IV. Lị phản ứng
1.Nguyên tắc hoạt động
Khi hạt nhân vỡ ra thì trung bình cĩ 2,5 nơtron bắn ra. Nếu dùng chất làm chậm để năng lượng nơtron giảm đến mức trở thành nơtron nhiệt (0,1- 0,01eV) thì cĩ thể dùng Urani thiên nhiên làm giàu U235 để thực hiện phản ứng dây chuyền. Tính chất này được dùng trong lị phản ứng hạt nhân chạy bằng nhiên liệu phân hạch với nơtron chậm (U235, Pu239, U233).
Trong một lị phản ứng hạt nhân, các thanh Urani thiên nhiên hay Plutoni rất mỏng xếp xen kẽ các lớp khá dày của chất làm chậm tạo thành vùng hoạt động mà trong đĩ xảy ra phản ứng dây chuyền.
Hình 3.6: Nguyên lý lị phản ứng hạt nhân
Như vậy, nơtron nhanh sinh ra do phản ứng phân hạch, sẽ bị giảm tốc đến vận tốc nhiệt trong chất làm chậm. Muốn điều chỉnh hoạt động của lị mạnh lên hay yếu đi thì dùng các thanh Cadimi cĩ đặc tính hấp thụ mạnh nơtron nhiệt. Muốn lị chạy yếu đi thì cho dồn những thanh Cadimi vào lị, muốn lị chạy mạnh lên thì rút dần ra, để đảm bảo hệ số nhân nơtron luơn luơn bằng đơn vị (k=1).
Một dịng nước thường sẽ nhận nhiệt nĩng trong buồng trao đổi nhiệt và biến thành hơi. Hơi nước sẽ kéo tuabin của máy phát điện rồi về buồng ngưng hơi và trở về buồng trao đổi nhiệt. Chất tải nhiệt chạy theo chu trình từ lị đến buồng trao đổi nhiệt rồi trở về lị nhờ vào một hệ thống bơm đặc biệt. Ngồi ra lị phản ứng cịn cĩ hệ thống điều khiển và bảo vệ. Hệ điều khiển dùng để khởi động, làm dừng hoặc thay đổi cơng suất lị phản ứng. Hệ bảo vệ đảm bảo sự an tồn phĩng xạ.
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử và lị hơi
Hiện nay, người ta làm nhiều loại lị phản ứng khác nhau với nhiên liệu, chất tải nhiệt, chất làm chậm khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng: nghiên cứu khoa học, cung cấp năng lượng nguyên tử hay sản xuất nhiên liệu hạt nhân.
Tuỳ theo năng lượng nơtron gây ra phản ứng phân hạch người ta phân loại: lị phản ứng nơtron nhiệt, lị nơtron trung gian và lị nơtron nhanh. Nơtron nhiệt cĩ năng lượng ở lân cận 0,025eV. Nơtron trung gian cĩ năng lượng trong khoảng 1keV-100keV. Nơtron nhanh cĩ năng lượng lớn hơn 100kev.
Nhiên liệu sử dụng cho lị phản ứng nơtron chậm là Urani giàu U235, Pu239, U233, cịn đối với lị phản ứng nơtron nhanh là U233, Th232. Chất làm chậm thường dùng là graphit, nước nặng. Chất tải nhiệt cĩ thể là nước nặng, kim loại lỏng Natri, Kali, bismuth, chì, thuỷ ngân…