UZrH, bia tương tác chì rắn (đường màu đỏ, đen), vonfram (các màu còn lại); chất làm mát bằng nước nhẹ.
Kết quả cho thấy rằng phân bố thông lượng neutron trong hai trường hợp bia chì rắn và vonfram có dạng tương tự như nhau, đều đạt cực đại ở giữa và giảm dần về hai phía. Với cùng hệ số nhân neutron, phân bố thông lượng
neutron phụ thuộc vào hiệu suất phát neutron, và hiệu suất phát neutron thì phụ thuộc vào đặc tính của bia trong tương tác (p,n). Những kết quả tính toán này chỉ ra rằng với k = 0.91, thông lượng neutron cực đại vào khoảng
2,8.1013 n.cm−2s−1 cho bia chì rắn và khoảng từ 1,3.1013 n.cm−2s−1 đến
1,4.1013 n.cm−2s−1 cho bia vonfram. Đối với trường hợp k = 0.97, thông lượng neutron cực đại vào khoảng 1,6.1013 n.cm−2s−1 , so với khoảng từ
7,5.1012 n.cm−2s−1 đến 7,6.1012 n.cm−2s−1 đối với bia vonfram. Có thể thấy rằng khi sử dụng bia chì rắn, thông lượng neutron cực đại lớn hơn từ 2.0 lần so với khi sử dụng bia vonfram. Kết quả này khẳng định chì là một loại bia tốt cho hoạt động của ADSR.
3.2.2 Trường hợp nhiên liệu UZrH và chất làm mát bằng chì lỏng
Từ cấu hình được mô tả như trên, phân bố thông lượng neutron được tính toán dọc theo chiều cao của lõi lò phản ứng. Ở trường hợp 1, hỗn hợp nhiên liệu UZrH được sử dụng, chì lỏng vừa là bia tương tác và chất tải nhiệt. Ở trường hợp 2, nhiên liệu cũng là hỗn hợp UZrH nhưng với bia chì rắn và đặt trong môi trường nước nhẹ. Ở trường hợp 3 là các tính toán của nhóm tác giả Hassanzadeh và cộng sự, với nhiên liệu là hỗn hợp UZrH, bia vonfram và đặt trong môi trường nước nhẹ. Phân bố thông lượng neutron được tính toán tương ứng với các hệ số nhânk = 0.91; 0.97 và 0.99. Kết quả tính toán được so sánh với các kết quả khác, cũng tính toán cho hỗn hợp nhiên liệu UZrH nhưng trên dùng bia vonfram rắn. Các kết quả được trình bày trên hình 3.7. Kết quả thông lượng neutron cực đại và cực tiểu cũng được tính toán và so sánh với kết quả từ các công trình nghiên cứu khác. Các kết quả này được đưa ra trong bảng 3.3.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 1E+13 2E+13 3E+13 4E+13 5E+13 6E+13 7E+13 8E+13 9E+13
V trí d c theo chi u cao (cm)
k=0.99 k=0.97 k=0.91 T h ô n g l n g n e u t r o n ( n . c m - 2 s - 1 )
Hình 3.7: Phân bố thông lượng neutron dọc theo chiều cao lõi lò với hỗn hợp nhiên liệu UZrH, bia tương tác và chất làm mát bằng chì lỏng.
Bảng 3.3: Thông lượng neutron cực đại và cực tiểu được tính toán với hợp nhiên liệu UZrH, bia tương tác chì rắn, lỏng; chất làm mát bằng chì lỏng, so với một số tính toán khác.
Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3
UZrH, chì lỏng UZrH, nước nhẹ, chì rắn UZrH, nước nhẹ, vonfram [51] k Thông lượng neutron Thông lượng neutron Thông lượng neutron
(n.cm−2s−1) (n.cm−2s−1) (n.cm−2s−1)
lớn nhất nhỏ nhất lớn nhất nhỏ nhất lớn nhất nhỏ nhất 0.91 8.5e+13 3.5e+13 3.0e+13 1.2e+13 1.3e+13 0.3e+12 0.97 3.4e+13 1.6e+13 1.8e+13 0.8e+13 0.6e+13 0.2e+12 0.99 1.9e+13 1.0e+13 - - - -
đạt cực đại ở trung tâm và giảm dần ra phía ngoài của lõi. Kết quả trong bảng 3.3 chỉ ra rằng với cùng giá trị k, thông lượng neutron trong trường hợp nhiên liệu UZrH trong chì lỏng có giá trị cao nhất (trường hợp 1). Giá trị thấp nhất của thông lượng neutron ứng với cấu trúc nhiên liệu UZrH trong
nước nhẹ, neutron sinh ra từ tương tác (p,n) trên trên bia vonfram (trường hợp 3). Ứng với k = 0.91 và 0.97, thông lượng neutron trong trường hợp 1 cao hơn khoảng 8−11 lần và 6−9lần trong trường hợp 3. Tỷ lệ giữa thông lượng neutron cực đại và cực tiểu trong trường hợp 1 đồng nhất hơn những trường hợp khác. Những kết quả trong trường hợp 2 cũng chỉ ra rằng chì rắn cũng có thể được sử dụng làm bia tương tác sinh neutron trong trường hợp nhiên liệu sử dụng là UZrH đặt trong nước nhẹ.
3.2.3 Trường hợp nhiên liệu ThUO và chất làm mát bằng chì lỏng
Trong trường hợp này, phân bố thông lượng neutron dọc theo chiều cao và bán kính lõi lò phản ứng được tính toán. Nhiên liệu được sử dụng là hỗn hợp ThUO, đặt trong môi trường chì lỏng. Phân bố thông lượng neutron được tính toán trong các trường hợp hệ số nhân neutron là k = 0.91 , 0.97
và 0.99. Các kết quả phân bố thông lượng neutron dọc theo bán kính được so sánh với các tính toán của các tác giả Hassanzadeh, C.Rubbia và cộng sự. Những kết quả này được trình bày trên hình 3.8 và 3.9.
Kết quả từ phân bố thông lượng neutron dọc theo chiều cao của lõi cho thấy thông lượng neutron đối xứng qua trung tâm lõi và đạt cực đại ở vị trí này. Thông lượng neutron cực đại ứng với trường hợp k = 0.91 vào khoảng
2,0.1014 n.cm−2s−1; với k = 0.97 và k = 0.99 thì thông lượng cực đại lần lượt là 1,1.1014 n.cm−2s−1 và 5,0.1013 n.cm−2.s−1.
Kết quả tính toán phân bố thông lượng neutron dọc theo bán kính lò có những khác biệt so với các công trình đã thực hiện trước đó của các tác giả Hassazadeh, C. Rubbia [5-8]. Các đỉnh cực đại xuất hiện khá rõ ràng hơn, ứng với vị trí của các thanh nhiên liệu. Thông lượng neutron ở đây
0 5 10 15 20 25 30 35 40 2.0E+13 4.0E+13 6.0E+13 8.0E+13 1.0E+14 1.2E+14 1.4E+14 1.6E+14 1.8E+14 2.0E+14 T h ô n g l n g n e u t r o n ( n . c m - 2 s - 1 )
V trí d c theo chi u cao lõi (cm)
k=0.99
k=0.97
k=0.91
Hình 3.8: Phân bố thông lượng neutron dọc theo chiều cao lõi lò với hỗn hợp nhiên liệuUZrH, bia tương tác chì lỏng. UZrH, bia tương tác chì lỏng.
đạt đỉnh cực đại ở vị trí khoảng từ 3 đến 5 cm, trong khi các tính toán trước là từ 8 đến 10 cm. Những kết quả cũng chỉ ra rằng, so với các tính toán trước, giá trị thông lượng neutron cực đại cao hơn khoảng 4.8 đến 3.7 lần với cùng giá trị k tương ứng là 0.91 và 0.97. Các kết quả này cho thấy việc sử dụng thori làm nhiên liệu cho ADSR là hoàn toàn khả thi, và cần có những tính toán chi tiết hơn về tỷ lệ thori trong hỗn hợp, nhằm có đủ cơ sở để đánh giá. Những tính toán này được thực hiện ở các phần sau của luận án.
3.3 Phân bố thông lượng neutron bên trong ADSR sử dụng nhiên liệu thori
Thông lượng neutron là thông số rất quan trọng trong nghiên cứu thiết kế lò phản ứng nói chung và ADSR nói riêng. Để xem xét khả năng sử dụng thori ADSR, một trong những tính toán cần thiết là xác định thông lượng
0 5 10 15 20 25 0E+00 1E+13 2E+13 3E+13 4E+13 5E+13 6E+13 T h ô n g l n g n e u t r o n ( n . c m - 2 s - 1 ) V trí d c theo bán kính (cm) k=0.99 k=0.97 k=0.91 (Hassanzadeh) k=0.91 (Hassanzadeh) k=0.97 (C. Rubbia) k=0.91 (C. Rubbia) k=0.97