3. Các thông số vật lý đặc trƣng trong lò phản ứng
3.3.Điềukhiển độ phản ứng trong vùng hoạt
Nhƣ chúng ta đã tìm hiểu ở mục 3.1 và 3.2, trong lò phản ứng hạt nhân luôn có các hiệu ứng tự phản hồi âm nhƣ hiệu ứng Doppler hay hiệu ứng giãn nở nhiệt. Tuy nhiên, các hiệu ứng phản hồi âm này không đủ lớn để góp phần duy trì trạng thái tới hạn của lò (tức là độ phản ứng bằng không). Do vậy, các lò phản ứng hạt nhân trên thế giới hiện nay thƣờng đƣợc điều khiển độ phản ứng trong vùng hoạt bằng hai cách khác nhau dựa trên tính năng của các thiết bị dự phòng (redundancy) và thay thế (diversity) theo các quy tắc an toàn đề ra. Đối với lò nƣớc áp lực, ngƣời ta sử dụng các bó thanh điều khiền và thêm một lƣợng Acid Boric vào hệ thống nƣớc tải nhiệt đƣa vào vùng hoạt lò phản ứng để điều chỉnh độ phản ứng trong lò và duy trì lò ở trạng thái tới hạn. Đây là phƣơng pháp phổ biến trên thế giới hiện nay.
Để điều khiển và vận hành lò phản ứng hạt nhân nƣớc áp lực PWR, ngƣời ta chia làm năm chế độ vận hành lò bình thƣờng với các điều kiện nhiệt độ và áp suất nhƣ sau:
+ “Cold Shutdown mode”: Hệ thống nƣớc làm mát lò phản ứng đƣợc giữ ở gần nhiệt độ phòng và áp suất nhỏ hơn 2,7 MPa. Lò ở trạng thái dƣới tới hạn do nồng độ Acid Boric cao và toàn bộ các bó thanh điều khiển đƣợc đƣa vào trong lò.
+ “Hot Shutdown mode”: Nhiệt độ hệ thống chất làm mát lò là 286,1ºC và áp suất 15,41 MPa. Toàn bộ các bó thanh điều khiển đƣợc đƣa vào trong lò và lò đạt trạng thái dƣới tới hạn.
+ “Hot Zero Power mode”: Nhiệt độ chất tải nhiệt là 286,1ºC ở áp suất 15,41 MPa. Nồng độ Acid Boric đƣợc điều chỉnh phù hợp và toàn bộ các bó thanh điều khiển đƣợc rút ra gần nhƣ hoàn toàn. Lò đạt trạng thái tới hạn, tuy nhiên công suất của lò nhỏ hơn 2% và không có dòng hơi đƣợc sản sinh ra tới Tuốc-bin.
+ “Power Operation mode”: Nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt lớn hơn 286,1ºC ở áp suất 15,41 MPa. Lò đạt trạng thái tới hạn và công suất của lò lớn hơn 15%, Tuốc-bin bắt đầu vận hành nhờ dòng hơi sinh ra từ bình sinh hơi.
+ “Hot Full Power Mode”: Công suất của lò đạt 100% ở điều kiện tới hạn. Nhiệt độ trung bình của lò khoảng hơn 300ºC ở áp suất 15,41 MPa.
36
Các bó thanh điều khiển có ƣu điểm là chúng có thể thay đổi độ phản ứng trong lò một cách nhanh chóng; tuy nhiên, điểm yếu của việc sử dụng các bó thanh điều khiển là chúng không đủ lớn để đƣa lò về trạng thái dập lò hoàn toàn (cold shutdown). Các bó thanh điều khiền thƣờng đƣợc sử dụng để bù phần thay đổi độ phản ứng trong một thời gian ngắn do việc thay đổi tải công suất.
Mặt khác, việc sử dụng Acid Boric lại có ƣu điểm và nhƣợc điểm hoàn toàn ngƣợc lại so với việc sử dụng các bó thanh điều khiển. Tốc độ thay đổi của nồng độ Acid Boric trong chất tải nhiệt là nhỏ. Điều đó có nghĩa là tốc độ thay đổi độ phản ứng trong lò bởi Acid Boric là nhỏ và nó không đủ để đáp ứng với việc thay đổi nhanh của tải công suất. Tuy nhiên, giá trị độ phản ứng thay đổi của Acid Boric là đủ lớn để đƣa về trạng thái dập lò hoàn toàn (cold shutdown). Vì vậy, Acid Boric thƣờng đƣợc sử dụng đề bù phần thay đổi độ phản ứng do sự thay đổi của các vật liệu phân hạch và các chất độc hấp thụ trong lò, đồng thời đƣợc sử dụng khi dập lò hoàn toàn.