THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
9.2. Các yêu cầu đối với vùng hoạt
Vùng hoạt lò phản ứng là đối tượng quan tâm hàng đầu, bởi vì chính trong đó tỏa ra năng lượng được sử dụng trong tất cả các bộ phận tiếp sau của Nhà máy điện hạt nhân để
chuyển hóa năng lượng phân hạch hạt nhân thành điện năng. Ở đây, trong điều kiện các thông số chịu tải cao (áp suất, nhiệt độ, dòng nơtron,…) có việc chồng chập các thông số
vật lý-nơtron và thủy nhiệt ảnh hưởng đến an toàn. Các yêu cầu đối với chúng phần lớn là mâu thuẫn nhau và quan trọng là biết tìm đúng giải pháp tối ưu. Theo [5] và [8], chúng ta sẽ liệt kê một số vấn đề:
1. Trong thiết kế Nhà máy điện hạt nhân cần phải quy định các giới hạn hư hại (số lượng và mức độ hư hại) của thanh nhiên liệu và các mức phóng xạ theo các đồng vị chuẩn của chất tải nhiệt liên quan với điều đó, trong lò phản ứng.
Vùng hoạt và các hệ thống quyết định điều kiện hoạt động của vùng hoạt cần được thiết kế sao cho, mức hư hại thanh nhiên liệu không vượt quá các giới hạn vận hành an toàn
đã quy định, trong suốt thời hạn sử dụng đã định trong lò phản ứng.
2. Vùng hoạt cần được thiết kế sao cho, khi làm việc bình thường và khi có sự cố thiết kế, vẫn đảm bảo được độ bền cơ và không có biến dạng ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các phương tiện tác động đến độ phản ứng và việc dừng lò khẩn cấp, hoặc cản trở quá trình làm nguội thanh nhiên liệu.
Cần phấn đấu sao cho, giá trị tổng xác suất sự cố nặng ngoài thiết kếđược đánh giá trên cơ sở phân tích xác suất an toàn không vượt quá 10-5 lò trong một năm.
3. Vùng hoạt cùng với tất cả các bộ phận của nó vốn có ảnh hưởng đến độ phản ứng, cần
được thiết kế sao cho, mọi thay đổi độ phản ứng nhờ các bộ phận điều chỉnh và các hiệu
ứng độ phản ứng trong trạng thái vận hành, khi có sự cố thiết kếđều không gây gia tăng khả năng mất kiểm soát quá trình tỏa năng lượng trong vùng hoạt, dẫn đến hư hại các thanh nhiên liệu vượt quá các giới hạn thiết kếđã được quy định.
4. Những đặc tính của nhiên liệu hạt nhân, kết cấu lò phản ứng và các thiết bị khác của vòng sơ cấp (kể cả hệ thống làm sạch chất tải nhiệt) có tính đến hoạt động của các hệ
thống khác, không cho phép hình thành khối lượng tới hạn thứ cấp khi có sự cố nặng ngoài thiết kế, trong đó có việc nóng chảy nhiên liệu.
Trong trường hợp có khả năng như vậy, bằng các biện pháp kỹ thuật cần phải đảm bảo không vượt quá phát thải khẩn cấp giới hạn.
Có những yêu cầu nhất định đối với mức độ hư hại thanh nhiên liệu [8]. Giới hạn vận hành của mức hư hại các thanh nhiên liệu do hình thành các vết nứt nhỏ kèm theo các khuyết tật dạng hở khí vỏ bọc không được vượt quá 0,2% các thanh nhiên liệu và 0,02% các thanh nhiên liệu có tiếp xúc trực tiếp nhiên liệu hạt nhân với chất tải nhiệt.
Giới hạn vận hành an toàn theo số lượng và kích thước các khuyết tật của các thanh nhiên liệu vào khoảng 1 % với những khuyết tật dạng hở khí và 0,1 % các thanh nhiên liệu có tiếp xúc trực tiếp chất tải nhiệt và nhiên liệu hạt nhân.
Giới hạn thiết kế tối đa hư hại các thanh nhiên liệu tương ứng với việc không vượt quá các thông số giới hạn sau đây:
nhiệt độ vỏ bọc các thanh nhiên liệu – không quá 12000C;
độ sâu oxy hóa cục bộ của các vỏ bọc thanh nhiên liệu – không quá 18 % độ dày ban đầu của thành vỏ bọc;
tỷ phần zirconi đã phản ứng – không quá 1 % khối lượng của nó trong vỏ bọc thanh nhiên liệu.
Giá trị của các hệ số độ phản ứng theo thể tích riêng của chất tải nhiệt, theo nhiệt độ
nhiên liệu và công suất lò phản ứng không được dương trong mọi dải thay đổi các thông số lò phản ứng khi làm việc bình thường, khi có vi phạm các điều kiện làm việc bình thường và khi có sự cố thiết kế.