Đang tải... (xem toàn văn)
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Trường Đại học Điện lực, Phòng Tổ chức Cán bộ và Bộ môn Điện Hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành khóa học này.. Tôi xin [r]
(1)ĐINH VĂN THÌN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -
Đinh Văn Thìn
XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
(2)ĐINH VĂN THÌN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -
Đinh Văn Thìn
XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ
Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử Hạt nhân Mã số: 60440106
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI VĂN LOÁT
(3)ĐINH VĂN THÌN
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, gặp gỡ, học hỏi làm việc giảng viên nhiệt tình tâm huyết với nghiên cứu khoa học, đặc biệt thầy cô công tác Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý Vì thế, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô, xin chúc thầy cô mạnh khỏe để tiếp tục thắp sáng lửa tri thức dẫn lối cho lớp lớp sinh viên đường nghiên cứu khoa học
Để hoàn thành nội dung nghiên cứu luận văn này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Văn Loát, người thầy trực tiếp dìu dắt hướng dẫn khoa học cho tơi nhiều năm qua Tôi học hỏi thầy không kiến thức chun mơn mà cịn lịng yêu nghề tâm huyết với khoa học Tôi xin chúc thầy gia đình ln mạnh khỏe, hạnh phúc mong muốn thầy tiếp tục cống hiến nhiều cho nghiệp giáo dục đào tạo cho hệ tương lai đất nước
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Trường Đại học Điện lực, Phòng Tổ chức Cán Bộ môn Điện Hạt nhân tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa học
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể người thân, bạn bè tơi, người quan tâm, động viên vượt qua khó khăn sống Tơi xin hứa cố gắng, nỗ lực nhiều để không phụ lòng tin tất người
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày…… tháng…… năm…………
(4)ĐINH VĂN THÌN
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……… ……… ….1
CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……….2
1.1 Độ cháy mối liên hệ với đại lƣợng quan trọng lò phản ứng hạt nhân .………2
1.1.1 Độ cháy
1.1.2 Liên hệ độ cháy đại lượng quan trọng lò phản ứng hạt nhân
1.1.2.1 Các đại lượng nhiệt động học
1.1.2.2 Các tiêu chí an tồn nhiên liệu hạt nhân
1.2 Các phƣơng pháp xác định độ cháy 12
1.2.1 Xác định độ cháy phương pháp hóa học 13
1.2.2 Xác định độ cháy phương pháp khối phổ kế 14
1.2.3 Xác định độ cháy phương pháp không phá hủy mẫu 19
1.3 Lý thuyết lò phản ứng hạt nhân 22
1.3.1 Tương tác notron với hạt nhân 22
1.3.1.1 Tiết diện phản ứng 22
1.3.1.2 Phản ứng tán xạ notron 24
1.3.1.3 Phản ứng chiếm bắt notron 25
1.3.1.4 Phản ứng phân hạch hạt nhân 25
1.3.2 Lý thuyết khuếch tán notron đa nhóm trạng thái tới hạn lò phản ứng hạt nhân 29
1.3.3 Quá trình biến đổi thành phần nhiên liệu hạt nhân 35
CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU… 41
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 41
2.1.1 Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt 41
2.1.1.1 Cấu trúc lò phản ứng 41
(5)ĐINH VĂN THÌN
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 44
2.2.1 Xác định số nhóm sản phẩm phân hạch 44
2.2.2 Tiến hành thực nghiệm 49
2.2.2.1 Cấu tạo hệ đo xạ 49
2.2.2.2 Thực nghiệm 51
2.2.2.3 Các thông số sản phẩm phân hạch sử dụng 52
2.2.3 Phần mềm lập trình MATLAB 54
CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……… 55
3.1 Kết 55
3.1.1 Phân bố cơng suất tâm lị phản ứng 55
3.1.2 Biến thiên số hạt nhân theo thời gian bó nhiên liệu số 62 57
3.1.3 Biến thiên số hạt nhân theo thông lượng bó nhiên liệu số 62 59
3.1.4 Biến thiên độ cháy theo thời gian chiếu xạ thơng lượng notron bó nhiên liệu số 62 61
3.1.5 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi tương đối……….62
3.1.6 Tỷ số đồng vị Cs134 Cs137……….64
3.1.7 Độ cháy bó nhiên liệu số 62……… 65
3.2 Thảo luận 70
KẾT LUẬN 71
(6)ĐINH VĂN THÌN
PHỤ LỤC………75 DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Giá trị giới hạn an toàn số nước sử
dụng.…
Bảng 2: Các đồng vị đặc trưng phù hợp với phương pháp khối phổ
kế……17
Bảng 3: Năng lượng ngưỡng kích thích số hạt
nhân.……….26
Bảng 4: Phân bố lượng theo sản phẩm phân hạch
92U
235.….…27
Bảng 5: Số notron trung bình sinh sau phản ứng phân
hạch.…28
Bảng 6: Một số đặc trưng notron trễ hạt nhân nặng.…29
Bảng 7: Suất lượng phân hạch sản phẩm phân hạch từ 92U235
……36
Bảng 8: Các thơng số liên quan đến bó nhiên liệu số
62………44
Bảng 9: Các thông số
Cs134.……….……….53
Bảng 10: Các thông số
Cs137.………53
Bảng 11: Các thông số Eu154.………
……… 53
Bảng 12: Phân bố cơng suất vị trí nhiên liệu tâm lò phản
(7)ĐINH VĂN THÌN
Bảng 13: Giá trị thực nghiệm nhiên liệu số
62.………63
Bảng 14: Giá trị tính tốn tỷ số đồng vị
Cs134/Cs137……… 64
Bảng 15: Các giá trị tính tốn độ cháy trung bình nhiên
liệu Lò Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt ……… 66
Bảng 16: Các giá trị tham chiếu độ cháy trung bình nhiên
(8)ĐINH VĂN THÌN
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1: Dẫn nhiệt nhiên liệu hạt nhân
……….………3
Hình 2: Đường cong sơi Ukiyama
…….……….….……4
Hình 3: Độ dẫn nhiệt UO2 theo nhiệt độ
……….……….……9
Hình 4: Sự trương nở viên nhiên liệu rão lớp vỏ
………10
Hình 5: Độ dẫn nhiệt qua khe theo độ cháy nhiên liệu PWR
……10
Hình 6: Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính theo chiều cao tâm lị phản ứng
……11
Hình 7: Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính theo độ cháy
……… 11
Hình 8: Khối phổ kế UO2 tự nhiên sau chiếu xạ
………….……15
Hình 9: Khối phổ kế uranium plutonium mẫu trải qua chiếu
xạ……… 16
Hình 10: Phổ plutonium sau chiếu
xạ……….………16
Hình 11: Khối phổ kế zirconium tự nhiên zirconium UO2
bị chiếu xạ có pha trộn với dung dịch zirconium tự nhiên.………19
Hình 12: Bắn chùm notron đồng đến bia mỏng
(9)ĐINH VĂN THÌN
Hình 13: Tiết diện vi mơ phân hạch notron với
92U235………23
Hình 14: Bắn chùm notron đồng đến bia dày
………24
Hình 15: Cơ chế phân hạch hạt nhân theo mẫu giọt chất lỏng
………….…26
Hình 16: Suất lượng sản phẩm phân hạch 92U235 94Pu239.…27
Hình 17: Quá trình phân rã beta sinh notron trễ Br87 I131………28
Hình 18: Chiếm bắt notron nhóm
U235………35
Hình 19: Chiếm bắt notron nhóm
U238………36
Hình 20: Sơ đồ biến đổi chi tiết sản phẩm phân
hạch.………….…40
Hình 21: Mặt cắt đứng lò phản ứng hạt nhân Đà
Lạt.………41
Hình 22: Mặt cắt ngang lị phản ứng hạt nhân Đà
Lạt.………42
Hình 23: Mặt cắt ngang vùng hoạt vành phản
xạ……… 43
Hình 24: Mặt cắt ngang bó nhiên liệu loại
VVR-M2………43
Hình 25: Sơ đồ khối hệ đo
xạ.………49
Hình 26: Cấu hình detector HPGe loại mặt phẳng đồng trục
(10)ĐINH VĂN THÌN
Hình 27: Độ phân giải
lượng.……… ………50
Hình 28: Cấu hình hệ đo thực
nghiệm……… 51
Hình 29: Phân bố cơng suất tâm lị phản
ứng……… 57
Hình 30: Biến thiên số hạt nhân U235 theo thời gian chiếu
xạ………58
Hình 31: Biến thiên số hạt nhân Cs137 theo thời gian chiếu
xạ……… 58
Hình 32: Biến thiên số hạt nhân Cs133 theo thời gian chiếu xạ………58
Hình 33: Biến thiên số hạt nhân Cs134 theo thời gian chiếu xạ……….59
Hình 34: Biến thiên số hạt nhân U235 theo thơng lượng notron……….59
Hình 35: Biến thiên số hạt nhân Cs133 theo thông lượng
notron………60
Hình 36: Biến thiên số hạt nhân Cs134 theo thơng lượng notron……….60
Hình 37: Biến thiên số hạt nhân Cs137 theo thông lượng notron……….60
Hình 38: Biến thiên số hạt nhân Cs134/Cs137 theo thơng lượng notron… 61 Hình 39: Độ cháy theo thời gian chiếu xạ bó nhiên liệu số 62………….61
(11)ĐINH VĂN THÌN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội
2 Ngô Quang Huy (2006), Cơ Sở Vật Lý Hạt Nhân, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội
3 Ngơ Quang Huy (2004), An Tồn Bức Xạ Ion Hoá, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội
4 Ngơ Quang Huy (2004), Vật lý lị phản ứng hạt nhân, NXB Đại học Quốc
gia Hà Nội, Hà Nội
5 Bùi Văn Loát (2000), Xác suất thống kê xử lý số liệu hạt nhân, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội
6 Đặng Đức Nhận, Đinh Văn Thìn (2015), “Khả nhiễm chất khí
phóng xạ khí thải từ nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò FBNR”,
Trường Đại học Điện lực
7 Nguyễn Triệu Tú (2007), Ghi nhận đo lường xạ, NXB Đại học Quốc
gia Hà Nội, Hà Nội
8 Nguyễn Hữu Xí (1962), Kỹ thuật thực nghiệm vật lý hạt nhân, NXB Đại học Tổng hợp, Hà Nội
Tiếng Anh
9 A.L Nichols (2002), Nuclear Data Requirements for Decay Heat
Calculations,Vienna, Austria
10 Attila Vértes, Sándor Nagy, Zoltán Klencsár, Rezso György Lovas, Frank Rösch (2010), Handbook of Nuclear Chemistry: Vol 1: Basics of Nuclear Science; Vol 2: Elements and Isotopes: Formation, Transformation, Distribution; Vol 3: Nuclear Energy Production and Safety Issues,
(12)ĐINH VĂN THÌN 10
11 Dan Gabriel Cacuci (2010), Handbook of Nuclear Engineering, Springer US, USA
12 Glenn F Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement, Wiley, USA
13 Kiyoshi Inoeu, Kaoru Taniguchi, Toshifumi Murata, Hidehiko Mitsui and Akira Doi (1969), Burnup determination of nuclear fuel, Vol 17 No.4 December 1969, Hitachi Ltd, Japan
14 Ls Antơnio Albiac Terremoto (2009), “ Gamma-ray Spectroscopy on
Irradiated Fuel Rods”, 2009 International Nuclear Atlantic Conference -
INAC 2009, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
15 Michael F L'Annunziata (2012), Handbook of Radioactivity Analysis
(Third Edition), Academic Press, USA
16 R I Dobin, T Craciunescu, M Pavelescu (2011), “Candu And Triga Fuel
Burn-up Determination Using Axial And Tomographic Gamma-Scanning”,
Romanian Reports in Physics, Vol 63, No 4, P 1009–1017
17 Raymond L Murray (2008), An Introduction to the Concepts, Systems, and
Applications of Nuclear Processes, Butterworth-Heinemann, USA
18 James J Duderstadt, Louis J Hamilton (1976), Nuclear Reactor Analysis, Wiley, USA
19 Joe D Hoffman, Steven Frankel (2001), Numerical Methods for Engineers
and Scientists (Second Edition), CRC Press, USA
20 John R Taylor (1997), An Introduction to Error Analysis: The Study of
Uncertainties in Physical Measurements, University Science Books, USA
21 Nuclear Energy Agency NEA (2012), Nuclear Fuel Safety Criteria
Technical Review, Organisation for Economic Co-operation and
Development OECD, UK
22 Neil E Todreas, Mujid S Kazimi (1993), Nuclear Systems I - Thermal
(13)ĐINH VĂN THÌN 11
23.Nguyen Minh Tuan, Pham Quang Huy, Tran Tri Vien, Trang Cao Su, Tran Quoc Duong, Dang Tran Thai Nguyen (2012), “ Burnup Measurement of
36% Enriched VVR-M2 Fuel Tupy Assembly of Dalat Reactor Using
Gamma Spectrometer”, Da Lat Nuclear Research Institute, Da Lat
Michael F L'Annunziata