10. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC ĐẶC TÍNH VẬT LÝNƠTRON VÀ VẬT LÝ NHIỆT CỦA VÙNG HOẠT WWER
10.3. Tối ưu hóa độ không đồng đều phân bố tỏa năng lượng của các mẻ nhiên liệu
gadolini Kr K0 1,5 2,24 1,5 1,79 1,48 1,94 Các câu hỏi cho mục
“Bảo đảm an toàn khi dẫn thoát nhiệt khỏi vùng hoạt”
1. Các giá trị giới hạn nào của các hệ số không đồng đều được kiểm soát khi vận hành?
2. Ý nghĩa vật lý của “biểu đồ các chếđộ” là gì?
10.3. Tối ưu hóa độ không đồng đều phân bố tỏa năng lượng của các mẻnhiên liệu nhiên liệu
Để dễ thấy hơn, ta phân tích độ không đồng đều tỏa năng lượng của vùng hoạt
đồng nhất dạng trụ có các kích thước tương đương. Sự phân bố dòng nơtron Ф
theo bán kính trong vùng hoạt này có dạng hàm Bessel, theo chiều cao dòng phân
hạn sử dụng đồng nhất với phân bố dòng nơtron (Ф), bởi vì Ψ ~ ΣfФ, ở đây, Σf
trong vùng hoạt đồng nhất, không phụ thuộc vào các tọa độ không gian.
Từđó suy ra, điểm cực đại tỏa năng lượng của vùng hoạt nằm ở trung tâm của nó, ngoài ra, Kr = 2,31, Kz= 1,57, K0 = 3,62, những giá trị đó cao hơn nhiều so với các giá trị giới hạn (xem bảng 10.1).
Để giảm độ không đồng đều tỏa năng lượng đến các giá trị chấp nhận được của các hệ số trong vùng hoạt WWER, người ta sử dụng chu trình nhiên liệu có tháo dỡ một phần. Chu trình nhiên liệu này như sau:
– khi dừng lò phản ứng để thay đảo nhiên liệu sau khi đã khai thác hết dự trữ độ phản ứng cho quá trình cháy, chỉ các BNL có độ cháy cao nhất là được dỡ ra khỏi vùng hoạt;
– các BNL còn lại được sắp xếp lại chủ yếu theo nguyên tắc “cháy nhiều hơn – gần trung tâm hơn”;
– xếp các BNL chưa sử dụng ở hàng biên. Tùy vào chu trình nhiên liệu mà
một số BNL chưa sử dụng được xếp ở những hàng cách xa biên, còn chỉ
một số nào đó được xếp xung quanh các BNL đã cháy;
– trong các mẻ nhiên liệu ổn định, tiếp sau một hai mẻ chuyển tiếp đầu tiên, sử dụng các BNL được làm giàu như nhau. Trong các mẻ nhiên liệu chuyển tiếp, quá trình cháy được mô hình hóa bằng việc sử dụng các BNL làm giàu thấp hơn.
Rõ ràng, khi dịch chuyển vào gần trung tâm theo hướng dòng nơtron tăng dần, các BNL đã cháy có tiết diện phân hạch nhỏ hơn, ta đã làm giảm tỏa năng lượng của vùng trung tâm, bằng cách đó, ta làm giảm thêm độ không đồng đều.
Trong một số mẻ nhiên liệu, ở những ô nào đó của hàng biên người ta xếp những BNL đã cháy, trong khi vẫn giữ nguyên số lượng các BNL chưa sử dụng được nạp vào. Cách sắp xếp như vậy có một ý nghĩa vật lý khác, tinh tế hơn. Nó làm phức tạp cách bố trí trong vùng hoạt, bởi vì nó dẫn đến giảm tải năng lượng của các
BNL vùng biên, mà mức tỏa năng lượng tương đối của chúng nhỏ hơn 1, và
tăng tải cho vùng trung tâm vốn đã chịu tải cả khi không có nó. Tuy vậy, cần chú ý
đến vấn đề là, các BNL đã cháy được xếp trong vùng có nơtron nhiệt nhiều nhất, nghĩa là, suy giảm các nơtron nhanh nhiều nhất. Kết quả là, mức chênh lệch các nơtron nhanh ở biên giới vùng hoạt giảm đi, tương ứng với điều đó, sự thất thoát chúng cũng giảm đi, điều này làm tăng dự trữđộ phản ứng cho quá trình cháy một
i q
cách rõ rệt. Thời hạn sử dụng tăng lên khoảng 5 ngày hiệu dụng. (Ngày hiệu dụng – thời gian hoạt động của lò phản ứng, được quy về công suất định mức).
Bảng 10.2. Các đặc tính của các chu trình nhiên liệu WWER
Chỉ số WWER-1000 WWER440 Số BNL được tháo dỡ Độ làm giàu của các BNL bù, % Thời gian hoạt động của mẻ nhiên liệu, ngày hiệu dụng 1/3 3,6 ~280 1/4 4,4 ~ 280 1/3 3,6 ~280 1/4 4,4 ~ 280
Ngày nay, được sử dụng rộng rãi hơn cả là chu trình nhiên liệu, trong đó khi thay
đảo nhiên liệu thì một phần ba các BNL được tháo dỡ. Đương nhiên là, để bảo
đảm thời hạn sử dụng cần thiết, trong trường hợp tháo dỡ phần nhỏ hơn của vùng hoạt thì sử dụng các BNL bù có độ làm giàu lớn hơn.
Từ bảng 10.2 suy ra, thời gian hoạt động của mẻ nhiên liệu của các chu trình nhiên
liệu hiện nay vào khoảng ~ 280 ngày hiệu dụng. Khi КИУМ = 0,75 – 0,8 (КИУМ
– hệ số sử dụng công suất danh định), mà lò phản ứng được vận hành theo hệ số đó, thời gian như vậy tạo ra chu trình theo năm. Vì vậy các chu trình nhiên liệu
được gọi là chu trình ba hoặc bốn năm. Ngày nay, đang nghiên cứu áp dụng các chu trình có thời gian hoạt động của mẻ nhiên liệu tăng lên đến 350 ngày hiệu dụng, điều này cho phép tăng cao КИУМ.
Các câu hỏi cho mục
“Tối ưu hóa độ không đồng đều phân bố tỏa năng lượng của các mẻ nhiên liệu”
1. Điểm đặc biệt của chu trình nhiên liệu có tháo dỡ một phần là gì? Tại sao nó được chọn cho WWER?
2. Sự khác nhau giữa chu trình ba bốn năm như thế nào?