Ở thiết kế mới của bó nhiên liệu, do tổng thành phần nhiên liệu, chất hấp thụ và hàm lượng Boron trong dung dịch tải nhiệt không thay đổi so với thiết kế tham chiếu, nên có thể dự đốn được thiết kế mới này không làm thay đổi nhiều về hệ số phản hồi độ phản ứng của chất làm chậm MTC. Đối với bó nhiên liệu được thiết kế mới và có thay đổi hàm lượng Boron trong dung dịch tải nhiệt, ở đây là hai trường hợp hàm lượng Boron thấp hơn và khơng có Boron, thì lúc này hệ số MTC sẽ bị ảnh hưởng đáng kể. Khi nhiệt độ của nước tải nhiệt tăng lên với cùng điều kiện về áp suất sẽ làm giảm mật độ phân tử nước. Mật độ các hạt nhân H và O giảm sẽ làm giảm sự nhiệt hóa của phổ nơtron, do đó giảm tốc độ phản ứng phân hạch, dẫn đến hệ số nhân nơtron giảm. Giá trị hệ số phản hồi MTC trong tất cả các trường hợp nằm trong khoảng -60,0 đến -32,5 pcm/K (Hình 3.18). Tại thời điểm bắt đầu quá trình cháy, hệ số phản hồi nhiệt độ MTC trong trường hợp khơng có Boron trong nước tải nhiệt có giá trị âm hơn các trường hợp khác khoảng 10%.
Hình 3.16: Phân bố cơng suất của bó nhiên liệu VVER-1000 gồm 18 thanh UO2 – Gd2O3 tại điểm cháy 0 GWd/t, trường hợp khơng có Boron (Mơ hình 2).
Mơ hình 1 Mơ hình 1 Mơ hình 2 Mơ hình 2 µm µm µm µm
Hình 3.17: Hệ số đỉnh cơng suất thanh nhiên liệu của bó nhiên liệu mới VVER-1000 chứa 18 thanh UO2 – Gd2O3 và hàm lượng Boron trong chất tải nhiệt thấp.
Hình 3.18: Hệ số phản hồi theo nhiệt độ làm chậm với độ cháy sâu của bó nhiên liệu mới VVER-1000 chứa 18 thanh UO2 – Gd2O3 và hàm lượng Boron thấp
KẾT LUẬN
Luận án đã thực hiện các nghiên cứu khảo sát sử dụng chất hấp thụ Gd2O3 dạng vi hạt trong bó nhiên liệu VVER-1000 với mục tiêu đồng thời 1) điều khiển độ phản ứng dự trữ cao của bó nhiên liệu trong giai đoạn đầu của quá trình cháy, trên cơ sở khai thác đặc điểm tăng hệ số truyền nhiệt khi sử dụng thanh nhiên liệu chứa vi hạt Gd2O3, 2) giảm hệ số cơng suất cực đại theo vị trí các thanh nhiên liệu, và 3) nghiên cứu khả năng sử dụng Gd2O3 dạng vi hạt trong thiết kế bó nhiên liệu với hàm lượng Boron trong nước tải nhiệt thấp. Các kết quả mơ phỏng tính tốn thu được có tính khả thi cao, từ đó có thể rút ra kết luận chung sau:
Tính khả thi khi sử dụng Gd2O3 dạng vi hạt trong nhiên liệu:
• Kết quả tính tốn thơng số thiết kế của Gd2O3 dạng vi hạt cho thấy với cùng một lượng Gd2O3 (5% thể tích) phân bố trong 12 thanh nhiên liệu của bó nhiên liệu VVER-1000, đường kính hạt Gd2O3 là 60µm, hệ số nhân vơ hạn theo độ sâu
cháy của bó nhiên liệu mới xấp xỉ bó nhiên liệu truyền thống.
• Phân bố cơng suất tại các thanh nhiên liệu cho thấy mật độ công suất tại các thanh chứa hạt Gd2O3 tăng khoảng 11% tại độ cháy 0 GWd/t. Mật độ cơng suất tại các vị trí khác xấp xỉ với thiết kế truyền thống. Hệ số đỉnh công suất PPF giảm khoảng 0,9% so với thiết kế truyền thống.
Thiết kế bó nhiên liệu cải tiến sử dụng Gd2O3 dạng vi hạt
• Để giảm giá trị hệ số đỉnh cơng suất PPF, thiết kế cải tiến với việc phân bố chất hấp thụ đều hơn trong bó nhiên liệu, số thanh nhiên liệu chứa vi hạt chất hấp thụ là 18 thanh. Hàm lượng chất hấp thụ trong 12 thanh (5% thể tích của mỗi thanh), tỉ lệ thể tích Gd2O3 trong mỗi thanh nhiên liệu giảm xuống là 3,33%. • Hai mơ hình bó nhiên liệu với 18 thanh chứa Gd2O3 được lựa chọn với cách sắp
xếp vị trí khác nhau, tiến hành khảo sát các thơng số vi hạt chất hấp thụ. Đường kính tối ưu của hạt Gd2O3 được chọn là 300 µm cho cả hai mơ hình nhằm thu được đường cong hệ số nhân vô hạn tương tự thiết kế tham chiếu. Hệ số đỉnh cơng suất PPF tại vị trí thanh nhiên liệu giảm khoảng 4,2 – 4,8% so với thiết kế truyền thống. Việc giảm hệ số PPF sẽ giúp tăng độ an tồn trong vận hành lị phản ứng.
Bó nhiên liệu cải tiến với Gd2O3 dạng hạt và hàm lượng Boron thấp
• Đối với trường hợp hàm lượng Boron là 300 ppm, đường kính và tỉ lệ thể tích vi hạt chất hấp thụ được khảo sát và lựa chọn là 320 µm và 5,5%. Đối với trường hợp hồn tồn khơng có Boron, đường kính tối ưu của các hạt hấp thụ được xác định là 360 µmvà tỉ lệ thể là 8,0%. Khi đó, hệ số nhân vơ hạn của cả hai bó nhiên liệu mới trong 2 trường hợp hàm lượng Boron 300 và 0 ppm trong giai đoạn cháy từ 0 đến 10 GWd/t xấp xỉ với thiết kế tham chiếu.
• Trong 2 trường hợp hàm lượng Boron trong chất tải nhiệt là 300 và 0 ppm, hệ số đỉnh công suất giảm khoảng 1,6% và 2,7% so với thiết kế truyền thống.