cho đồ thị Hình (2.23) thể bảng thiết lập đồ thị đồ thị thời gian thực thiết lập thang đo cho đồ thị

(32)

20

Thiết lập mặc định năm biến số hiển thị Sau người dùng bỏ chọn biến số nhấp chuột vào nút Select đồ thị chọn hiển thị hình

2.7.3. Thiết lập menu ETC

2.7.3.1 Số đếm neutron

Hình 2.25 Chọn cơng cụ đếm neutron Hình 2.26 Hộp thoại cơng cụ đếm neutron

Cơng cụ đếm neutron có thang đếm theo thời gian 10s 100s Để tính số neutron sinh 1s ta chia cho tổng thời gian đếm 10s hay 100s tuỳ theo tổng thởi gian đếm mà ta chọn

2.7.3.2 Thiết lập chế độ Administrator

Thực bước hình (2.27) (2.28) menu ETC >> Administrator

(33)

21

Ta đặt mức công suất mục Hi Log Power 0.01; sau kích chuột vào Critical Status để hệ thống thiết lặp trạng thái tới hạn Để kết thúc kích chuột vào nút OK

Hình 2.29Màn hình thể thơng số sau hệ thống thiết lập trạng thái tới hạn

2.7.4. Thiết lập vị trí điều khiển thiết lập đầu

Cho phép người sử dụng thay đổi vị trí điều khiển tới vị trí mong muốn Tất rút tất đưa vào vị trí mong muốn Tính đầu tính tốn cách tự động giá trị đầu vào điều khiển RAST-K Việc thiết lập đầu thiết lập cách trực tiếp người sử dụng để đầu mong muốn

Thiết lập vị trí điều khiển

Nhập giá trị 381 vào ô R5, R4 R3, R2, R1 SA, nhập giá trị 350 vào ô SB từ mục RESET, sau nhấp chuột vào nút RUN Tương tự với vị trí mong muốn khác

(34)

22

Kiểm tra hình hiển thị nhóm điều khiển Vị trí điều khiển thị hình (2.31)

Hình 2.31 Kết trước sau thiết lập

2.7.5. Thiết lập pha loãng thêm Boron

Cho phép thực việc pha loãng thêm Boron để tiến tới trạng thái tới hạn đào tạo việc kiểm tra thông số đầu mức công suất khơng, có chức thiết lập tổng lượng thêm vào tốc độ thêm nước Boron

Nhấp chuột vào nút Dilution ( Boration) để thực pha loãng ( thêm) Boron Để tạm dừng việc thêm pha lỗng Boron bạn nhấp chuột lần vào nút Boration (dilution) Hình (2.32), hình (2.33) trình bày bước thực thêm Boron pha loãng Boron

2.7.5.1 Thực thêm Boron

Nhập tốc độ phun 50L/M dung dịch Boron từ mục MAKEUP Control, tiếp nhấp chuột vào nút Boration.

Hình 2.32Thiết lập thơng số để thêm Boron

(35)

23 2.7.5.2 Thực pha loãng Boron

Nhập tốc độ phun 5L/M từ mục MAKEUP Control, sau nhấp chuột vào nút Dilution Sự pha lỗng tiến hành không tiến hành, cách hiển thị màu nút

Hình 2.33Thiết lập thông số để thêm Boron 2.7.5.3 Ngừng việc thêm pha loãng Boron

Sau thêm bớt boron làm cho nồng độ boron đạt giá trị cần thiết lặp 1074ppm dừng lại việc thêm bớt boron cách nhấp chuột vào nút STOP mục MAKEUP Control

Hình 2.34 Nồng độ Boron đạt giá trị cần thiết lặp 1074ppm

(36)

24

CHƯƠNG 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ PHẢN ỨNG

3.1.Sự bảo tồn neutron lị phản ứng

Phương trình khơng thời gian neutron nhằm xác định phân bố neutron lò phản ứng từ tạo sở tính tốn tốc độ phản ứng độ ổn định phản ứng phân hạch dây chuyền lò Để xác định phân bố neutron đầu tiên, ta cần phân tích trình neutron dịch chuyển lị (tương tác tán xạ với nguyên tử nguyên tố có mặt lị bị hấp thụ khỏi vùng lị) Hầu hết nghiên cứu lý thuyết lò phản ứng coi dịch chuyển neutron tương tự q trình khuếch tán Có thể giả sử dịch chuyển neutron tương tự trình khuếch tán nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao (độ tập trung cao) đến nơi có nhiệt độ thấp (độ tập trung thấp) hay khuếch tán phân tử khí từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp Hay ta nói xác phương trình khơng thời gian neutron phương trình khuếch tán neutron

Lưu ý phương trình khuếch tán khơng khả dụng biên hay mơi trường có tiết diện hấp thụ lớn

Phương trình động học neutron lị phản ứng không thời gian kết hai phương trình vi phân tách biệt nhau, cho thơng lượng neutron cho độ tập trung hạt nhân mẹ sinh neutron trễ Nguyên lý việc dẫn xuất phương trình dựa bảo tồn số neutron số hạt nhân mẹ phần thể tích khơng gian vùng lượng

Sự thay đổi số neutron phần thể tích 𝑑𝑉𝑑𝐸 cho chênh lệch số neutron sinh biến thể tích đó, ta viết đơn giản sau:

∆𝑁 = 𝑁𝑝 − 𝑁𝑑

Trong 𝑁𝑝 số neutron sinh 𝑁𝑑 số neutron

Trong thể tích trên, số hạt nhân mẹ sinh neutron trễ sinh hủy nên:

∆𝐶 = 𝐶𝑝 − 𝐶𝑑

Trong 𝐶𝑝 số hạt nhân sinh 𝐶𝑑là số hạt nhân bị hủy

3.1.1. Quá trình sinh neutron

(37)

25

sau hay cịn gọi neutron trễ Số neutron tức thời sinh khác cho phản ứng phân hạch, thông thường vào khoảng từ ~ neutron Số neutron sinh trung bình cho phản ứng phân hạch cần thiết cho việc tính tốn sau Hệ số ký hiệu 𝜈 bao gồm neutron tức thời neutron trễ:

Thực nghiệm tìm độ lớn hệ số 𝜈 phụ thuộc vào hạt nhân phân hạch lượng neutron tới Ta Có thể thấy 𝜈 gần phụ thuộc tuyến tính vào lượng neutron tới:

Hình 3.1 Sự phụ thuộc 𝜈vào lượng

Chú ý rằng, U238 ngưỡng cho phản ứng phân hạch neutron nhanh E ≥ 1.2 MeV Số neutron sinh thơng thường Pu lớn U Các giá trị thực nghiệm 𝜈0 cho bảng (3.1)

Bảng 3.1 Số neutron trung bình sinh phân hạch (Keepin 1965)

Đồng vị

a

Vùng lượng (MeV)

U233 2.482 2.410 0.075 0.136 ≤ E ≤ E >

U235

2.432 2.349

0.065 0.150

0 ≤ E ≤ E >

U238 2.304 0.160 E ≥ 1.2 (ngưỡng)

Pu239

2.867 2.907

0.148 0.133

0 ≤ E ≤ E >

𝜈 = 𝜈𝑝+ 𝜈𝑑 (3.1)

(3.2)

(38)

26

3.1.1.1 Quá trình sinh neutron tức thời

Trong trình phản ứng phân hạch xảy ra, mảnh hạt nhân phân hạch tạo thành trạng thái kích thích Một nhiều neutron tức thời sinh lượng kích thích 𝐸’ lớn lượng liên kết 𝐸𝑏 neutron mảnh phân hạch Trong trường hợp này, xảy hai trình cạnh tranh để hạt nhân kích thích trở trạng thái ổn định là: phát 𝛾 phát neutron Hai trình thể hình (3.2):

Hình 3.2 Quá trình phát neutron tức thời

Do lượng kích thích khác nên có phân bố lượng liên tục cho xạ 𝛾 neutron tức thời Cả hai phân bố phụ thuộc vào lượng, phổ neutron tức thời, 𝜒𝑝(𝐸), dùng để xác định xác suất phát neutron 𝜒𝑝(𝐸)𝑑𝐸 khoảng từ 𝐸 đến 𝐸 + 𝑑𝐸, 𝜒𝑝(𝐸) chuẩn hóa sau:

Phương trình phân bố thực nghiệm cho U235 cho sau (Larmash 1966):

Và biểu thị hình (3.3)

N

ăng

lư

ợng

l

iên k

ết

c

ủa

h

ạt

n

h

ân

න 𝜒𝑝(𝐸)𝑑𝐸 = 1 ∞

0

(3.3)

(39)

27

Hình 3.3 Phổ neutron tức thời U235

Tổng số neutron sinh phân hạch phần thể tích dV là:

Vậy tổng số neutron tức thời sinh phân hạch là:

Trong 𝛽 tỷ phần neutron trễ 3.1.1.2 Quá trình sinh neutron trễ

Hầu hết sản phẩm phân hạch hạt nhân thường trạng thái không ổn định, phần lớn chúng phát xạ 𝛽 (kèm phát 𝛾) để trở trạng thái bền hạt nhân mẹ phát neutron trễ Cơ chế trình phát neutron trễ cho hình (3.4)

Hình 3.4Cơ chế phát neutron trễ sản phẩm phân hạch

Neutron tức thời

Năng lượng E

(3.5)

න 𝜈Σ𝑓(𝑟Ԧ, 𝐸′)𝜙(𝑟Ԧ, 𝐸′, 𝑡)𝑑𝐸′𝑑𝑉𝑑𝑡 ∞

0

(3.6)

𝜒𝑝(𝐸)𝑑𝐸(1 − 𝛽) න 𝜈Σ

𝑓(𝑟Ԧ, 𝐸′)𝜙(𝑟Ԧ, 𝐸′, 𝑡)𝑑𝐸′𝑑𝑉𝑑𝑡 ∞

0

(40)

28

Giả sử hạt nhân Z-1XA mảnh hạt nhân phân hạch hạt nhân phát 𝛽 Sau khoảng thời gian định sau phân hạch (đặc trưng số phân rã 𝜆 sản phẩm phân hạch đó), hạt 𝛽 phát với neutrino Phụ thuộc vào lượng hạt 𝛽 phát ra, hạt nhân hình thành có lượng kích thích lớn hay nhỏ Nếu lượng hạt 𝛽 phát đạt cực đại

𝐸𝛽𝑚 𝑎 𝑥và với lượng kích thích ban đầu hạt nhân mẹ hạt nhân sản

phẩm trạng thái bền

Quá trình phát neutron trễ hạt nhân ZX A

xảy lượng kích thích E* lớn lượng liên kết neutron Vì vậy, hạt nhân Z- 1XA hạt nhân mẹ sinh neutron trễ 𝐸𝛽𝑚 𝑎 𝑥 (năng lượng kích thích ban đầu) lớn với lượng liên kết neutron hạt nhân ZX

A

:

Từ hệ thức này, ta dễ dàng nhận thấy có số sản phẩm phân hạch hạt nhân mẹ sinh neutron trễ Đối với hạt nhân phân hạch có số neutron trễ định sinh (𝜈𝑑) phản ứng phân hạch

Tỷ phần neutron trễ xác định tỷ số:

Thực nghiệm cho thấy tỷ phần neutron trễ thường nhỏ (<1%) Giá trị thực nghiệm suất phát neutron trễ trung bình phản ứng phân hạch sử dụng neutron nhiệt cho bảng (3.2)

Bảng 3.2 Suất phát neutron trung bình phản ứng phân hạch sử dụng neutron nhiệt

(Blachot 1990)

Hạt nhân 𝜈𝑑 β

U233 0.00667 0.0027

U235 0.0166 ± 3% 0.0068

Pu239 0.00654 ± 4% 0.0023

Pu241 0.0154 0.0052

U*238 0.043-0.047 0.0158

Phần giá trị phần trăm phản ánh sai số giá trị thực nghiệm tổng hợp (3.7)

𝛽 = 𝜈𝑑

(41)

29 3.1.1.3 Các nhóm neutron trễ

Dù biết suất phát neutron trễ 𝜈𝑑 hạt nhân phân hạch khác chưa đủ cho tính tốn phương trình động học, cần phải nắm rõ thời gian trễ phản ứng phân hạch thời điểm phát neutron trễ Thực nghiệm thấy rằng, neutron trễ chia thành nhóm dựa suất phát neutron thời gian trễ sinh (Keeplin 1965)

Các thơng số nhóm neutron trễ cho bảng (3.3) Bảng 3.3 Thơng số cho nhóm neutron trễ (IAEA 2014)

Nhóm

(i) Hạt nhân mẹ

Năng lượng trung

bình (MeV)

Thời gian sống trung

bình nhóm (s) Tỷ phần neutron trễ (%)

U235 Pu239 U233 U235 Pu239 U233

1 Br87, Cs142 0.25 55.72 54.28 55.0 0.021 0.0072 0.0226

2 I137, Br88 0.56 22.72 23.4 20.57 0.142 0.0626 0.0786

3 I

138, Br89,

Rb(93,94) 0.43 6.22 5.60 5.00 0.127 0.0444 0.0658

4

I139,

Kr(93,04),

Xe143, Br(90,92)

0.62 2.3 2.13 2.13 0.257 0.0685 0.0730

5 I140, Cs145 0.42 0.61 0.618 0.615 0.075 0.018 0.0135

6 (Br,Rb,As,…) - 0.23 0.257 0.277 0.027 0.0093 0.0087

Tổng 0.65 0.21 0.26

3.1.1.4 Phổ neutron trễ

(42)

30

Tương tự với phổ neutron tức thời, khái niệm phổ neutron trễ mô tả phân bố neutron trễ theo lượng Phân bố neutron trễ phụ thuộc vào nhóm, hay có phổ neutron trễ cho hạt nhân mẹ đồng vị sản phẩm phân hạch Công việc xác định phổ đề tài nghiên cứu nghiên cứu vật lý lò phản ứng, sở liệu luôn cập nhật (ENDF/B-VI)

Phổ 𝜒𝑖𝑑(𝐸 ), dùng để định nghĩa 𝜒𝑖𝑑(𝐸 )𝑑 𝐸 số neutron trễ phát khoảng lượng từ E đến E+dE cho giá trị 𝜈𝑑𝑖 nhóm i Các phổ

được chuẩn hóa tương tự hệ thức (3.3)

Hình 3.5Phổ neutron trễ cho nhóm

Sau định nghĩa thông số bản, ta bắt đầu xác định số neutron trễ sinh Ta gọi 𝐶𝑖là mật độ hạt nhân mẹ nhóm i có phần thể tích xét (phụ thuộc theo thời gian vị trí lị) Ta có 𝐶𝑖𝑑𝑉 số hạt nhân mẹ họ i sinh neutron trễ phần tử thể tích 𝑑𝑉 Dựa theo định nghĩa số phân rã, hạt nhân mẹ sinh 𝜆𝑖𝐶𝑖𝑑𝑉𝑑𝑡 neutron khoảng thời gian 𝑑𝑡 Bằng việc nhân thêm xác suất sinh neutron trễ hạt nhân mẹ họ 𝑖 𝜒𝑖𝑑(𝐸 )𝑑 𝐸 tính đến tổng tất họ hạt nhân mẹ, số neutron trễ trung bình sinh khoảng lượng 𝑑𝐸 phần tử thể tích 𝑑𝑉 qua khoảng thời gian 𝑑𝑡

3.1.1.5 Neutron xuất tương tác va chạm vào thể tích xét Neutron cịn sinh phần tử thể tích 𝑑𝑉 với độ thay đổi lượng 𝑑𝐸 trao đổi lượng thơng qua q trình va chạm với hạt nhân nguyên tử có mặt phần thể tích 𝑑𝑉

Nhóm 1 Nhóm 2 Nhóm 3 Nhóm 4,5,6

Năng lượng (keV)

Ph

ổ

c

óa

(43)

31

Số neutron sinh va chạm phần thể tích 𝑑𝑉 với khoảng lượng

𝑑𝐸’ khoảng thời gian dt cho bởi:

Ta xét 𝑃(𝐸’ 𝐸)𝑑𝐸 xác suất neutron lượng 𝐸’ trải qua va chạm đưa đến khoảng lượng 𝐸 𝐸 + 𝑑𝐸 Độ lớn xác suất nói phụ thuộc hồn tồn vào quy luật va chạm

Biểu thị số neutron phần tử thể tích 𝑑𝐸’𝑑𝑉 xuất phần tử thể tích 𝑑𝐸𝑑𝑉 khoảng thời gian 𝑑𝑡 Xét đến tổng phần tử 𝑑𝐸’𝑑𝑉 để lấy tồn neutron va chạm được:

hay

Với:

3.1.2. Quá trình mát neutron

3.1.2.1 Neutron mát qua trình hấp thụ

Tổng số neutron phần tử thể tích 𝑑𝑉𝑑𝐸 khoảng thời gian

𝑑𝑡 thể thơng qua tiết diện tồn phần, bao gồm trình neutron bị hấp thụ bị tán xạ khỏi nhóm xét, số neutron trình tương tác là:

3.1.2.2 Neutron mát rò rỉ

Sự rò rỉ thể qua số neutron thoát khỏi phần thể tích 𝑑𝑉 khoảng thời gian 𝑑𝑡 Ta dùng hệ tọa độ Oxyz để tính tốn rị rỉ qua mặt phần thể tích 𝑑𝑉

Hình 3.6Sơ đồ minh họa dịch chuyển neutron khỏi thể tích xét (3.10)

(3.11)

(3.12)

(3.13)

(3.14)

(44)

32

Theo phương chiều x, số neutron rời khỏi phần tử 𝑑𝑉𝑑𝐸 khỏi mặt 𝑑𝑦𝑑𝑧 vị trí (x,y,z) khoảng thời gian 𝑑𝑡:

Tương tự cho số neutron cắt ngang mặt 𝑑𝑦𝑑𝑧 vị trí (x+dx,y,z):

Tổng số neutron rời khỏi phần tử thể tích mặt 𝑑𝑦𝑑𝑧 khoảng thời gian

𝑑𝑡 tính tổng hai biễu thức trên:

hay:

Tương tự cho phương y z, tổng cho tất khả rò rỉ hướng ta được:

Theo dạng vector, biểu thức (3.20) biểu diễn sau:

3.1.2.3 Sự thay đổi mật độ neutron

Sự thay đổi mật độ neutron phần tử thể tích 𝑑𝑉𝑑𝐸 khoảng thời gian 𝑑𝑡 cho bởi:

3.1.3. Phương trình thơng lượng neutron

Tổng hợp kết nêu ta tìm phương trình thơng lượng neutron (phương trình bảo tồn neutron):

(3.16)

(3.17)

(3.18)

(3.19)

(3.20)

(3.21)

(45)

33 Tính tốn xấp xỉ

Xấp xỉ P1 (Bell 1970)

Ta sử dụng khai triển đa thức Legendre cho thông lượng phụ thuộc vào góc khối ta được:

Sau bước biến đổi ta thu phương trình sau:

Với xấp xỉ P1, hai ẩn chưa biết , để giải phương trình thơng lượng neutron ta cần biến đổi đại lượng theo để phương trình giải được, để làm điều này, xấp xỉ khác cần đưa

Xét vế phải phương trình ( 3.7), 𝜈(𝐸)−1𝜕𝐽 𝜕𝑡⁄ bỏ qua

được:

Điều tương đương với thay đổi mật độ dòng nhỏ nhiều so với tần suất xảy tương tác Phương trình (3.25) trở thành :

(3.24)

(3.25)

(46)

34

Với giá trị trung bình góc tán xạ từ lượng E’ đến tiết diện dịch chuyển neutron :

D hệ số khuếch tán

Thông thường giá trị cho khoảng lượng quan tâm vật lý lò phản ứng lấy xấp xỉ sau :

3.2.Sự bảo toàn hạt nhân mẹ trình sinh neutron trễ

Bây xét đến neutron trễ tương tự phần thông lượng neutron

3.2.1. Sự sinh hạt nhân mẹ

Số hạt nhân mẹ thuộc họ i sinh phần tử thể tích dV khoảng thời gian dt tích hệ số βi toàn neutron sinh phân hạch phần tử thể tích Cụ thể sau:

3.2.2. Sự mát hạt nhân mẹ

Nguyên nhân dẫn đến mát hạt nhân mẹ phân rã beta Tổng số hạt nhân mẹ họ i phần tử thể tích dV thời gian dt là:

(3.27)

(3.28)

(3.29)

(3.30)

(47)

35 Sự thay đổi mật độ hạt nhân mẹ

Toàn thay đổi mật độ hạt nhân mẹ họ i có phần tử thể tích dV thời gian dt là:

Tổng hợp biểu thức ta phương trình bảo tồn hạt nhân mẹ sinh neutron trễ lị phản ứng:

3.3.Kết

Tổng hợp kết ta phương trình động học khơng thời gian neutron:

Để đơn giản ta đặt:

Với Fpϕlà đại lượng đặc trưng cho sinh neutron tức thời

Là đại lượng đặc trưng cho tương tác neutron (bao gồm tương tác, rò rỉ khỏi phần thể tích xét xuất từ phần tử thể tích khác xâm nhập vào)

(3.32)

(3.33)

(3.34)

(3.35)

(48)

36

Là đại lượng đặc trưng cho nguồn neutron trễ có mặt phần thể tích xét Phương trình (3.34) viết lại sau:

3.4.Điều kiện biên

Vì phương trình (3.34) phương trình vừa phụ thuộc vào khơng gian thời gian (phương trình khơng thời gian), nên cần phải xác định điều kiện đầu điều kiện biên để hồn thành việc mơ ta tốn cách đầy đủ

3.4.1. Điều kiện đầu

Điều kiện đầu phương trình (3.34) là:

Hai điều kiện biên quan trọng cần xem xét điều kiện mặt tiếp xúc hai vật liệu khác vùng xét (ví dụ: nhiên liệu chất làm chậm) điều kiện mặt vùng thể tích xét

3.4.2. Điều kiện mặt tiếp xúc

Xét mặt tiếp xúc S hai vật liệu có tiết diện phản ứng khác thể hình (3.7) Thỏa mãn điều kiện liên tục thơng lượng phản ứng ta có:

Sử dụng phương trình (3.27) ta được:

Hình 3.7Thơng lượng liên tục mặt tiếp xúc

(3.37)

(3.38)

(3.39)

(3.40)

(49)

37

Vì vậy, lý thuyết khuếch tán, điều kiện liên tục mặt tiếp xúc đơn giản điều kiện đảm bảo liên tục thông lượng dòng Điều đồng nghĩa , đạo hàm thông lượng không liên tục qua mặt tiếp xúc

3.4.3. Điều kiện mặt (mặt tự do)

Để tổng quát, ta giả sử vùng thể tích xét lồi mặt S mặt ngồi Xét trường hợp khơng có nguồn neutron nằm ngồi vùng thể tích xét neutron khỏi mặt S khơng thể bay lại vào hệ

Đặt vector đơn vị pháp tuyến hướng khỏi mặt vị trí rs hình 1.8 Bất

kỳ neutron qua mặt S có hướng đồng nghĩa với neutron khỏi vùng thể tích xét ngược lại

Vì điều kiện áp dụng cho nửa góc khối nên ta xấp xỉ sau: Trong lý thuyết khuếch tán, ta sử dụng xấp xỉ P1 cho dòng ta được:

Hình 3.8Điều kiện biên mặt ngồi

Dưới dạng tổng quát, phương trình (3.43) viết lại sau:

Với 𝛽 hệ số albedo dương

Trong trường hợp 𝛽 = 0, phương trình (3.44) trở lại thành phương trình (3.43)

Trường hợp 𝛽 = 1, ta có điều kiện biên phản xạ, dùng trường hợp đối xứng để giới hạn vùng phân tích

Một dạng khác điều kiện biên tìm dựa vào triệt tiêu thông lượng khoảng cách định so với biên vật lý Bắt đầu từ phương trình

(3.42)

(3.43)

(50)

38

(3.43) ngoại suy tuyến tính thơng lượng với hướng khỏi vùng thể tích xét, ta nhận thấy thông lượng bị triệt tiêu khoảng cách ngoại suy theo hướng:

Lưu ý thông lượng thật không dù biên vật lý hay

khoảng cách ngoại suy Thực tế, môi trường chân không, thông lượng luôn khác không vô cực Lý thuyết khuếch tán, sử dụng điều kiện biên dạng có hệ số albedo (phương trình (3.44)) hay dạng khoảng cách ngoại suy (phương trình (3.45)) vùng thể tích xét cách vài khoảng dịch chuyển tự so với nguồn neutron

3.5. Trạng thái dừng tới hạn

Đầu tiên xem xét lại vai trị thành phần phương trình khuếch tán

Ở trạng thái dừng có nghĩa thông lượng neutron không đổi theo thời gian, điều tương ứng với tốc độ sinh neutron phải xác với tốc độ neuton lị phản ứng Thật vậy, từ phương trình (3.1) sản sinh neutron (bao gồm neutron tức thời, neutron trễ neutron từ nguồn ngồi) vị trí r lớn so với số neutron (bởi hấp thụ rị rỉ), mật độ neutron có lượng E gần vị trí r tăng lên Bằng việc tính tổng tất lượng tồn thể tích, ta đánh giá số neutron tồn phần (tốc độ phản ứng phân hạch cơng suất lị) tăng giảm Vì vậy, trạng thái dừng nhấn mạnh cân neutron phải thoả điểm xét

Giả sử khơng có mặt nguồn neutron ngồi lị phản ứng (Sexternal =0) trạng thái dừng tồn khả thi Ta có:

Do khơng có mặt nguồn ngồi, phương trình (3.1) viết lại sau:

Trong đó:

(3.45)

(3.46)

(3.47)

(3.48)

(51)

39

Xét phương trình bảo tồn hạt nhân mẹ trạng thái dừng, phương trình (3.33) trở thành:

Thay vào phương trình (3.6) ta được:

Để đơn giản cho việc ký hiệu, ta lược bỏ “0” ký hiệu phía độc lập thời gian đại lượng Ta tổng hợp phần sinh neutron tức thời phản ứng phân hạch neutron trễ phân rã hạt nhân mẹ thành:

Với 𝜒(𝐸) phổ tổng:

Ta viết lại phương trình 3.48:

Phương trình (3.56) phát biểu lời sau : Khi lị trạng thái dừng khơng có mặt nguồn ngồi, số neutron sinh điểm lò

(3.50)

(3.51)

(3.52)

(3.53)

(3.54)

(3.55)

(52)

40

phải xác với số neutron đi, bao gồm thất thoát khỏi điểm xét khỏi vùng hoạt Trạng thái gọi trạng thái tới hạn lò

Tùy vào trường hợp, lị có trạng thái tới hạn số neutron sinh lớn số neutron lị có trạng thái tới hạn số neutron sinh nhỏ số neutron

Về mặt tốn học, phương trình khuếch tán khơng phụ thuộc thời gian (3.56) phương trình đồng có nghiệm , trừ lị tới hạn, có nghĩa tính chất thỏa điều kiện cận neutron

Xét toán tử F M, dễ dàng nhận thấy :

Với a số

Do M F tốn tử tuyến tính, điều kiện tới hạn bắt buộc rời rạc hóa ma trận với định thức Sự tuyến tính tốn tử nhấn mạnh thơng lượng neutron lò lò tới hạn giá trị tùy ý Tuy không phụ thuộc vào độ lớn thông lượng lị cần phải giải phương trình khuếch tán tính tốn phân bố thơng lượng để xác định tới hạn

Bây ta xét trường hợp có mặt nguồn ngồi giả sử trạng thái dừng diễn lò phản ứng Với thơng lượng lúc lị đạt trạng thái dừng, phương trình (3.56) trở thành :

Phương trình (3.57) dẫn đến hai phát biểu sau :

➢ Khi lị trạng thái dừng có mặt nguồn ngồi, lị phải trạng thái tới hạn để đảm bảo an tồn Nói cách khác số neutron sinh phân hạch phải nhỏ số neutron đi, nguồn neutron ngồi bù đáp xác chệnh lệch

➢ Thơng lượng neutron lúc khơng cịn tùy ý nữa, trái ngược hồn tồn với trạng thái tới hạn lị khơng có mặt nguồn neutron ngồi Trong lị phản ứng đạt trạng thái tới hạn, độ lớn thông lượng neutron tỷ lệ với cường độ nguồn neutron ngồi tác động đến phân bố thơng lượng lị

(53)

41

nguồn neutron ngồi lò lò trạng thái tới hạn Trái lại, lò trạng thái tới hạn, thơng lượng neutron tăng đột biến dù có khơng có mặt nguồn neutron ngồi Và lị trạng thái tới hạn khơng có mặt nguồn neutron ngồi, phần chênh lệch số neutron sinh số neutron không bù đáp dẫn đến việc giảm triệt tiêu thơng lượng neutron

Các lị phản ứng thương mại thơng thường khơng sử dụng nguồn neutron ngồi q trình hoạt động bình thường, lị thường đạt trạng thái tới hạn Bây xét tốn cụ thể cho lị phản ứng thật, khơng có mặt nguồn neutron ngồi Lị phản ứng xét có đặc trưng phụ thuộc vào tiết diện phản ứng, Chúng ta biết trước điều kiện tới hạn có thỏa hay khơng trừ giải phương trình (3.56) Việc giải tốn khơng phụ thuộc theo thời gian từ phương trình (3.56) đồng nghĩa với việc giả sử thông số vật lý lò cho phép lò đạt tới hạn

*Hệ số nhân hiệu dụng

Để đảm bảo ta giải phương trình (3.56) thực tế, ta đưa thông số, 𝜆 = 1/𝑘, gọi trị riêng dùng hệ số nhân cho nguồn neutron

phân hạch Nhằm mục đích làm lị đạt trạng thái tới hạn, ta cần thay đổi giá trị 𝑘 (thay đổi trạng thái cân neutron) Nói cách khác, việc điều chỉnh thơng số đồng nghĩa với việc thay đổi số neutron phát phản ứng phân hạch số neutron sinh cân với số neutron Vì ln ln tồn nghiệm dương cho 𝑘 Từ phương trình (3.56) viết lại sau :

Hay

Ta phát biểu hệ số k sau :

Hệ số k đại lượng quan trọng vật lý lò phản ứng, hay gọi hệ số nhân hiệu dụng keff

Quá trình vật lý diễn lị phản ứng hình dung trình sinh neutron từ phản ứng phân hạch qua hệ Hệ số nhân hiệu dụng keff đưa tỉ số tổng số neutron hai hệ liên tiếp Ta dễ dàng đánh giá (3.58)

(54)

42

việc tới hạn lị cách tính trị riêng 1/k so sánh với 1.0 Sự chênh lệch 1/k 1.0 gọi độ phản ứng tĩnh,

ρ

S

Độ phản ứng tĩnh thước đo điều chỉnh mà cho phép lò đạt tới hạn (ví dụ chế điều khiển)

Ta xét chu kỳ sống neutron lị phản để dễ dàng hiểu tầm quan trọng hệ số nhân hiệu dụng Giả sử ban đầu có n1 neutron lị phản ứng

nhiệt, chu kỳ sống neutron cho hình (3.9) Ta nhận thấy sau chu kỳ số neutron tăng lên kefflần

Hình 3.9Chu kỳ sống neutron lò phản ứng nhiệt 3.6.Lý thuyết nhóm

Để hạn chế phụ thuộc vào lượng phương trình khơng thời gian, ta giả sử neutron lò đơn hay gọi lý thuyết nhóm Hình thức giả định giúp đơn giản hóa cách tính tốn dự đốn hành vi neutron lị phản ứng Dĩ nhiên giả định mang tính tương đối thực tế neutron lị có dải lượng từ 10-3 đến 107 eV tiết diện phản ứng neutron phụ thuộc nhiều vào lượng Tuy nhiên lý thuyết nhóm hay sử dụng để diễn tả thông lượng neutron lò cách định lượng

(55)

43

Đối với neutron lò phản ứng xét đơn năng, ta diễn tả thay đổi thông lượng neutron đơn giản theo toán học chênh lệch số neutron sinh (do phản ứng phân hạch) số neutron (do bị hấp thụ rị rỉ khỏi thể tích xét)

Ta có viết lại phương trình khuếch tán neutron sau :

Với , , đại lượng đại diện

cho sinh neutron, neutron bị hấp thụ neutron thoát khỏi thể tích xét

Trong trường hợp hệ số khuếch tán D đồng không phụ thuộc theo vị trí lị phản ứng phương trình (3.61) viết:

Ở trường hợp tới hạn, phương trình thơng lượng neutron là:

Với L2 diện tích khuếch tán:

Với

Giả sử lị có hỗn hợp đồng nhiên liệu chất làm chậm nên ta bỏ qua phụ thuộc tiết diện phản ứng vào vị trí, phương trình (3.63) đươc viết lại sau:

Đối với lý thuyết nhóm neutron, phần tử nguồn viết lại theo dạng phụ thuộc vào tiết diện hấp thụ nhiên liệu Gọi 𝛴𝑎𝐹 tiết diện hấp thụ nhóm nhiên liệu, 𝜂 số neutron phân hạch trung bình phát neutron bị hấp thụ nhiên liệu phần tử nguồn S viết lại sau:

(3.61)

(3.62)

(3.63)

(3.64)

(3.65)

(3.66)

(56)

44

Ta biến đổi hệ thức (3.67) để nguồn phụ thuộc vào tiết diện hấp thụ hỗn hợp đồng nhất:

Trong đó:

𝑓 gọi hệ số sử dụng nhiên liệu, hệ số 𝑓 với tỷ số số neutron hấp thụ nhiên liệu số neutron bị hấp thụ toàn hỗn hợp

Ta xét đến trường hợp lị có kích thước vơ hạn để lượt bỏ phần tử đóng góp vào mát neutron rò rỉ Trong trường hợp vậy, tất neutron bị hấp thụ lò thơng lượng giống vị trí Số phản ứng phân hạch xảy chu kỳ phụ thuộc vào số neutron sinh chu kỳ (phụ thuộc vào 𝜈) Do tất neutron sinh phải bị hấp thụ hoàn toàn hệ nên số neutron sinh với số neutron bị hấp thụ có giá trị ∑ 𝑎𝜙 Trong số neutron hấp thụ có hấp thụ nhiên liệu sinh neutron cho chu kỳ Vì vậy, hấp thụ chu kỳ dẫn đến hấp thụ neutron chu kỳ

Hệ số nhân k định nghĩa tỷ số tổng số neutron sinh chu kỳ số neutron chu kỳ Trong trường hợp lị vơ hạn, ta có:

gọi hệ số nhân vô hạn

Do 𝜂 𝑓 hệ số phụ thuộc vào đặc trưng vật liệu lị nên hoản tồn giống cho lị vơ hạn có thành phần giống Phương trình (3.68) viết lại sau:

Thay vào phương trình (3.66) ta được:

Với 𝐵2 gọi hệ số buckling có giá trị:

(3.68)

(3.69)

(3.70)

(3.71)

(3.72)

(57)

45

Lưu ý hệ số k =1 lò tới hạn Hệ số buckling cho biết độ cong hình dạng phân bố thơng lượng neutron theo vị trí

Phương trình (3.72) gọi phương trình khuếch tán neutron nhóm trạng tới hạn

Ứng dụng phương trình nhóm:

Phương trình nhóm neutron lị phản ứng áp dụng để tính thơng lượng neutron lị phản ứng với nhiều dạng hình học khác Áp dụng đến loại lị hình trụ hữu hạn (dạng lị OPR 1000) có bán kính R chiều cao H

Hình 3.10Mơ hình lị trần hình trụ hữu hạn

Do thơng lượng phụ thuộc vào bán kính 𝑟 vào chiều cao 𝑧 nên phương trình lị phản ứng trạng thái tới hạn trở thành:

Điều kiện biên cho phương trình (3.73):

Để giải phương trình (3.73) ta đặt:

Thay lại vào phương trình (3.73) được:

Ta đặt:

(3.73)

(3.74)

(3.75)

(3.76)

(58)

46

Nghiệm phương trình (3.78) với điều kiện biên 𝑧 = ± 𝐻/2 là:

Tương tự cho phương trình (3.77)

*Với 𝐽𝑜 hàm Bessel

Cuối ta tìm phương trình thơng lượng hệ số buckling cho lị trần hình trụ hữu hạn:

Hằng số A phương trình (3.82) xác định độ lớn thơng lượng neutron ẩn số Lý hệ số A chưa xác định độ lớn thông lượng phụ thuộc vào cơng suất hoạt động lị Vì để tìm A, ta cần tính cơng suất lị Cơng suất lị tính cách lấy tích phân tích tiết diện phân hạch vĩ mơ thơng lượng tồn thể tích xét lấy kết nhân với hệ số chuyển đổi lượng

Trong hệ số chuyển đổi tính sau :

Thay phương trình thơng lượng phương trình (3.82) vào phương trình (3.83) tính tích phân ta được:

(3.80)

(3.81)

(3.82)

(3.83)

(3.84)

(59)

47

Thay kết vừa tìm vào lại phương trình (3.44) ta có:

3.7.Động học lò phản ứng:

Hiểu biết cặn kẽ phân bố cơng suất lị quan trọng người vận hành người thiết kế lò phản ứng

Khi nhiễu loạn xảy thay đổi thuộc tính vật lý lò, trạng thái dừng bị phá vỡ, thay đổi thơng lượng neutron tính dựa phương trình khuếch tán Thơng thường nhiễu loạn khơng đồng tồn khơng gian lò phản ứng Do độ dài di cư neutron (quãng đường dịch chuyển tự do) neutron lớn vịng đời trung bình ngắn, ảnh hưởng nhiễu loạn cục truyền cách nhanh chóng Trong nhiều trường hợp, dộ dài khuếch tán lớn nhiễu loạn không mạnh, tái điều chỉnh mức độ nhẹ hình dạng thơng lượng xảy tích tắc Sau thơng lượng tổng bị thay đổi tăng giảm phụ thuộc vào ảnh hưởng nhiễu loạn làm tăng giảm keff Trong trường hợp vậy, thay đổi hình dạng thơng lượng nhỏ khơng đáng kể, người vận hành dự đốn xác thay đổi công suất tổng hàm phụ thuộc vào thay đổi nhiễu loạn mang lại Phương pháp gọi xấp xỉ động học điểm

Thơng qua lượng tử hóa cho phương trình khuếch tán ta tìm phương trình động học điểm Phương trình khuếch tán bao gồm hai thành phần, thể cho cường độ thể hình dạng thơng lượng Phương trình động học điểm phương trình cho phép người vận hành tính tốn cường độ thông lượng

3.7.1. Công thức chung ứng dụng phương trình động học điểm

Cơng thức phương trình động học điểm lấy từ phương trình khơng thời gian neutron hay phương trình khuếch tán:

Với

(60)

48

Nguồn neutron trễ phân bố vùng nhiên liệu sinh hạt nhân mẹ nhóm phản ứng phân hạch nhiên liệu Ta nhắc lại phương trình cân hạt nhân mẹ:

Phương pháp thường áp dụng nhiên khó khăn việc tìm thơng số Mặc dù vậy, nhiều tính chất động học lị phản ứng rút từ phương trình động học

3.7.1.1 Phân tích số hạng thơng lượng neutron

Ý tưởng phương trình động học tách thơng lượng thành hai số hạng riêng biệt Số hạng thứ hàm hình dạng thơng lượng phụ thuộc vào không gian thời gian.Số hạng thứ hai phụ thuộc vào thời gian ám cho cường độ

Do hình dạng thơng lượng khơng biến đổi nhanh cường độ nên ta viết lại thông lượng sau:

Dưới dạng nhiều nhóm, phương trình (3.87) viết lại sau:

Lưu ý q trình lượng tử hóa tổng quát

Do thông lượng điểm không đồng nên ta nhân thêm hàm trọng số tùy ý phụ thuộc theo không gian lượng vào phương trình khuếch tán, ta được:

(3.87)

(3.88)

(61)

49

Lưu ý ta lược bỏ số ký hiệu để đơn giản Mà ta lại có:

Thay lại vào phương trình (3.89) ta được:

Với:

Dưới dạng nhiều nhóm, hàm trọng số viết sau:

Do ta chọn tùy ý hàm , ta sử dụng hàm trọng số thỏa chuẩn hóa, ta có:

Lưu ý hàm thể tổng số neutron lị phản ứng theo cách đó, nhiên lại phụ thuộc vào hàm trọng số Khi ta giới hạn cho hàm khơng bị phụ thuộc vào thời gian, hàm hình dạng thay đổi theo thời gian tích phân lại không phụ thuộc vào thời gian nên số hạng phương trình (3.91) Vậy ta viết lại phương trình (3.91) với giả sử khơng có nguồn ngồi lị sau:

Ta xét phương trình bảo tồn hạt nhân mẹ nhân hai vế cho :

Ta định nghĩa biểu thức sau:

(3.90)

(3.91)

(3.92)

(3.93)

(3.94)

(3.95)

(3.96)

(62)

50

Với gọi thời gian hệ neutron nhanh

Với định nghĩa này, phương trình (3.95) (3.96) viết lại:

Phương trình (3.102) (3.103) gọi phương trình động học điểm cho neutron lị phản ứng

3.7.1.2 Ứng dụng phương trình động học điểm

Để có nhìn cụ thể phương trình động học điểm ta xét trường hợp cụ thể

Xét lị phản ứng khơng có mặt nguồn ngồi thử với nghiệm có dạng:

Thay phương trình (3.105) vào phương trình (3.103) ta được:

Thay phương trình (3.104), (3.105) (3.106) vào phương trình (3.102) nhận được:

(3.98)

(3.99)

(3.100)

(3.101)

(3.102)

(3.103)

(3.105) (3.104)

(63)

51 Từ giải :

Ta biến đổi phương trình (3.108) để tìm độ phản ứng :

Theo phương trình (3.101):

Nên:

Mà ta lại có:

Với thời gian sống neutron nhanh, định nghĩa phương trình sau:

Từ ta tính theo biểu thức:

Với D = tương ứng với nhóm neutron trễ phương trình (3.112) trở thành phương trình đại số bậc theo ω hay gọi phương trình nghịch đảo Theo định nghĩa phương trình nghịch đảo lượng phóng xạ cần thiết để gia tăng lò phản ứng trạng thái tới hạn đến lúc mà công suất tăng e lần

(3.107)

(3.108)

(3.109)

(3.110)

(3.111)

(64)

52

Có nghiệm phương trình (3.112) tương ứng với giá trị với

Các nghiệm biểu thị hình (3.11)

Khi , ω có nghiệm dương vào nghiệm âm (ω0 > 0, ωi < với i chạy

từ tới 6) Khi , ω có nghiệm âm (ωi < với i chạy từ tới 6)

Hình 3.11Nghiệm phương trình nghịch đảo

Do đó, lời giải cho phương trình động học điểm cho sau:

Ta xét trường hợp thời gian trôi qua ngắn, số hạng từ thứ hai trở gần bỏ qua, xét phương trình (3.113) nhận được:

Trong trường hợp ta đưa định nghĩa chu kỳ lò phản ứng:

là khoảng thời gian cần thiết để làm tăng số neutron cơng suất lị lên e lần Trường hợp , lò đạt trạng thái tới hạn

(3.113)

(3.114)

(65)

53

Trường hợp lị tiến tới trạng thái siêu tới hạn nhanh Trường hợp theo hình (3.11)

Bây ta xem xét so sánh trường hợp với hệ số để phân tích chu kỳ lò phản ứng

* Nếu độ phản ứng dương nhỏ ) thêm vào lò phản ứng, giá trị khơng đáng kể so với , ta viết lại phương trình (3.112) sau:

Từ ta tính chu kỳ lị trường hợp này:

Ở đây, thời gian sống trung bình neutron bao gồm neutron trễ, rõ ràng việc xác định chu kỳ lò phản ứng phụ thuộc hoàn toàn vào thời gian sống trung bình neutron độ phản ứng dương nhỏ thêm vào

* Nếu độ phản ứng dương lớn thêm vào , phương trình nghịch đảo (3.112) xấp xỉ phương trình:

Ta tính đến chu kỳ lị trường hợp này:

Trong công thức (3.120) áp dụng ba tính tốn xấp xỉ ,

và

Phương trình (3.120) khớp chu kì lị phản ứng phương trình

(3.116)

(3.117)

(3.118)

(3.119)

(66)

54

Nếu độ phản ứng dương thêm vào, chu kì lị phản ứng xác định thời gian sống neutron nhanh < Ɩ >

Sự thay đổi cơng suất lị phản ứng hình (3.12) độ phản ứng dương độ phản ứng âm đưa vào tức thời lò phản ứng tới hạn cho thởi điểm t=0 (bước khôn ngoan stepwise) Tương ứng, độ phản ứng lị phản ứng đơi biểu thị dollars, cách

𝜌($) =

𝛽

Trong trường hợp chu kỳ lị phụ thuộc vào thời gian sống neutron nhanh mà không bị ảnh hưởng neutron trễ Điều nguy hiểm

Tầm quan trọng neutron trễ việc điều khiển lò phản ứng Theo định nghĩa phần trước chu kỳ sống lò, ta có

Theo lý thuyết, cơng suất lị tăng nhanh theo gia tăng neutron tức thời khơng có thiệp yếu tố gây độ phản ứng âm hồn tồn khơng thể kiểm sốt Giả sử khơng có mặt neutron trễ lò phản ứng làm chậm nước, thời gian sống neutron tức thời (l) 0.001 giây, với

thì sau sau giây cơng suất lị là:

Vậy sau giây cơng suất lị tăng lên e5 lần (148 lần), điều dẫn đến việc kiểm sốt lị phản ứng

Bây ta xét trường hợp có mặt neutron trễ thời gian sống neutron trung bình kéo dài (l) vào khoảng 0.1 giây, sau giây ta có:

𝑑𝑛 𝑑𝑡 =

𝑘𝑒𝑓𝑓𝑛 − 𝑛

𝑙 =

𝑘𝑒𝑓𝑓−

𝑙 𝑛

𝑛(𝑡) = 𝑛0𝑒

𝑘𝑒𝑓𝑓−1

(67)

55

Người vận hành dễ dàng kiểm sốt cơng suất lị Phương trình (3.102) (3.103) được gọi phương trình động học điểm cho neutron lị phản ứng

3.7.2. Một nhóm xấp xỉ neutron trễ

Nếu tất neutron trễ xấp xỉ nhóm, phương trình động học điểm đơn giản hóa vào phương trình đồng thời hai thứ nguyên

Và

Ở đây, lại xấp xỉ theo sau dùng cho số phân rã trung bình

Phương trình (3.110) loại phương trình nghịch đảo đơn giản hóa sau:

Trong λ chọn cách thể mà giá trị nhỏ 𝜔

(i.e |𝜔| < 𝜆𝑖) lời giải 3.124 xấp xỉ (3.110). Khi ω nhỏ phương trình (3.110) trở thành:

Ta dựa so sánh với (3.124) cho ω nhỏ kéo theo rằng:

Giá trị 𝜆 tính theo cách cho bảng số số nhiên liệu hạt nhân U233 U235, P239

Phương trình nghịch đảo trở thành phương trình bậc hai (3.121) 𝑑𝑛(𝑡)

𝑑𝑡 = [𝑘𝑒𝑓𝑓 (1 − 𝛽 )] 𝑛(𝑡)

𝑙 + 𝜆 𝐶(𝑡)

𝑑𝐶(𝑡)

𝑑𝑡 = 𝑘𝑒𝑓𝑓 𝛽 𝑛(𝑡)

𝑙 − 𝜆 𝐶(𝑡) (3.122)

𝛽 𝜆 = ෎ 𝛽𝑖 𝜆𝑖 𝑖 (3.123)  =  𝜔 + 𝜔𝛽

𝜔 + 𝜆 (3.124)

(68)

56 Giải phương trình (3.127):

 = (β -  + 𝜆)2 +4  λ có nghiệm

Để đơn giản biểu thức này, nhớ lại  10-3 s; 𝜆 0.08 s-1 Và  có cấp bậc 10-3 (nếu ≥ 𝛽, thấy lò phản ứng tới hạn nhanh; i.e tới

hạn neutron nhanh nhất)

Ở trường hợp bất kì, thấy cho

 - β  10-2 , cịn có (β -  + 𝜆)2 >>  λ Vì phương trình (3.128) viết cách xấp xỉ:

Hay

𝜔+ = 𝜆

𝛽 −  + 𝜆 𝑣à 𝜔− = −

𝛽 −  + 𝜆 2 (2 +

2𝜆

(𝛽 −  + 𝜆)2)

Một lần 𝜔± bỏ qua 𝜆 so với (β - ) miễn chúng không gần đến tới hạn nhanh,

{ 𝜔+ = 𝜆 𝛽 −  𝜔− = − 𝛽 −  

Số hạng  nhỏ không đáng kể (𝛽 − 𝜌)

Do đó, lời giải tổng quát phương trình động học trở thành

Đối với lị phản ứng tới hạn t=0 đưa vào độ phản ứng dạng bước xảy ra, người ta phải đặt điều kiện ban đầu theo sau:

 ω2 + (β -  + 𝜆) ω -  λ =0 (3.127)

𝜔 ± = −

𝛽 −  + 𝜆

2 ቎1 ∓ ඨ1 +

4𝜆

(𝛽 −  + 𝜆)2 ቏ (3.128)

𝜔±= −𝛽 −  + 𝜆

2 ൤1 ∓ (1 +

2𝜆

(𝛽 −  + 𝜆)2)൨ (3.129)

ℎ𝑎𝑦 𝜔− = −𝛽 −  + 𝜆

(3.130)

𝑛(𝑡) = 𝐴1𝑒

𝜆

𝛽 − 𝑡+ 𝐴

2𝑒−

𝛽 − 

 𝑡

(69)

57

Điều kiện kéo theo từ (3.121), n(t) C(t) phải liên tục t=0 Giá trị trạng thái dừng Ci cho t0 < 0 kéo theo từ (3.122) việc đạo hàm zero

Khi

Mà

𝐴1 𝜆

𝛽 −  − 𝐴2

𝛽 − 

 =



 𝑛0 𝐴1 + 𝐴2 = 𝑛0 Nên

𝐴1 𝜆

𝛽 −  − (𝑛0− 𝐴1)

𝛽 − 

 =

  𝑛0

Suy

𝐴1( 𝜆 𝛽 −  +

𝛽 − 

 ) =

𝛽

 𝑛0

Khi

𝐴1 = 𝛽 𝛽 −  𝑛0

Suy

𝐴2 = − 

𝛽 −  𝑛0

Cho nên

Thời gian hệ neutron  ngắn, số hạng thứ hai (3.135) giảm nhanh Sau đưa vào độ phản ứng, công suất gia tăng dần số hạng thứ nhất, điều hình (3.12)

𝑙𝑖𝑚 𝑡→0

𝑑𝑛 𝑑𝑡 =



 𝑛0 (3.132)

𝐶𝑖0 = 𝛽𝑖

𝜆𝑖 𝑛0 (3.133)

𝑑𝑛(𝑡) 𝑑𝑡 =

𝜆

𝛽 −  𝐴1𝑒 𝜆

𝛽 − 𝑡− 𝛽 − 

 𝐴2𝑒− 𝛽 − 

 𝑡 (3.134)

𝑛(𝑡) = 𝑛0 𝛽 𝛽 −  𝑒

𝜆

𝛽 − 𝑡− 

𝛽 −  𝑒

− 𝛽

(70)

58

Hình 3.12Sự phân tán bước nhảy

Khi  >0, phân tích xấp xỉ bước nhảy nhanh có tương tự với phương trình động học lị phản ứng :

Ở khơng có bước trước tăng hàm mũ thời gian sống neutron nhanh Ɩ biến đổi bao hàm neutron trễ tăng hàm mũ biên độ thích hợp nhận Thời gian sống neutron trung bình nhận cách đặt số mũ số khác:

Do đó, xấp xỉ thời gian sống neutron trung bình nhận được:

𝑃𝑡 = 𝑃0𝑒



Ɩ𝑡𝑏 𝑡

Áp dụng số β = 0.0065; =0.5 mk; λ =0.1s-1 (trung bình cho tất nhóm

tiền tố)

Nó đặc trưng hàm mũ tăng chậm, chu kì lị phản ứng lúc =𝛽 − 

𝜆  120𝑠

Khi  <0, độ phản ứng âm đưa vào lõi lò phản ứng, công suất bị giảm đột ngột, số hạng thứ có vai trị quan trọng, hệ số giảm xuống nhanh Sự giảm xuống nhanh 𝛽

𝛽+ || < <

Chu kì lò phản ứng  xác định

𝑃𝑡 = 𝑃0𝑒Ɩ 𝑡 ;  = keff -Ɩ



Ɩ𝑡𝑏 = 𝜆

𝛽 −  ; Ɩ𝑡𝑏 =

(71)

59

Vậy  trở nên âm, số mũ phương trình thay đổi từ đặc tính hành vi gia tăng ( cố mũ dương) đến đặc tính hành vi tắt dần ( số mũ âm), giảm xuống nhanh kéo theo chu kì âm bền vững

Đối với trường hợp việc đưa vào độ phản ứng âm lớn, dùng cho trường hợp dập lò phản ứng  << - 𝛽 (||>>β

Chu kì  trở thành

=𝛽 − 

𝜆 = −

1

𝜆 𝑛ế𝑢  << − 𝛽

Chu kì lị phản ứng bền vững xác định số phân rã tiền tố neutron trễ Nó xác định nhóm sống dài tiền tố

Sự thay đổi nhanh từ n0 đến

𝛽 − 

𝜆 𝑛0 tức sau đưa vào độ phản ứng

gọi “ bước nhảy nhanh” Mơ hình nhóm neutron trễ có xấp xỉ thích hợp cho gia tăng

3.7.3. Sự xấp xỉ với tốc độ hệ neutron trễ không đổi

Bây giờ, trường hợp xét độ phản ứng thay đổi bước khơn ngoan từ đến 𝜌0 Nó giả định tốc độ sản sinh neutron trễ số tức sau thay đổi độ phản ứng (bên xấp xỉ giây)

Với xấp xỉ này, phương trình động học lị phản ứng điểm viết sau: (từ 3.102 3.103)

Nếu 𝜆𝑖𝐶𝑖(0) khử từ phương trình này, phương trình vi phân cấp theo nhận:

Lời giải phương trình (3.139) cho

=𝛽 −

𝜆 = −

𝛽 + ||

𝜆|| 𝑛ế𝑢 <

(3.136)

𝐶𝑖(𝑡) = 𝐶𝑖(0)

𝑑𝑛 𝑑𝑡 =

𝜌0− 𝛽

Λ 𝑛(𝑡) + ෍ 𝜆𝑖𝐶𝑖(0)

𝑖=1

൭𝑖 = 1~6, 𝛽 = ෍ 𝛽𝑖

𝑖=1

൱ (3.137)

0 = 𝛽𝑖

𝛬𝑛(0) − 𝜆𝑖𝐶𝑖(0) (3.138)

𝑑𝑛 𝑑𝑡 =

𝜌0− 𝛽

Λ 𝑛(𝑡) +

𝛽

(72)

60

Khi thời gian hệ neutron nhanh Λ ngắn, số hạng 𝑒−𝛽−𝜌0Λ 𝑡 tắt dần nhanh

chóng với thời gian, 𝑛(𝑡) tiến vi tiệm cận đến 𝛽

𝛽−𝜌0𝑛0 Như kể xấp xỉ

tốc độ sản sinh neutron trễ không đổi thích hợp để mơ tả hành vi thay đổi công suất nhanh (bước nhảy nhanh) cách tức thời sau đưa vào độ phản ứng

3.7.4. Sự xấp xỉ bước nhảy nhanh

Khi thời gian trôi qua sau đưa vào độ phản ứng , hầu hết thay đổi lối bị ảnh hưởng tiền tố neutron trễ 𝑑𝑛(𝑡)

𝑑𝑡

= 0

Với xấp xỉ này, phương trình động lực học lị phản ứng điểm sau (từ 3.102 3103)

Nếu neutron trễ giả định nhóm

𝐶

𝑛(𝑡) = 𝑛0𝑒−𝛽−𝜌0Λ 𝑡+ 𝛽

𝛽 − 𝜌0𝑛0൤1 − 𝑒

−𝛽−𝜌0Λ 𝑡൨ (3.140)

0 = 𝜌(𝑡) − 𝛽

Λ

𝑛

𝑡

+

𝜆

𝐶

𝑡

൭𝑖 = 1~6, 𝛽 = ෍ 𝛽

6

𝑖=1 ൱

𝑖=1

(3.141)

𝑑𝐶𝑖(𝑡)

𝑑𝑡 =

𝛽𝑖

Λ 𝑛(𝑡) −

𝜆

𝐶

𝑡

{

0 =𝜌(𝑡) − 𝛽

Λ

𝑛

𝑡

+ 𝜆𝐶

𝑡

𝑑𝑡 =

𝛽

Λ𝑛(𝑡) − 𝜆𝐶(𝑡) 𝜆𝐶(𝑡) = −𝜌(𝑡) − 𝛽

(73)

61 Và lời giải

Nếu 𝜌(𝑡) = 𝜌0

Cơng suất thay đổi nhanh từ 𝑛0 đến 𝛽

𝛽−𝜌0 bước nhảy nhanh tức sau

đưa vào độ phản ứng

Nếu 𝑛0 phương trình 3.144 𝑛0 𝛽

𝛽−𝜌0, đưa đến kết

Và khớp với số hạng phương trình (3.135) mà nhận khơng có xấp xỉ gần

Sự thay đổi công suất nhanh bước nhảy nhanh tổng quát biểu thị sau lò phản ứng tới hạn hay độ phản ứng âm đưa vào:

Ở số trạng thái trước sau đưa vào độ phản ứng

𝑑 𝑑𝑡[− 𝜌(𝑡) − 𝛽 𝜆Λ 𝑛(𝑡)] = 𝛽 Λ𝑛(𝑡) + 𝜌(𝑡) − 𝛽 Λ

𝑛

𝑡

Λ

𝑛

𝑡

= 0

Λ

𝑛

𝑡

= 0

𝑑𝑡 𝑛(𝑡) + (𝜌(𝑡) − 𝛽) 𝑑𝑛

𝑑𝑡 + 𝜆𝛽𝑛(𝑡) + 𝜆𝜌(𝑡)𝑛(𝑡) − 𝜆𝛽𝑛(𝑡) = (𝜌(𝑡) − 𝛽)𝑑𝑛

𝑑𝑡 + [ 𝑑𝜌(𝑡)

𝑑𝑡 + 𝜆𝜌(𝑡)] 𝑛(𝑡) =

(3.143)

𝑛(𝑡) = 𝑛0𝑒𝐴(𝑡)

ở 𝐴(𝑡) ≡ න 𝑑𝜏𝜌(𝜏) + 𝜆𝜌(𝜏) 𝛽 − 𝜌(𝜏) 𝑡 (3.144)

𝑛(𝑡) = 𝑛0𝑒 𝜆𝜌0

𝛽−𝜌0𝑡

𝑛(𝑡) = 𝑛0 𝛽 𝛽 − 𝜌0𝑒

𝜆𝜌0

𝛽−𝜌0𝑡

𝑛1 𝑛0 =

𝛽 − 𝜌0 𝛽 − 𝜌1

(74)

62

3.7.5. Bước tăng tức thời

Trong thực tế, quan trọng biết mật độ neutron tăng hay giảm đến mức Điều đánh giá cách dễ dàng cách giả thiết mật độ tiền tố không thay đổi độ phản ứng thay đổi

Xét thay đổi bước độ phản ứng từ trạng thái cân trước thay đổi, phương trình động học lị điểm trạng thái cân là:

− 𝛽

 𝑛(0) + ෍ 𝜆𝑖𝐶𝑖(0) =

𝑖=1

Suy

෍ 𝜆𝑖𝐶𝑖(0) = − − 𝛽

 𝑛(0)

6

𝑖=1

Đây giá trị số hạng tổng trạng thái cân trước đưa vào độ phản ứng Sau đưa vào độ phản ứng, thông lượng neutron thay đổi nhanh tiền tố phát neutron trễ phải thời gian sau Vì ta giả thiết số hạng trễ ∑ 𝜆𝑖 𝐶 𝑖(𝑡) khơng thay đổi, ta có:

Lời giải (3.136) cho:

Khi  < β hai hàm mũ giảm theo thời gian với chu kì:

 = |  𝑜 − 𝛽| =

𝑙 − 𝑘 Do đó, hàm mũ giảm nhanh ta có:

𝑛(𝑡) = 𝑜− 𝛽 − 𝛽 𝑛(0) Nếu > 0 > 0 , ta có:

Mật độ neutron nhảy đến mức nhanh Chú ý bước nhảy tức thời liên quan đến thành phần tắt nhanh lời giải thành phần tắt thông lượng trì mức dưới, sau thành phần với ω= 0 làm cho mức mật

𝜕𝑛(𝑡)

𝜕𝑡 =

− 𝛽

 𝑛(𝑡) −

𝜌0− 𝛽

 𝑛𝑜 (3.146)

(3.147)

𝑛(𝑡) = 𝑛(0)𝑒−𝛽  𝑡 + 𝑜 − 𝛽

− 𝛽 𝑛(0) (1 − 𝑒

−𝛽

 𝑡)

𝑛(𝑡) 𝑛(0) =

𝑜− 𝛽

(75)

63

độ neutron tăng theo hàm mũ Bước nhảy nhanh tới mức thông lượng gọi “ bước tăng tức thời”

Nếu  < 0 =0, ta có

Suy ra:

= (1 − 𝑛𝑜 𝑛(𝑡) ) 𝛽

Xấp xỉ thường dùng để đo độ phản ứng âm gọi phương pháp thả rơi thanh

Hình 3.13Lối LPU giảm tức bước nhảy nhanh sau giảm dần phân rã tiền tố neutron trễ

3.7.6. Phương pháp rơi điều khiển

Phương pháp rơi điều khiển dùng để xác định toàn độ phản ứng điều khiển đơn hay xác định độ phản ứng vài điều khiển Khi lò phản ứng hoạt động với lối không đổi bất ngờ thêm độ phản ứng âm – 𝛿𝜌 việc đưa vào điều khiển Lối lị phản ứng giảm tức bước nhảy nhanh sau lối giảm dần phân rã tiền tố neutron trễ

Nếu lối ban đầu 𝑛0 lối mà giảm bước nhảy nhanh 𝑛(0), phương trình (3.162)

𝑛(𝑡) 𝑛(0) =

𝛽

𝛽 − (3.149)

(76)

64 Chúng ta tính 𝑛(0)

𝑛0 việc ngoại suy thay đổi thời gian việc đếm đến t=0 Từ kết xác định độ phản ứng đưa vào 𝛿𝜌 dùng phương trình (3.162)

Để đo lường độ phản ứng kỹ thuật rơi điều khiển, đo lường rơi lối LPU sau rơi điều khiển khắp thời gian dùng ống đếm neutron đa kênh, xác định giá trị tích phân nó, xác định độ phản ứng dùng phương trình (3.163)

Độ xác kỹ thuật cao kỹ thuật xác định 𝑛0 ngoại suy Chúng ta cần giữ LPU trạng thái tới hạn tiền tố neutron trễ đạt tới trạng thái cân trước đưa vào điều khiển Hình (3.14) (3.15) độ phản ứng tương đương cho chiều dài đơn vị điều khiển thay đổi độ phản ứng tương đương lấy khỏi lượng điều khiển

Hình 3.14 Độ phản ứng tương đương cho chiều dài đơn vị (đường cong vi phân)

-0,1 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3

8 58 108 158 208 258 308 358

Δ

x/

Δρ

(pcm

/cm

)

Vị trí điều khiển (cm)

Δρ/Δx

𝑛(0) 𝑛0 =

𝛽 𝛽 + 𝛿𝜌

(3.162)

𝛿𝜌 = 𝑛0

׬ 𝑛(𝑡)𝑑𝑡0∞ ൥Ɩ + ෍ 𝛽𝑖 𝜆𝑖

𝑖=1

(77)

65

Hình 3.15 Sự biến thiên độ phản ứng lượng mà điều khiển kéo khỏi (đường cong tích phân)

Độ phản ứng tương đương cho chiều dài đơn vị đạt giá trị cực đại điều khiển hữu tâm lõi LPU Khi tích phân đường cong tích phân (b) nhận

-270 -220 -170 -120 -70 -20

8 58 108 158 208 258 308 358

Độ

ph

ản ứ

ng

(

pcm

)

Vị trí điều khiển (cm)

(78)

66

CHƯƠNG 4

THỰC NGHIỆM CHUẨN HÓA NHÓM THANH

ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH

TRÊN HỆ THIẾT BỊ MƠ PHỎNG COSI OPR 1000

4.1. Thí nghiệm chuẩn hóa nhóm điều khiển R1, R2, R3, R4, R5 phương pháp thả rơi

4.1.1. Nhóm R1

4.1.1.1 Chuẩn hóa nhóm R1 ví trí 8cm

Các thơng số ban đầu

-Power= 3.47073E-05W

-Boron=1074ppm

-T= 295.80oC

-Reactivity= 0.89pcm

-Số đếm neutron=6671.95neutron/s

-Thông lượng neutron trễ LPU OPR 1000 β=0.00713049 [11] -Thiết lập mức công suất cảnh báo 0.01, nồng độ boron=1074 ppm -Thiết lập vị trí nhóm R1 ví trí 8cm, nhóm điều

khiển cịn lại vị trí 381cm Sao chọn RUN

Các thông số sau thả rơi vị trí 8cm

-Power= 3.67501E-07W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Reactivity=-442.68pcm

-Số đếm neutron=71.54798274 neutron/s

Hình 4.1 Đồ thị biễn diễn trình thay đổi độ phản ứng nhóm R1 rút vị trí 8cm

y = -7E-10x + 4E-07 R² = 0,9976

7E-08

0 50 100 150 200 250 300 350

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHÓM THANH R1 TẠI VỊ TRÍ8CM

Lối LPU sau đưa vào điều khiển

Ngoại suy n(0)

(79)

67

Sự thay đổi độ phản ứng rút R1 vị trí 8cm:

𝜌 = (1 −𝑛0

𝑛𝑡) 𝛽 = (1 −

3.47073𝐸 − 05

3.67501𝐸 − 07) × 0.00713049 = −0.666282385

4.1.1.2 Chuẩn hóa nhóm R1 ví trí 50 cm

-Power= 4.63968E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Reactivity= 0.89 pcm

-Số đếm neutron=9126.63 neutron/s

-Thông lượng neutron trễ LPU OPR 1000 β=0.00713049 -Thiết lập mức công suất cảnh báo 0.01, nồng độ boron=1074 ppm -Thiết lập vị trí nhóm R1 ví trí 50cm, nhóm điều

-Power= 5.17045E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Reactivity= -421.94 pcm

-Số đếm neutron= 101.5034583 neutron/s

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.63968E − 05

5.17045E − 07) × 0.00713049 = −0.632720381

y = -1E-09x + 5E-07 R² = 0,9969

8E-08

0 50 100 150 200 250 300 350

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHĨM THANH R1TẠI VỊ TRÍ 50CM

Ngoại suy n(0)

(80)

68

Các thông số ban đầu

-Power= 4.44463E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

Các thơng số sau thả rơi vị trí 98cm

-Power= 5.83312E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Số đếm neutron= 114.9437368neutron/s

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.44463E − 05

5.83312E − 07) × 0.00713049 = −0.53618759

y = -1E-09x + 6E-07 R² = 0,9982

8E-08

0 50 100 150 200 250 300 350

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHÓM THANH R1TẠI VỊ TRÍ 98CM

Lối LPU sau đưa vào điều kiển Ngoại suy n(0)

(81)

69

-Power= 4.38302E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 1.27015E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

Hình 4.4 Đồ thị biễn diễn q trình thay đổi độ phản ứng nhóm R1 rút vị trí 200cm

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.38302E − 05

1.27015𝐸 − 06) × 0.00713049 = −0.238928085

y = -2E-09x + 1E-06 R² = 0,9976

0,0000002

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

Ngoại suy n(0)

(82)

70

-Power= 4.52219E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 4.9186E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Số đếm neutron= 982.649378 neutron/s

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.52219E − 05

4.9186E − 06 ) × 0.00713049 = −0.058427612

y = -4E-09x + 5E-06 R² = 0,9984

0,000001

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHÓM THANH R1TẠI VỊ TRÍ 300CM

Ngoại suy n(0)

(83)

71

4.1.2. Nhóm R2

-Power= 0.0000507406 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 3.1575E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

0.0000507406

3.1575E − 07) × 0.00713049 = −1.138728823

y = -8E-10x + 3E-07 R² = 0,9997

0,0000000500 0,0000005000 0,0000050000 0,0000500000

0 50 100 150 200 250 300

P

o

w

er

(

W

)

Times (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHÓM THANH R2 TẠI VỊ TRÍ 8CM Lối LPU sau đưa vào điều khiển

Ngoại suy n(0)

(84)

72

-Power= 4.85969E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 3.18836E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

𝜌 = (1 −𝑛0

𝑛𝑡) 𝛽 = (1 −

5.25469𝐸 − 05

3.18836𝐸 − 07) × 0.00713049 = −1.079696792

y = -8E-10x + 3E-07 R² = 0,9986

5E-08 0,00005

0 50 100 150 200 250 300

P

o

w

er

(

W

)

Times (s)

(85)

73

-Power= 4.49888E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 3.41992E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.49888E − 05

3.41992E − 07) × 0.00713049 = −0.930881497

y = -8E-10x + 3E-07 R² = 0,9998

5E-08

0 50 100 150 200 250 300

P

o

w

er

(

W

)

Times (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHÓM THANH R2 TẠI VỊ TRÍ 98CM Lối LPU sau đưa vào điều khiển Ngoại suy n(0)

(86)

74

-Power= 4.48085E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 7.16984E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Reactivity=-297.80 pcm

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.48085E − 05

7.16984E − 07) × 0.00713049 = −0.438495062

y = -1E-09x + 7E-07 R² = 0,9941

8E-08

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

o

w

er

(

W

)

Times (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHĨM THANH R2 TẠI VỊ TRÍ 200CM Lối LPU sau đưa vào điều khiển

Ngoại suy n(0)

(87)

75

-Power= 4.43193E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 2.89709E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.43193E − 05

2.89709E − 06) × 0.00713049 = −0.101950654

y = -3E-09x + 3E-06 R² = 0,9961

6E-07 6E-06

0 100 200 300 400 500 600 700

P

o

w

er

(

W

)

Times (s)

(88)

76

4.1.3. Nhóm R3

-Power= 3.37122E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 2.42689E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

3.37122E − 05

2.42689E − 07) × 0.00713049 = −0.983374176

y = -5E-10x + 2E-07 R² = 0,9978

5E-08

0 50 100 150 200 250 300 350

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

Ngoại suy n(0)

(89)

77

-Power= 5.55911E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 4.19187E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

5.55911E − 05

4.19187E − 07) × 0.00713049 = −0.938490697

y = -1E-09x + 4E-07 R² = 0,997

5E-08 0,00005

0 50 100 150 200 250 300

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

Ngoại suy n(0)

(90)

78

-Power= 4.46397E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 3.95672E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.46397E − 05

3.95672E − 07) × 0.00713049 = −0.797331807

y = -9E-10x + 4E-07 R² = 0,9967

7E-08

0 50 100 150 200 250 300 350

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

Ngoại suy n(0)

(91)

79

-Power= 0.000044638 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 8.94224E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

0.000044638

8.94224E − 07) × 0.00713049 = −0.348810246

y = -2E-09x + 9E-07 R² = 0,9956

1,5E-07

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHĨM THANH R3 TẠI VỊ TRÍ 200CM Lối LPU sau đưa vào điều khiển Ngoại suy n(0)

(92)

80

-Power= 4.45516E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 3.46814E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.45516E − 05

3.46814E − 06) × 0.00713049 = −0.084467436

y = -3E-09x + 3E-06 R² = 0,9967

7E-07

0 100 200 300 400 500 600 700 800

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

Ngoại suy n(0)

(93)

81

4.1.4. Nhóm R4

-Power= 0.000040033 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

- Số đếm neutron=7836.5neutron/s

-Power= 2.5171E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

0.000040033

2.5171E − 07) × 0.00713049 = −1.126934116

y = -6E-10x + 3E-07 R² = 0,9949

5E-08 5E-07 5E-06

0 50 100 150 200 250 300

P

o

w

er

(

W

)

Times (s)

Lối LPU sau đưa vào điều khiển Ngoại suy n(0)

(94)

82

-Power= 5.25469E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 3.46314E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

5.25469E − 05

3.46314E − 07) × 0.00713049 = −1.07479338

y = -8E-10x + 3E-07 R² = 0,9946

5E-08 0,00005

0 50 100 150 200 250 300

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

Ngoại suy n(0)

(95)

83

-Power= 4.51352E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 3.53882E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.51352𝐸 − 05

3.53882E − 07) × 0.00713049 = −0.902314622

y = -8E-10x + 4E-07 R² = 0,9953

5E-08

0 50 100 150 200 250 300 350

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

(96)

84

-Power= 4.46679E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 8.41472E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.46679E − 05

8.41472E − 07) × 0.00713049 = −0.371377816

y = -2E-09x + 8E-07 R² = 0,9967

0,0000002

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

(97)

85

-Power= 4.38254E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 3.21746E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.38254E − 05

3.21746E − 06) × 0.00713049 = −0.089994828

y = -3E-09x + 3E-06 R² = 0,9972

7E-07

0 100 200 300 400 500 600 700

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

(98)

86

4.1.5. Nhóm R5

-Power= 3.64585E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 6.69288E-07 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

3.64585E − 05

6.69288E − 07) × 0.00713049 = −0.381292842

y = -1E-09x + 7E-07 R² = 0,9982

1,5E-07 0,0000015 0,000015

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

ĐỒ THỊ THẢ RƠI NHĨM THANH R5 TẠI VỊ TRÍ 8CM Lối LPU sau đưa vào điều khiển Ngoại suy n(0)

(99)

87

-Power= 5.33052E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 1.01268E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

5.55911E − 05

1.01268E − 06) × 0.00713049 = −0.368203066

y = -2E-09x + 1E-06 R² = 0,9951

1,5E-07

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

(100)

88

-Power= 5.21588E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 1.1258E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

5.21588E − 05

1.1258E − 06 ) × 0.00713049 = −0.323228012

y = -2E-09x + 1E-06 R² = 0,9972

0,0000002 0,000002 0,00002

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

(101)

89

-Power= 4.49923E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Reactivity= 0.89pcm

-Power= 1.83376E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

ρ = (1 −n0

nt) β = (1 −

4.49923E − 05

1.83376E − 06) × 0.00713049 = −0.167819966

y = -2E-09x + 2E-06 R² = 0,9962

0,0000004

0 100 200 300 400 500

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

Ngoại suy n(0)

(102)

90

-Power= 4.62826E-05 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

-Power= 7.10654E-06 W

-Boron=1074 ppm

-T= 295.80 oC

𝜌 = (1 −𝑛0

𝑛𝑡) 𝛽 = (1 −

4.62826𝐸 − 05

7.10654𝐸 − 06) × 0.00713049 = −0.0393081

y = -4E-09x + 7E-06 R² = 0,9993

0,000002 0,00002

0 200 400 600 800 1000 1200

P

o

w

er

(

W

)

Time (s)

(103)

91

4.2.Thực nghiệm xác định trạng thái lò phản ứng rút nhóm R1, R2, R3, R4, R5 trạng thái tới hạn có nồng độ Boron 1074ppm

4.2.1. Rút nhóm R1 Các thông số ban đầu

Power= 0.0000421469w

Boron=1074ppm

T= 295.80 oC

Reactivity= 0.87pcm

Rút nhóm R1 với tốc độ điều khiển Rod Speed = cm/s

Hình 4.26 Đồ thị phổ tích phân vi phân thay đổi độ phản ứng tiến hành rút nhóm R1

Sự thay đổi độ phản ứng trình rút R1:

∆𝜌𝑅1= 𝜌381− 𝜌8 = 0.87 − (−473.41) = 474.28 (𝑝𝑐𝑚) 𝜌𝑅1 =∆𝜌𝑅1

𝛽 =

474.28 × 10−5

0.00713049 = 0.66514363

-499 -449 -399 -349 -299 -249 -199 -149 -99 -49 1

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Độ ph ản ứ ng ( pcm )

Vị trí (cm)

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN RÚT THANH R1

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN RÚT THANH R1

0 0,5 1 1,5 2 2,5

8 58 108 158 208 258 308 358

Δρ /Δ x (pcm /cm )

Vị trí (cm)

ĐỒ THỊ PHỔ VI PHÂN RÚT THANH R1

(104)

92

Bảng 4.1 Sự thay đổi độ phản ứng q trình rút nhóm R1

Vị trí (cm) ∆𝝆 (pcm) 𝝆

8 474.28 0.66514363

50 450.54 0.631842973

98 382.09 0.535853777

200 170.20 0.238693274

300 41.48 0.015048054

Power= 0.0000418970w

Boron=1074ppm

T= 295.80 oC

Reactivity= 0.87pcm

Hình 4.27 Đồ thị phổ tích phân vi phân thay đổi độ phản ứng tiến hành rút nhóm R2 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

0,08 0,58 1,08 1,58 2,08 2,58 3,08 3,58

Vị trí (cm)

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Δρ /Δ x (pcm /cm )

Vị trí (cm)

(105)

93

∆𝜌𝑅2= 𝜌381− 𝜌8 = 0.87 − (−805.71) = 806.58 (𝑝𝑐𝑚) 𝜌𝑅1 =∆𝜌𝑅1

𝛽 =

806.58 × 10−5

0.00713049 = 1.131170509

Bảng 4.2 Sự thay đổi độ phản ứng trình rút nhóm R2

8 806.58 1.131170509

50 769.24 1.078796829

98 662.58 0.929220853

200 291.25 0.437571611

300 72.52 0.101697078

4.2.3. Rút nhóm R3 Các thơng số ban đầu

Power= 0.0000406120w

Boron=1074ppm

T= 295.80 oC

Reactivity= 0.89pcm

(106)

94

∆𝜌𝑅3= 𝜌381− 𝜌8 = 0.87 − (−698.29) = 699.16 (𝑝𝑐𝑚) 𝜌𝑅1= ∆𝜌𝑅1

𝛽 =

699.16 × 10−5

0.00713049 = 0.9805357 Bảng 4.3 Sự thay đổi độ phản ứng trình rút nhóm R3

8 699.16 0.9805357

50 667.58 0.936247018

98 567.55 0.795962129

200 247.25 0.346764388

300 60.00 0.084159714

-799 -699 -599 -499 -399 -299 -199 -99 1

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Ví trí (cm)

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN RÚT THANH R3

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

8 58 108 158 208 258 308 358

Δρ /Δ x (pcm /cm )

Vị trí (cm)

(107)

95

4.2.4. Rút nhóm R4 Các thơng số ban đầu

Power= 0.0000409292w

Boron=1074ppm

T= 295.80oC

Reactivity= 0.87pcm

∆𝜌𝑅4= 𝜌381− 𝜌8 = 0.87 − (−797.97) = 798.84 (𝑝𝑐𝑚) 𝜌𝑅1 =∆𝜌𝑅1

𝛽 =

798.84 × 10−5

0.00713049 = 1.120315715

-899 -799 -699 -599 -499 -399 -299 -199 -99 1

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Độ ph ane ứng ( pcm )

Vị trí (cm)

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Δρ /Δ x (pcm /cm )

Vị trí (cm)

(108)

96

Bảng 4.4 Sự thay đổi độ phản ứng q trình rút nhóm R4

8 798.84 1.120315715

50 765.88 1.07408467

98 641.35 0.899440291

200 264.75 0.371292856

300 63.91 0.089622172

Power= 0.0000413936w

Boron=1074ppm

T= 295.80 oC

Reactivity= 0.87pcm

Hình 4.30 Đồ thị phổ tích phân vi phân thay đổi độ phản ứng tiến hành rút nhóm R5 -299 -249 -199 -149 -99 -49 1

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Vị trí (cm)

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

8 58 108 158 208 258 308 358 408

Δ x/ Δρ (pcm /cm )

Vị trí (cm)

(109)

97

∆𝜌𝑅1= 𝜌381− 𝜌8 = 0.87 − (−270.71) = 271.58 (𝑝𝑐𝑚) 𝜌𝑅1= ∆𝜌𝑅1

𝛽 =

271.58 × 10−5

0.00713049 = 0.380885465 Bảng 4.5 Sự thay đổi độ phản ứng q trình rút nhóm R5

8 271.58 0.380885465

50 261.75 0.367099596

98 229.87 0.322383174

200 118.40 0.166061519

(110)

98

CHƯƠNG 5

ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ

5.1.Tổng quan tình hình, mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu

Thông qua đề tài khóa luận làm rõ cấu, chức năng, nguyên lí, cách vận hành hoạt động hệ thiết bị mô CoSi OPR 1000 lò phản ứng OPR 1000 Đề tài trình bày sở lý thuyết để tiến hành thực thí nghiệm, tiến hành đo đạc thu thập số liệu thay đổi độ phản ứng nhóm điều khiển R1, R2, R3, R4, R5 phương pháp thả rơi thanh, khảo sát độ mạnh – yếu nhóm điều khiển hệ thiết bị mô CoSi OPR 1000 khoa Kĩ thuật hạt nhân (A11), trường Đại học Đà Lạt

Do hệ thống mô tiên tiến vừa trường Đại học Đà Lạt tiếp nhận chưa lâu, nên kinh nghiệm cho trình vận hành thực thí nghiệm đo đạc cịn ít, phải trãi qua nhiều lần nghiên cứu, đọc tài liệu hệ mô CoSi OPR 1000 sở lí thuyết lị phản ứng tiến hành thực nghiệm thành cơng, đối chiếu kết thu thập được, xử lí số liệu thực nghiệm xác Sau khóa luận tơi hồn tồn tự tin việc điều khiển, vận hành tốt hệ thiết bị mô CoSi OPR 1000

5.2.Đánh giá kết nghiên cứu khóa luận

5.2.1. Khảo sát độ mạnh yếu nhóm

Bảng 5.1 Thống kê độ phản ứng nhóm thu dùng phương

pháp thả rơi điều khiển

Vị trí R1 R2 R3 R4 R5

8 0.666282385 1.138728823 0.983374176 1.126934116 0.381292842 50 0.632720381 1.079696792 0.938490697 1.07479338 0.368203066 98 0.53618759 0.930881497 0.797331807 0.902314622 0.323228012 200 0.238928085 0.438495062 0.348810246 0.371377816 0.167819966 300 0.058427612 0.101950654 0.084467436 0.089994828 0.0393081

(111)

99

5.2.2. So sánh với phương pháp rút nhóm điều khiển

Bảng 5.2 Thống kê độ phản ứng nhóm thu tiến hành đo vi

phân tích phân

Vị trí R1 R2 R3 R4 R5

8 0.66514363 1.131170509 0.9805357 1.120315715 0.380885465 50 0.631842973 1.078796829 0.936247018 1.07408467 0.367099596 98 0.535853777 0.929220853 0.795962129 0.899440291 0.322383174 200 0.238693274 0.437571611 0.346764388 0.371292856 0.166061519 300 0.015048054 0.101697078 0.084159714 0.089622172 0.039232928 So sánh kết thu từ hai phương pháp thả rơi phương pháp rút ta có kết gần giống nhau, có chêch lệch nhỏ Độ phản ứng nhóm theo thứ tự mạnh R2>R4>R3>R1>R5

Kết thu từ phương pháp thả rơi đáng tin cậy so với phương pháp đo tích phân vi phân, độc lập so với trường neutron hấp thụ nhiên liệu, kết tính tốn thơng qua thơng lượng neutron trễ lị phản ứng Do ta thấy tầm ảnh hưởng to lớn tiền tố neutron trễ việc điều khiển lò phản ứng

(112)

100

KẾT LUẬN

Khóa luận khảo sát, đánh giá xếp độ mạnh – yếu nhóm điều khiển vai trị quan trọng nhóm tham gia vào trình vận hành, điều khiển lị phản ứng Xác định độ thay đổi phản ứng thay đổi vị trí nhóm lị phản ứng độ phổ tích phân, đồ thị phổ vi phân giá trị tính tốn cho nhóm hệ thiết bị mơ CoSi OPR 1000 Vì chuẩn hóa nhóm điều khiển phương pháp thả rơi nên cho kết xác phương pháp khảo sát lại

(113)

101

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Choi, Y.S (2014), Zero Power Physics Test by using CoSi for OPR1000, KHNP, Busan

[2] Dan, G C (2010), Handbook of nuclear engineering, Spinger, New York

[3] Daniel Rozon (1997), Introduction to Nuclear Reactor Kinetics, Editions de l’ Ecole Polytechnique de Montreal, Canada

[4] H van Dam, T.H.J.J van der Hagen, J.E Hoogenboom (2005), Nuclear Reactor Physics, Delft University of Technology, The Netherlands

[5] James J Duderstsdt, Louis J Hamilton (1976), Nuclear Reactor Analysis, John Wiley & Sons, USA

[6] Jean Koclas (1998), Neutronic Analysis of Reactors, Editions de l’

Ecole Polytechnique de Montreal, Canada

[7] Kim, S.H (2011), Nuclear reactor system engineering, UNIST, Ulsan [8] Lamarsh, J R (1966), Introduction to nuclear reactor theory, Third Edition, Addison Wesley Publishing, New Jersey

[9] Lewis, E E (2008), Fundamentals of Nuclear Reactor Physics, California Academic Press, San Diego

[10] Program user manual (2014), CRI – KHNP

Khóa luận tốt nghiệp K37

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LÒ

PHẢN ỨNG OPR 1000

HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR1000

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ PHẢN ỨNG

Đồng vị

a

Vùng lượng (MeV)

ρ

𝜌($) =

= 0

𝐶

𝑛

𝑡

+

𝜆

𝐶

𝑡

൭𝑖 = 1~6, 𝛽 = ෍ 𝛽

𝜆

𝐶

𝑡

𝑛

𝑡

+ 𝜆𝐶

𝑡

𝑛

𝑡

𝑛

𝑡

= 0

𝑛

𝑡

= 0

THỰC NGHIỆM CHUẨN HÓA NHÓM THANH

ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH

TRÊN HỆ THIẾT BỊ MƠ PHỎNG COSI OPR 1000

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN RÚT THANH R1

ĐỒ THỊ PHỔ VI PHÂN RÚT THANH R1

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN RÚT THANH R2

ĐỒ THỊ PHỔ VI PHÂN RÚT THANH R2

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN RÚT THANH R3

ĐỒ THỊ PHỔ VI PHÂN RÚT THANH R3

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN RÚT THANH R4

ĐỒ THỊ PHỔ VI PHÂN RÚT THANH R4

ĐỒ THỊ PHỔ TÍCH PHÂN RÚT THANH R5

ĐỒ THỊ PHỔ VI PHÂN RÚT THANH R5

ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO