L ỜI CẢM ƠN
1.3.1. Giới thiệu về bể nhiên liệu thải
Bể nhiên liệu thải (SFP - Spent fuel pool) là bể làm bằng bê tông cốt thép (có thể lót thép) chứa nước để ngâm các bó nhiên liệu có hoạt độ phóng xạ cao sau khi chúng được đưa ra khỏi lõi lò phản ứng. Nhiên liệu được thả ngập sâu trong nước nhằm che chắn phóng xạ, cho phép việc sắp xếp và lưu trữ nhiên liệu được tiến hành mà không cần che chắn đặc biệt cho người vận hành.
Trong các lò nước nhẹ áp lực, khoảng một phần tư đến một phần ba tổng tải nhiên liệu của lò phản ứng được lấy ra từ lõi theo chu kì từ 12 đến 18 tháng và thay thế bằng nhiên liệu mới. Nhiên liệu thường được di chuyển từ lò phản ứng đến bể nhiên liệu thải bằng các hệ thống xử lý tự động, mặc dù một số nơi hệ thống điều khiển bằng tay vẫn còn sử dụng. Các bó nhiên liệu vừa được đưa ra từ lõi thường được để tách biệt trong vài tháng để làm mát ban đầu trước khi được sắp xếp vào bể nhiên liệu thải. Các kệ kim loại có nhiệm vụ giữ cho nhiên liệu ở các vị trí an toàn để tránh khả năng đạt trạng thái tới hạn.
Nước trong bể liên tục được làm mát để loại bỏ nhiệt phân rã sinh ra từ nhiên liệu. Nếu không được làm mát liên tục, nước sẽ bị nóng lên và sôi. Nếu để nước trong bể bị sôi và bay
hơi hay thất thoát thì các bó nhiên liệu sẽ bị quá nóng đến mức nóng chảy và bốc cháy. Các nghiên cứu của Ủy ban điều tiết hạt nhân Hoa Kỳ (NRC – Nuclear Regulatory Commission) đã ước tính rằng nếu tai nạn như vậy xảy ra sẽ có hàng ngàn người dân sống trong phạm vi 50 dặm có thể chết vì lượng phóng xạ bị giải phóng ra môi trường.
Bể chứa nhiên liệu thải của các nhà máy điện hạt nhân nước nhẹ áp lực thường được đặt ở trong các tòa nhà liền kề với cấu trúc chứa lò phản ứng như hình 1.19 nhằm đảm bảo thuận lợi cho việc đưa nhiên liệu thải vào bể.. Các cấu trúc này được thiết kế để chịu được các thảm họa thiên nhiên như: động đất, lốc xoáy, bão, lũ lụt và bão tuyết… nhưng không thể tránh khỏi hư hại do sự phá hoại cố ý của con người từ bên trong và các vụ tai nạn máy bay do vô tình hay cố ý.
Hình 1.20 trái là cấu trúc của một gian chứa nhiên liệu thải đang được xây dựng [22]. Các lỗ lớn ở trung tâm bức ảnh bên trái cho phép các nhân viên vào bên trong cấu trúc của
Hình 1.19. Sơ đồ mặt cắt nhà máy điện hạt nhân
Hình 1.20. Bể nhiên liệu thải đang xây dựng nhìn từ bên ngoài (trái) và bên trong (phải)
lò phản ứng. Một lỗ nhỏ phía dưới bên trái của bức ảnh (một phần bị che khuất bởi cốt thép đang đổ bê tông) cho phép lấy nhiên liệu từ lò phản ứng sang bể chứa nhiên liệu thải. Cấu trúc chứa lò phản ứng được lót thép và bọc bê tông cốt thép trong khi bể chứa nhiên liệu thải thường chỉ làm bằng bê tông cốt thép.
Hình 1.20 phải chụp bên trong một bể chứa nhiên liệu thải đã được xây dựng gần hoàn chỉnh. Có thể thấy ở dưới đáy bể là các khay để chứa các bó nhiên liệu thải. Đoạn hở giữa 2 cầu bê tông ở góc dưới bên phải là khu vực vận chuyển nhiên liệu. Các bó nhiên liệu được vận chuyển theo phương ngang khi đến đúng vị trí khay nhiên liệu cần đặt thì được đưa xuống theo phương thẳng đứng.
Máy bay hoặc tên lửa tấn công vào bể chứa nhiên liệu không cần phải phá hủy hoàn toàn bể mà chỉ cần phá vỡ bức tường bê tông hoặc sàn của bể làm cho nước thoát ra ngoài. Một số nhà máy điện hạt nhân (ví dụ lò phản ứng kiểu nước sôi) dễ hư hại khi bị tấn công vì nó được xây dựng cao hơn. Trong hình 1.21 trái, bể chứa nhiên liệu thải là phần màu xanh cao nhất bên trái.
Hình 1.21 phải là bộ phận để di chuyển nhiên liệu trong bể chứa nhiên liệu thải. Bộ phận này được chạy trên các thanh ray nằm ngang. Phần tường màu tối phía sau chính là phần có màu xanh ở hình 1.21 trái.
Một vấn đề xảy ra khi lưu trữ nhiên liệu thải dưới bể nước là các tia phóng xạ sẽ làm cho các phân tử nước phân ly sinh ra các phân tử hyđrô tạo nguy cơ xảy ra các vụ nổ. Vì vậy, trong bể nhiên liệu thải luôn có bộ phận theo dõi và thu hồi lượng hyđrô sinh ra này.
Thay vì chỉ bảo quản và làm mát nhiên liệu thải, hiện nay người ta đang tiến hành nhiều dự án để sử dụng bể nhiên liệu thải vào các mục đích hữu ích. Trung Quốc đang xây dựng một lò phản ứng hạt nhân 200 MWt sử dụng nhiên liệu thải từ các nhà máy điện hạt nhân để tạo ra nhiệt dùng vào việc sưởi ấm và khử mặn. Đây bản chất là một bể chứa nhiên
nhiên liệu thải nhưng hoạt động như một lò phản ứng mức nước sâu. Kiểu lò này sẽ hoạt động ở áp suất khí quyển nên sẽ làm giảm các yêu cầu kỹ thuật an toàn. Trong bể chứa đặc biệt này thay vì hạn chế lượng hyđrô sinh ra thì người ta còn khuyến khích bằng cách cho thêm chất xúc tác để tăng cường quá trình ion hóa. Lượng hyđrô này sau đó sẽ được rút ra để sử dụng làm nhiên liệu.