Để có thể sử dụng cho lò phản ứng WWER, nhiên liệu phải có tỉ lệ urani 235 trong khoảng từ 2%-5%, vì urani 235 là đồng vị duy nhất có khả năng phân hạch một cách tự nhiên. Thế nhưng trong tự nhiên urani được tìm thấy ở dạng urani 238 chiếm 99,284%, urani 235 chiếm 0,711% và một lượng rất nhỏ urani 234 khoảng 0,0058%. Do đó việc làm tăng tỉ lệ urani 235 trong urani tự nhiên được gọi là làm giàu nhiên liệu.
Việc làm giàu urani chủ yếu là dựa vào sự khác nhau trong tính linh động
do có sự khác biệt rất nhỏ về khối lượng giữa urani 235 và urani 238. Trong các phương pháp làm giàu được nghiên cứu thì có hai phương pháp đã được
phát triển đến quy mô công nghiệp, đó là phương pháp khuếch tán khí và phương pháp siêu ly tâm.
Phương pháp khuếch tán khí [13]:
Trước khi làm giàu bằng phương pháp này, tetraflorua urani thu được sau công đoạn tuyển quặng và tinh chế được biến đổi thành hexaflorua urani (UF6)
22
là chất có thể dễ dàng chuyển sang thể khí (bắt đầu từ nhiệt độ 0
56 C), bởi vì việc làm giàu chỉ có thể thực hiện dễ dàng ở pha khí.
Theo phương pháp khuếch tán khí, người ta cho UF6 ở thể khí đi qua một loạt các màng ngăn (membrane) là những vách (wall) đục lỗ rất nhỏ. Các phân tử hexaflorua urani 235 nhẹ hơn các phân tử hexaflorua urani 238 nên đi qua các hàng rào này nhanh hơn, nên urani dần dần được làm giàu. Tuy nhiên do khối lượng riêng của hai đồng vị rất gần nhau nên sự di chuyển chậm của urani 238 so với urani 235 cũng rất ít. Do đó, trong nhà máy làm giàu urani, ví dụ nhà máy Eurodif ở Tricastin, Pháp, cung cấp hơn một phần ba sản lượng thế giới về urani giàu, thao tác phải lặp đi lặp lại 1400 lần để sản xuất ra urani có hàm lượng urani 235 cần thiết có thể dùng trong các nhà máy địên hạt nhân thông thường.
Phương pháp siêu ly tâm [13]:
Người ta dùng máy ly tâm quay với tốc độ rất nhanh. Hexaflorua urani 238 nặng hơn nên bị đẩy dần ra ngoài biên, còn hexaflorua urani 235 được giữ lại phía bên trong. Sự khác biệt mặc dù rất nhỏ về khối lượng giữa hai phân tử cho phép nâng dần hàm lượng urani 235. Muốn đạt được hàm lượng urani 235 đủ cao thì phải qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau.
Bên cạnh đó còn có một phương pháp khác cho phép làm giàu urani 235 chỉ qua một giai đoạn đó là phương pháp làm giàu bằng laser. Khác với hai kỹ thuật làm giàu trình bày ở trên, phương pháp này phân ly đồng vị bằng cách chiếu tia laser vào hơi nguyên tử urani.Nguyên lý phân ly đồng vị bằng tia laser là lấy đi một electron của urani 235 bằng cách sử dụng năng lượng của chùm tia laser, không ảnh hưởng đến urani 238. Tia laser có bước sóng được lựa chọn một cách chính xác, cung cấp năng lượng cần thiết để bức electron khỏi nguyên tử urani 235, chứ không phải nguyên tử urani 238. Sau khi bị ion hoá (mang một điện tích dương), urani 235 được tách ra khỏi hơi uran nhờ một điện trường và được thu về phía cực âm trên bộ góp [13].
23
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHIỄM ĐỘC XENON VÀ SAMARI TRONG LÒ PHẢN ỨNG
2.1. Sự nhiễm độc trong lò phản ứng
Khi lò phản ứng hoạt động, trong lò sẽ tích lũy một số sản phẩm phân hạch (Rh-105, I-131, Ba-140,…) gây nhiễm độc cho lò phản ứng. Các sản phẩm phân hạch này có khả năng hấp thụ neutron làm giảm độ phản ứng không mong muốn và ảnh hưởng đến mật độ thông lượng neutron trong lò.
Trong tất cả các sản phẩm phân hạch, Xenon-135 và Samari-149 là hai đồng vị gây nhiễm độc đáng kể trong lò phản ứng, bởi vì [4]:
Xenon có tiết diện hấp thụ vĩ mô neutron nhiệt khoảng 6 2,5.10 bar
lớn nhất trong tất cả các chất đã biết; nhanh chóng đạt đến nồng độ cân bằng sau 30 đến 40 giờ, gia tăng nhiễm độc sau khi dừng lò (hố Iod).
Samari có tiết diện hấp thụ vĩ mô neutron nhiệt khoảng 4
5.10 bar, đạt đến nồng độ cân bằng sau 8 đến 10 ngày, gia tăng nhiễm độc sau khi dừng lò (hố Promete).