L ỜI CẢM ƠN
1.2.3. Nhiệt phân rã và phóng xạ từ nhiên liệu thải
Khoảng 7% năng lượng trung bình trong mỗi phản ứng phân hạch tiếp tục sinh ra sau đó [23]. Năng lượng này sinh ra từ sự phân rã của các sản phẩm phân hạch. Do đó, khi phản ứng dây chuyền được dập tắt, phản ứng phân hạch cơ bản không còn nhưng năng lượng
phân rã vẫn tiếp tục sinh ra, năng lượng này được gọi là nhiệt phân rã (decay heat). Lượng nhiệt và bức xạ sinh ra từ các bó nhiên liệu thải phụ thuộc vào lượng chất phóng xạ đã được phân hạch (burn-up) và thời gian kể từ khi nhiên liệu được lấy ra khỏi lõi lò phản ứng. Nếu lò hoạt động hết công suất trong thời gian 3–4 ngày trước khi tắt sẽ có nhiệt phân rã cao hơn nhiều so với lò hoạt động ở công suất thấp trong cùng thời gian.
Tỷ lệ nhiệt phân rã (decay-heat) sinh ra từ các bó nhiên liệu thải sẽ thay đổi theo thời gian kể từ khi được lấy ra khỏi lò phản ứng và có thể được tính toán, biểu diễn như trong hình 1.18.
Công suất nhiệt phân rã sinh ra từ lò phản ứng sau khi tắt khoảng 5–6% công suất của lò. Khoảng 1 giờ sau khi tắt thì công suất nhiệt phân rã chỉ còn dưới 1% so với công suất lò. Công suất nhiệt phân rã giảm mạnh do các hạt nhân có chu kỳ bán rã rất ngắn phân rã hết. Nhiệt lượng sinh ra có thể giảm khoảng 100 lần sau năm đầu tiên lấy ra khỏi lò và tiếp tục giảm khoảng 5 lần nữa trong 4 năm tiếp theo (sau 5 năm từ khi lấy khỏi lò). Sau đó công suất nhiệt phân rã sẽ giảm 40% trong thời gian 5 năm nữa (sau 10 năm từ khi lấy khỏi lò) (xem hình 1.18).
Trong vòng một năm từ khi nhiên liệu được lấy khỏi lò phản ứng, nhiệt sinh ra từ các bó nhiên liệu thải chủ yếu tạo bởi bốn đồng vị hạt nhân phóng xạ: Ru-106 (chu kỳ bán rã 372,6 ngày), Ce-144 (chu kỳ bán rã 284,4 ngày), Cs-137 (chu kỳ bán rã 30,2 năm) và Cs-
C ôn g s u ất (W /T ấn U ra ni )
Thời gian từ khi lấy ra khỏi lò phản ứng
Hình 1.18. Nhiệt phân rã từ nhiên liệu thải vẽ dưới dạng logarit theo thời gian lấy ra khỏi lò phản ứng [2]
134 (chu kỳ bán rã 2,1 năm). Do các đồng vị này có chu kỳ bán rã ngắn nên nhiệt lượng chúng sinh ra chiếm 90% toàn bộ nhiệt lượng từ các bó nhiên liệu thải [2].
Các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã dài hơn vẫn còn tồn tại trong nhiên liệu khi công suất nhiệt phân rã của nhiên liệu giảm xuống đáng kể. Cs-137 phân rã tạo thành Ba- 137 và phát ra bêta và tia gamma năng lượng cao. Do Cs-137 có chu kỳ bán rã 30,2 năm nên đủ dài để nó tồn tại trong các bó nhiên liệu thải trong suốt thời gian lưu trữ. Do đó, Cs-137 và các vật liệu khác chứa trong nhiên liệu thải sẽ bị tách thành các hạt nhỏ (aerosols) và phát tán vào không khí khi có sự cố các thanh Zicaloy bị bốc cháy do không được làm mát kịp thời.
Các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn hơn sẽ phân rã nhanh chóng sau khi các bó nhiên liệu được đưa ra khỏi lò phản ứng. I-131 là một trong các đồng vị như vậy, I-131 được đặc biệt quan tâm trong các tại nạn hạt nhân có phát tán phóng xạ do I-131 có thể được hấp thụ một lượng lớn vào tuyến giáp của con người. Tuy nhiên, đối với nhiên liệu thải lấy ra khỏi lò phản ứng vài ba tháng thì lượng I-131 còn không đáng kể vì chu kỳ bán rã của nó chỉ 8 ngày.