BIA CHÌ LỎNG VÀ NHIÊN LIỆU THORI
Chương này trình bày việc xây dựng mô hình tương tác (p,n) trên bia chì lỏng, mô hình lò phản ứng hạt nhân dưới tới hạn điều khiển bằng máy gia tốc dựa trên cấu trúc lò phản ứng TRIGA Mark II Dữ liệu từ thư viện JENDL-HE được khai thác và sử dụng cho một số tính toán neutron Chương trình MCNPX được sử dụng để tính toán các tham số neutron cần thiết khác, so sánh với một số tính toán khác, từ đó đánh giá sự phù của mô hình và khả năng áp dụng cho các nghiên cứu tiếp theo
2 1 2 1 1
Mô hình tương tác (p,n) trên bia chì lỏng Mô hình và phương pháp tính toán
Nguyên tắc hoạt động cơ bản của ADSR là cho dòng proton từ máy gia tốc tương tác lên bia để tạo ra neutron nhờ tương tác (p,n), lượng neutron được sinh ra trong phản ứng này chính là lượng neutron bù để tạo ra và duy trì hoạt động cho lò phản ứng đang ở trạng thái dưới tới hạn Mọi quá trình hoạt động và điều khiển lò phụ thuộc vào chính số lượng neutron này Như vậy để vận hành lò phản ứng thì phải có bia để tạo ra tương tác (p,n) Đã có nhiều nghiên cứu, tính toán về thiết kế bia tương tác trên các loại bia với các vật liệu khác nhau, chủ yếu là các bia ở trạng thái rắn [46-49] Tuy nhiên, vật liệu làm bia có tuổi thọ nhất định nên sau một thời gian hoạt động bia cần phải được thay thế, đây là công việc hết sức khó khăn, mất thời gian và đòi hỏi lò phản ứng phải ngừng hoạt động Để khắc phục nhược điểm lớn này của ADSR, một đề xuất là dùng trực tiếp chì tải nhiệt trong lò phản ứng làm bia, nghĩa là dòng proton sẽ tương tác trực tiếp lên chì lỏng [50] Mặc dù chì lỏng có mật độ khối lượng thấp hơn chì rắn (10,66 g cm−3 so với 11,7 g cm−3 ), tuy nhiên phương án này sẽ có những ưu điểm rất lớn như:
- Không cần bia cho tương tác (p,n) riêng biệt
- Do chì lỏng luôn đối lưu và được thay thế bổ sung trong quá trình lò hoạt động nên sẽ không cần phải thay bia, không phải chế tạo bia riêng biệt và lò phản ứng sẽ không bị ngừng hoạt động trong suốt quá trình vận hành
- Do toàn bộ chì nằm trên đường kính của lò phản ứng sẽ trở thành bia, vì thế chiều dài tương tác của bia tăng lên và do đó số neutron sinh ra cũng tăng lên
Dựa vào ý tưởng trên, một mô hình bia tương tác (p,n) với chì lỏng đã được xây dựng để tính toán một số đặc trưng cho neutron như: phân bố năng lượng, phân bố góc của neutron phát ra, hệ số nhân neutron và vi phân
bậc hai của tiết diện sinh neutron theo năng lượng và theo góc khối (neutron production double-differential cross section) Mô hình tương tác cơ bản được trình bày như hình 2 1
Giả thiết có một dòng proton cường độ 25 mA, bán kính 4 cm bắn vào bia chì lỏng, tạo phản ứng (p,n)
Thông lượng neutron sinh ra theo góc khối, hiệu suất sinh neutron theo góc khối, phân bố năng lượng neutron sinh ra sẽ được khảo sát Ở đây, các góc khối được chia thành 18 khoảng trong vùng từ 00 đến 1800 Các số liệu dùng để tính toán trong phần này được khai thác từ thư viện dữ liệu JENDL (Japanese Evalueated Nuclear Data Library) năng lượng cao JENDL-HE- 2007 của Nhật Bản [51] JENDL là thư viện dữ liệu hạt nhân được phát triển bởi trung tâm dữ liệu hạt nhân thuộc cơ quan năng lượng nguyên tử Nhật Bản JAEA JENDL ra đời phiên bản đầu tiên (JENDL-1) vào năm
1977 Phiên bản mới nhất hiện nay là JENDL-4 0 ra đời vào năm 2010, chứa dữ liệu phản ứng hạt nhân của 406 hạt nhân, với nhiều giá trị năng lượng khác nhau Thư viện dữ liệu hạt nhân năng lượng cao được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như tính toán che chắn, tính toán vận chuyển hạt, tính toán chuyển đổi các chất thải phóng xạ dài ngày, tác hại của tia phóng xạ, chụp
Hình 2 1: Mô hình tương tác (p,n) trên bia chì lỏng
ảnh bằng tia X, vật lý năng lượng cao, tính liều bức xạ trong điều trị bệnh,