3. Các thông số vật lý đặc trƣng trong lò phản ứng
3.3.2. Điềukhiển độ phản ứng bằng Acid Boric
Điều gì xảy ra nếu nhiệt độ chất tải nhiệt tăng thêm 30ºC đối với ví dụ tính toán độ phản ứng ở phần 3.3.1? Độ phản ứng gây bởi hiệu ứng tự phản hồi âm do chất tải nhiệt sẽ là 21% ∆k/k tăng gấp 4 lần độ phản ứng tổng cộng của tất cả 6 nhóm bó thanh điều khiển có thể cung cấp. Điều này đồng nghĩa với việc các bó thanh điều khiển không thể đƣa lò về trạng thái dập hoàn toàn (cold shutdown) cũng nhƣ không đủ để điều khiển lò ngay cả tại trạng thái nóng (hot condition) khi nhiệt độ lớn hơn 286ºC. Sự thay đổi độ phản ứng do sự thay đổi của nồng độ Acid Boric có trong chất tải nhiệt lò phản ứng là chậm nhƣng lại có ảnh hƣởng trong khoảng rộng và thời gian dài hay nói cách khác, tính chất hấp thụ neutron của Boron trong Acid Boric có ảnh hƣởng tới độ phản ứng trong lò rất lớn. Do đó, trong nhà máy điện hạt nhân nƣớc áp lực, ngƣời ta thƣờng sử dụng Acid Boric là thành phần chính để điều khiển độ phản ứng trong vùng hoạt lò phản ứng. Ở trạng thái dập lò hoàn toàn, nồng độ Acid Boric vào khoảng 2200~2300 ppm. Sự thay đổi độ phản ứng gây bởi sự thay đổi nồng độ Acid Boric vào khoảng 0,8×10-4 ∆k/k/ppm, nhƣ vậy độ phản ứng thay đổi khi nhiệt độ thay đổi để chuyển từ trạng thái nóng sang lạnh là 21% ∆k/k sẽ có thể đƣợc bù đắp bởi việc thêm vào khoảng 270ppm. Do đó, chúng ta hoàn toàn có thể chuyển lò từ trạng thái dập nóng (hot shutdown) sang dập lò hoàn toàn (cold shutdown) nhờ vào sự thay đổi nồng độ Acid Boric trong hệ thống chất tải nhiệt của lò phản ứng.
Trong thực tế, sự biến đổi độ phản ứng trong lò không chỉ bởi sự thay đổi của nhiệt độ chất tải nhiệt mà còn bởi sự thay đổi của các sản phẩm phân hạch trong lò. Sự thay đổi của nồng độ Acid Boric trong quá trình vận hành lò phụ thuộc vào các
39
sản phẩm phân hạch sinh ra có khả năng hấp thụ neutron nhƣ Xenon hay Samarium ở trong lò sinh ra do các phản ứng phân rã phóng xạ. Do vậy, nồng độ của Acid Boric phải luôn đƣợc điều chỉnh bởi ngƣời vận hành trong quá trình vận hành hàng ngày dựa trên việc chú ý tới thành phần các sản phẩm phân hạch trong lò và vị trí của các bó thanh điều khiển. Ví dụ: Vào thời điểm bắt đầu chu kỳ thì nồng độ Acid Boric vào khoảng 1600 - 1900ppm tại trạng thái hot zero power. Khi công suất của lò đạt 100% thì nồng độ Acid Boric hòa tan vào khoảng 1500 – 1700 ppm (trƣớc khi có tích lũy Xenon). Khi quá trình cháy nhiên liệu diễn ra, một lƣợng tích lũy Xenon sinh ra tƣơng ứng với khoảng vài trăm ppm của nồng độ Acid Boric, do đó, ngƣời vận hành phải liên tục thay đổi nồng độ Acid Boric hàng ngày để bù lại hiệu ứng của các sản phẩm phân hạch và tích lũy của các chất hấp thụ neutron sinh ra trong quá trình cháy nhiên liệu. Hình 7 mô tả sự thay đổi của nồng độ Acid Boric theo quá trình cháy nhiên liệu của lò phản ứng hạt nhân.
Hình 7: Sự thay đổi nồng độ Acid Boric trong một chu kỳ cháy nhiên liệu
Từ hình 7 ta thấy, trong một chu kỳ cháy, nồng độ của Acid Boric giảm dần do ngày càng sinh ra nhiều các sản phẩm phân rã nhƣ Xe hay Sm có khả năng hấp thụ
40
neutron nên chúng ta cần pha loãng nồng độ Acid Boric cho thích hợp để duy trì hệ số nhân hiệu dụng keff=1 hay độ phản ứng trong lò ρ=0.