3. Các thông số vật lý đặc trƣng trong lò phản ứng
3.4. Phân bố thông lƣợng và phân bố công suất trong lò
Vùng hoạt lò phản ứng hạt nhân trong nhà máy điện hạt nhân có thể đƣợc coi là một trƣờng neutron, các neutron sinh ra trong trƣờng neutron này tƣơng tác với môi trƣờng vật chất trong vùng hoạt và bị mất năng lƣợng. Năng lƣợng của các neutron liên tục giảm cho đến khi xảy ra neutron hoàn toàn bị hấp thụ trong vật liệu của vùng hoạt và các neutron mới đƣợc sinh ra nhờ phản ứng phân hạch hạt nhân. Các neutron trong vùng hoạt tạo ra một trƣờng neutron phụ thuộc vào cƣờng độ neutron, phân bố theo năng lƣợng, phân bố theo không gian và hƣớng vận chuyển của neutron. Để có thể tính toán tới hạn hay nghiên cứu về vùng hoạt của lò phản ứng hạt nhân, chúng ta phải làm quen với các đại lƣợng đặc trƣng cho trƣờng neutron trong vùng hoạt lò phản ứng:
a. Mật độ neutron
Xét một đơn vị thể tích dV và một hƣớng , coi n(r,Ω,E,t)dVdΩdE
là số neutron có trong một đơn vị thể tích dV theo hƣớng dΩ
bao quanh hƣớng với năng lƣợng trong khoảng E ± dE tại thời điểm t nhƣ hình vẽ:
Định nghĩa đại lƣợng n(r,Ω,E,t)
là mật độ vi phân neutron trong trƣờng neutron với đơn vị là [1/(cm3.steradian.eV.s)]. Lấy tích phân n(r,Ω,E,t)
theo năng lƣợng và góc khối ta thu đƣợc đại lƣợng dẫn xuất mật độ neutron không phụ thuộc
vào năng lƣợng và neutron chuyển động theo mọi hƣớng
0 4π
n(r,t)= n(r,Ω,E,t)dΩdE
41
b. Mật độ thông lƣợng neutron
Xét một đơn vị diện tích dS, đặt tại vị trí r trong hệ tọa độ, số neutron đi qua diện tích dS theo hƣớng với năng lƣợng trong khoảng E ± dE tại thời điểm t là
(r,Ω,E,t)
[1/(cm3.steradian.eV.s)] gọi là thông lƣợng vi phân neutron đƣợc mô tả bởi hình vẽ sau:
r
Ta tích phân thông lƣợng vi phân thu đƣợc đại lƣợng dẫn xuất thông lƣợng vi
phân neutron theo năng lƣợng và góc khối:
0 4π Φ(r,t)= Φ(r,Ω,E,t)dEdΩ .
Từ các định nghĩa cơ bản về thông lƣợng neutron, khi nghiên cứu về vật lý neutron trong lò phản ứng hạt nhân, ngƣời ta thƣờng quan tâm tới các đại lƣợng: + Tốc độ phát nhiệt tuyến tính (Linear Heat Rate) là công suất nhiệt sinh ra trên một đơn vị chiều dài của thanh nhiên liệu (kW/ft). Bởi vì cấu trúc hình học của các bó thanh nhiên liệu đã đƣợc tiêu chuẩn hóa, do đó tốc độ phát nhiệt tuyến tính chính là đơn vị thể hiện mật độ công suất tuyệt đối và đƣợc sử dụng một cách thƣờng xuyên. Đối với mục đích thực tế, tốc độ phát nhiệt tuyến tính phân biệt với q’’’ bởi một hằng số chuyển đổi bao gồm tác dụng của cấu trúc hình học và sự suy giảm tỷ số thông lƣợng nhiệt.
+ Đỉnh của tốc độ phát nhiệt tuyến tính (Peak Linear Heat Rate) đƣợc định nghĩa là giá trị cực đại của tốc độ phát nhiệt tuyến tính sinh ra trong toàn bộ lò phản ứng. PLHR ảnh hƣởng trực tiếp tới nhiệt độ thanh nhiên liệu và mức công suất phân rã do đó nó trở thành một thông số phân tích an toàn đáng quan tâm.
+ Tốc độ phát nhiệt tuyến tính trung bình (Average linear heat rate) là công suất nhiệt tổng cộng sinh ra trong các thanh nhiên liệu để mô tả thông lƣợng nhiệt chia theo chiều dài tổng cộng của các thanh nhiên liệu trong vùng hoạt.
dΩ
42
+ Phân bố công suất theo chiều cao (axial power distribution): Đƣợc xác định từ các đầu dò đƣa từ phía dƣới vùng hoạt vào trong ống dẫn trung tâm của bó nhiên liệu. + Phân bố công suất theo bán kính (radial power distribution): Dùng để xác định hệ số đỉnh của vùng hoạt lò phản ứng, phụ thuộc vào độ làm giàu và thành phần của từng bó nhiên liệu.
Phân bố thông lƣợng neutron trong bó nhiên liệu, dọc theo chiều cao của bó nhiên liệu, dọc chiều cao bên trong và bên ngoài vùng hoạt luôn phải đƣợc ghi nhận một cách thƣờng xuyên bằng các loại đầu dò khác nhau nhƣ ex-core detector, in- core detector… Từ kết quả thu đƣợc từ các đầu dò, chúng ta có thể đánh giá và ƣớc lƣợng đƣợc một cách chính xác và khách quan diễn biến trong lò phản ứng để điều khiển lò và sử dụng năng lƣợng sinh ra trong vùng hoạt một cách hiệu quả nhất.
Đồng thời, phân bố công suất trong vùng hoạt cũng là một đại lƣợng vật lý cần quan tâm đƣợc đánh giá bởi hàm giá trị *
Φ (adjoint function) và cũng đƣợc ghi nhận nhờ vào các đầu dò đƣợc đƣa vào trong và các đầu dò đặt bên ngoài vùng hoạt lò phản ứng.
43
CHƢƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP MONTE – CARLO TRONG TÍNH TOÁN TỚI HẠN VÀ CHƢƠNG TRÌNH MCNP 5.0