7. CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI
2.6.5. Điều khiển phản ứng dây chuyền
Ta đã biết hệ số nhân neutron là f= npk
SVTH: Lê Thị Bé Thơ 20 SP Vật Lý – Công Nghệ
Nếu f > 1 rất nhiều thì phản ứng dây chuyền xảy ra với tốc độ rất nhanh, một năng lượng rất lớn tỏa ra trong một thời gian rất ngắn, như thế sẽ tạo nên một vụ nổ mạnh với
áp suất lên đến hàng triệu atmôtphe và nhiệt độ lên đến hàng triệu độ. Người ta dựa vào
điều này để chế tạo ra bom nguyên tử.
Nếu f < 1 rất ít thì phản ứng dây chuyền xảy ra với tốc độ chậm và năng lượng
phân hạch tỏa ra từ từ, nghĩa là phản ứng dây chuyền có thể điều khiển được. Ứng dụng
SVTH: Lê Thị Bé Thơ 21 SP Vật Lý – Công Nghệ
Chương 3. CÁC THẾ HỆ LÒ PHẢN ỨNG
Bắt đầu từ những năm 2000 trở lại đây, các NMĐHN được phân loại thành các thế
hệ :
- Thế hệ I: Các lò phản ứng nguyên mẫu (prototypes),
- Thế hệ II: Các NMĐHN đã xây dựng và đang vận hành, - Thế hệ III và III+ : Các lò phản ứng tiên tiến,
- Thế hệ lò phản ứng tiếp theo - thế hệ IV .
Các thế hệ III, III+ và IV kế thừa các ưu điểm và khắc phục các nhược điểm của các
thế hệ trước.
Hình 3.1. Các thế hệ lò phản ứng hạt nhân
3.1. Thế hệ I
Các lò phản ứng thương mại nguyên mẫu (prototype) vận hành vào những năm
1950 - 1960. Lò phản ứng thương mại đầu tiên trên thế giới với công suất 5 MW được đưa vào vận hành năm 1954 tại Liên Xô cũ. Sau đó, tại Anh, lò phản ứng Calder Hall được đưa vào vận hành vào năm 1956 với công suất ban đầu là 50 MW. Nhà máy ĐHN thương mại đầu tiên tại Mỹ là Shippingport vận hành vào năm 1957, với công suất 60
MW. Nhiều lò phản ứng thế hệ I chỉ là đơn chiếc, như lò Fermi I ở Mỹ, chứ không đại
diện cho một kiểu thiết kế nào cả. Trong khi với thế hệ II các lò có khuynh hướng xây
dựng hàng loạt, mặc dù được thiết kế riêng biệt nhưng áp dụng cùng một nguyên lý thiết
SVTH: Lê Thị Bé Thơ 22 SP Vật Lý – Công Nghệ
3.2. Thế hệ II
Các lò thế hệ II là một số thiết kế được phát triển từ các lò phản ứng thế hệ I. Đã có nhiều thay đổi đáng kể trong thiết kế và kể cả có một số kiểu hoàn toàn mới so với thế
hệ trước. Các lò phản ứng được xây dựng vào đầu những năm 1970 và 1980 và hiện tại
vẫn đang được vận hành thương mại. Các lò phản ứng nước nhẹ ở Mỹ, Pháp, các lò CANDU ở Canada là những ví dụ về các lò thế hệ II.
3.3. Thế hệ III
Các lò thế hệ thứ III là các thiết kế cải tiến (advanced-design), bao gồm:
- Các lò nước sôi cải tiến (ABWR) do GE thiết kế và được xây dựng tại Nhật
Bản.
- Các lò cải tiến hệ System 80+ do CE (Combustion Engineering) nay thuộc
Westinghouse thiết kế.
- Các lò PWR cải tiến (APWR), do Westinghouse, MHI thiết kế. - Các lò WWER-1000: AES-91, AES-92 của Nga thiết kế.
- Các lò có thiết kế thụ động như AP600 của Westinghouse.
- Các lò EPR (Evolutionary Pressurized / European Pressurized Reactor) – là một
thiết kế tiến hóa kết hợp giữa các thiết kế và kinh nghiệm vận hành các lò N4 của
Framatome và KONVOI của Siemens, Đức.
Một số thiết kế đã được phát triển ở Mỹ và được Cơ quan pháp quy Hoa Kỳ (US- NRC) cấp phép vào những năm 1990. Các lò ABWR và APWR đã/đang được xây dựng
và vận hành ở nhiều nước khác nhau. Một số thiết kế khác cũng đang trong giai đoạn xin
cấp chứng nhận thiết kế của NRC như US EPR.
Các cải tiến quan trọng so với thế hệ II bao gồm:
- Hoàn thiện công nghệ về nhiên liệu.
- Đưa vào các hệ thống an toàn thụ động.
- Các thiết kế được tiêu chuẩn hóa.
Thế hệ III+
Các thiết kế thế hệ III+ nói chung là mở rộng khái niệm thiết kế của thế hệ III trong đó đưa vào các đặc tính an toàn thụ động cải tiến (advanced passive safety). Các
SVTH: Lê Thị Bé Thơ 23 SP Vật Lý – Công Nghệ
thiết kế này có thể duy trì trạng thái an toàn mà không cần sử dụng các thành phần điều
khiển chủ động nào. Chúng có thể đã được phát triển ở những giai đoạn khác nhau vào những năm 1990 và hiện tại bắt đầu được cấp phép xây dựng. Các lò phản ứng có thể được vận hành vào những năm 2010. Các thiết kế thế hệ III+ bao gồm:
- Các lò Advanced CANDU Reactor (ACR).
- Lò AP1000 – dựa trên thiết kế AP600 của Westinghouse.
- Lò Economic Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR) – dựa trên thiết kế
ABWR.
- Lò APR-1400 – Thiết kế PWR cải tiến phát triển từ các lò KNGR (Korean Next Generation Reactor) dựa trên cơ sở thiết kế hệ System 80+ của Mỹ.
- Lò WWER-1200: AES-2006 của Nga thiết kế.
Những lò thế hệ III và III+ có các đặc tính sau:
- Tiêu chuẩn hoá thiết kế cho mỗi loại để rút ngắn quá trình cấp phép, giảm chi phi phí đầu tư và giảm thời gian xây dựng.
- Thiết kế đơn giản hơn và vững chắc hơn làm chúng dễ vận hành và ổn định trong
hệ thống có nhiều dao động.
- Hệ số sẵn sàng hoạt động cao hơn và tuổi thọ dài hơn - mức điển hình là 60 năm.
- Xác suất tai nạn nóng chảy vùng hoạt giảm.
- Tác động tớimôi trường ở mức tối thiểu.
- Độ sâu cháy cao hơn và từ đó giảm nhiên liệu sử dụng và lượng thải phát sinh.
- Sử dụng chất hấp thụ có thể cháy được nhằm tăng thời gian sử dụng nhiên liệu.
3.4. Thế hệ IV
Các lò thế hệ IV là các thiết kế được xác lập bởi GIF (Generation IV International Forum), theo sáng kiến của DOE và 10 quốc gia thành viên khác. Tất cả các lò phản ứng
thế hệ IV hiện còn đang ở giai đoạn thiết kế khái niệm hoặc thực nghiệm và hy vọng sẽ được xem xét khai thác vào những năm 2030. Năm 2002, GIF đã đưa ra lịch trình (Roadmap) cho 6 thiết kế thế hệ IV gồm 3 loại lò nơtrôn nhiệt và 3 loại lò neutrôn nhanh.