Đặc trưng vật lí bó nhiên liệu và vùng hoạt của lò VVER-1000

[Đồ án] Đặc trưng vật lí bó nhiên liệu và vùng hoạt của lò VVER-1000

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn, em xin bày tỏ lòng viết ơn sâu sắc tới Tiến

sĩ Hoàng Anh Tuấn Nhờ sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy mà em có thể nhanh chóng tiếp cận và có hướng đi đúng đắn xuyên suốt trong luận văn của mình

Đồng thời em cũng xin cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô trong Viện

Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường-Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các thầy cô đã tạo điều kiện và nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành luận văn này.

NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN

Để tìm hiểu những đặc trưng vật lý bó nhiên liệu và vùng hoạt của lò VVER-1000, luận văn đã thực hiện các nghiên cứu tính toán dựa trên những bài toán tiêu chuẩn được công bố bởi tổ chức OECD (tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế).Trong những năm gần đây OECD đã thành lập một nhóm các chuyên gia

để giải quyết những vấn đề phát sinh liên quan đến công nghệ, vật lý lò, hiệu suất sử dụng nhiên liệu và chu trình nhiên liệu thuộc phạm vi của chương trình giải trừ vũ khí hạt nhân (sử dụng trong lò phản ứng loại bó nhiên liệu có chứa plutonium trong thành phần viên oxit nhiên liệu) Mục đích của nhóm là cung cấp cho các nước thành viên những thông tin cập nhật và xây dựng sự đồng thuận, thống nhất trong việc thiết kế vùng hoạt, chu trình đốt nhiên liệu, độ cháy của nhiên liệu plutonium trong các lò phản ứng sử dụng nơtron nhiệt (PWR, BWR, VVER-1000, CANDU) và lò nhanh (BN-600) Khác với nhiên liệu truyền thống (U-235), việc sử dụng plutonium (Pu-239, Pu-241) đòi hỏi phải giải quyết nhiều vấn đề mới liên quan tới vật lý lò, hiệu suất sử dụng nhiên liệu, độ tin cậy, khả năng và tính linh hoạt của các lò phản ứng sử dụng nơtron nhiệt (thermal water reactor) và lò nhanh (fast reactor).

Trên cơ sở các bài toán tiêu chuẩn của OECD, luận văn đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ boron và những yếu tố khác lên các đặc trưng hạt nhân của bó nhiên liệu và vùng hoạt của lò VVER-1000 bằng việc

sử dụng chương trình MCNP5 Ngoài ra, luận văn cũng thực hiện tính toán phân

bố công suất và thông lượng để hiểu rõ hơn về vai trò của việc tính toán đó trong quá trình vận hành và điều khiển lò phản ứng.

Chương II: Giới thiệu chương trình MCNP và ứng dụng trong tính toán tới hạn Chương III: Xây dựng các bài toán vật lý cho lò VVER-1000

Chương IV: Kết quả tính toán và thảo luận

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Số thứ

tự

Ký hiệu Tên tiếng anh(tiếng Nga) Tên tiếng Việt

Reactor (Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor )

Lò năng lượng nước-nước

Economic Cooperation and Development

Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế

System

Hệ thống làm lạnh vùng hoạt khẩn cấp

5 LEU(UGD) Low Enriched Uranium Nhiên liệu uran độ

giàu thấp

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10

MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG I :LÝ THUYẾT LÒ PHẢN ỨNG 14

1.1.Các phương trình giải tích[1] 14

1.1.1 Phương trình vận chuyển nơtron 14

1.1.2 Phương trình khuếch tán 15

1.2.Phương pháp Monte-Carlo giải phương trình vận chuyển [1] 17

2.1 Tập tin đầu vào của MCNP[2] 21

2.1.1 Thẻ ô 21

2.1.2 Thẻ bề mặt 22

Bảng 2.1.Bảng một số ký hiệu hình học[2] 23

Bảng 2.2 Các cách tính toán nơtron, photon, electron trong MCNP[2] 24 2.2 Đánh giá sai số và giảm sai số[2] 24

2.2.1 Đánh giá sai số và độ chính xác 24

2.2.2 Giảm sai số 25

2.3 Ứng dụng MCNP trong tính toán tới hạn[2] 26

2.3.1 Phương pháp tính hệ số nhân nơtron 26

2.3.2.Cấu trúc thẻ lệnh tính toán tới hạn trong MCNP 26

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CÁC BÀI TOÁN CHO LÒ VVER-1000 27

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý NM ĐHN sử dụng lò VVER-1000[3] 28

3.1 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA LÒ VVER-1000[3] 29

3.1.1 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng 29

Hình 3.2 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000[3] 30

Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế lò VVER-1000[3] 31

Vùng hoạt của lò VVER có 163 bó nhiên liệu, trong đó có 61 bó có thanh điều khiển được chia thành 10 nhóm Chi tiết sự phân bố các nhóm thanh điều khiển được mô tả trên hình 3.5 33

Hình 3.5 Sự phân bố các nhóm thanh điều khiển trong vùng hoạt[8] 34

Bảng 3.1 Các thông số chính của vùng hoạt [3] 34

Hình 3 6 Cấu trúc bó nhiên liệu của lò VVER-1000 35

Bảng 3.2 Thông số của thanh nhiên liệu và viên nhiên liệu [3] 36

Hình 3.7 Cấu tạo bình sinh hơi lò VVER-1000[8] 37

3.1.2 Hệ thống điều áp 38

3.1.3 Hệ thống điều khiển và bảo vệ lò phản ứng 39

3.1.4 Hệ thống an toàn 40

3.2 Mô hình tiêu chuẩn (mô hình benchmark) .40

3.2.1 Mô hình bó nhiên liệu[4] 40

Hình 3.8.Cấu hình bó nhiên liệu UGD (Nguồn[4]) 41

Hình 3.9.Cấu hình bó nhiên liệu MOX (Nguồn[4]) 42

3.2.2 Mô hình 1/6 vùng hoạt nạp tải 30% MOX[5] .44

Hình 3.11.Cấu hình1/6 vùng hoạt nạp tải 30% MOX ( Nguồn[5]) 44

Hình 3.12.Cấu hình bó nhiên liệu UGD (Nguồn[5]) 45

Hình 3.13.Cấu hình bó nhiên liệu MOX (Nguồn[5]) 46

Bảng 3.4 Kích thước những ô trong bó nhiên liệu [5] 47

3.3.Các bài toán vật lý lò VVER-1000 48

3.3.1.Những bài toán cơ sở: 48

Hình 3.15.Hình học cho bài toán ô mạng hình trụ 49

Hình 3.16 Hình học cho bài toán ô mạng hình lục lăng 49

Bảng 3.5.Tên vật liệu được mô tả trong bó nhiên liệu[5] 50

3.3.3.Bài toán vùng hoạt 7, 19 và 31 bó nhiên liệu: 52

3.3.4.Bài toán 1/6 vùng hoạt lò VVER-1000 52

54

Hình 3.17.Hình học 1/6 vùng hoạt nạp 30% MOX[5] 54

Bảng 3.8.Miêu tả các trạng thái vùng hoạt lò VVER-1000[5] 54

Bảng 3.9.Thành phần đồng vị của vật liệu kết cấu[5] 55

Bảng 3.10.Chất làm chậm và nước trong vật liệu phản xạ[5] 55

4.1.Kết quả bài toán cơ sở: 57

Hình 4.1.Hình mô phỏng ô mạng hình trụ 57

Bảng 4.1:Kết quả bài toán ô mạng hình trụ 57

Hình 4.2.Hình mô phỏng ô mạng hình lục lăng 58

Bảng 4.2:Kết quả bài toán ô mạng hình lục lăng 58

Hình 4.3.Hình mô phỏng bó gồm toàn nhiên liệu 58

Bảng 4.3:Kết quả bài toán 1 bó toàn nhiên liệu 59

Hình 4.4.Hình mô phỏng bó nhiên liệu UGD 59

Bảng 4.4:Kết quả bài toán 1 bó nhiên liệu UGD 59

Bảng 4.5 Kết quả vùng hoạt toàn bó nhiên liệu UOX loại 1 60

Bảng 4.6 Kết quả vùng hoạt toàn bó nhiên liệu MOX loại 2 60

Bảng 4.7.Kết quả cho các bài toán cơ sở 60

4.2 Kết quả bài toán 4 trạng thái cho bó nhiên liệu UGD và MOX 61

Bảng 4.8 Kết quả bài toán 1 bó nhiên liệu UGD ở 4 trạng thái[3] 61

Bảng4.9 Bảng so sánh giữa kết quả tính toán và kết quả của OECD 62

Hình 4.5.Hình mô phỏng bó nhiên liệu MOX 63

Bảng 4.10 Kết quả bài toán 1 bó nhiên liệu MOX ở 4 trạng thái[3] 64

Bảng4.11 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả của OECD 64

4.3 Kết quả bài toán vùng hoạt 7, 19 và 31 bó nhiên liệu: 65

(a) (b) 65

Hình 4.6.Hình mô phỏng vùng hoạt 7 bó nhiên liệu 65

Bảng 4.12 Kết quả tính toán bài toán vùng hoạt 7 bó nhiên liệu 66

Hình 4.7.Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị keff theo chiều cao mức nước 66

(a) (b) 67

Hình 4.8.Hình mô phỏng vùng hoạt 19 bó nhiên liệu 67

Bảng 4.13 Kết quả tính toán bài toán vùng hoạt 19 bó nhiên liệu 68

Hình 4.9 Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị keff theo chiều cao mức nước.68 (a) (b) 69

Hình 4.10.Hình mô phỏng vùng hoạt 31 bó nhiên liệu 69

Bảng 4.14 Kết quả tính toán bài toán vùng hoạt 31 bó nhiên liệu 70

70

Hình 4.11 Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị keff theo chiều cao mức nước70 Bảng 4.15 Kết quả cho bài toán 7, 19 và 31 bó nhiên liệu 71

4.4 Kết quả bài toán 1/6 vùng hoạt nạp tải 30% MOX: 72

Hình 4.12 Hình mô phỏng mặt cắt đứng(a) và mặt cắt ngang(b) 1/6 vùng hoạt 72

Bảng 4.16 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả của OECD[5] 72

Bảng 4.17 Hệ số công suất tại các bó nhiên liệu 74

Hình 4.13 Phân bố công suất trong vùng hoạt lò VVER-1000 75

Sau khi đã nhân hệ số chuẩn hóa ta có bảng kết quả như bảng 4.18 77

Bảng 4.18.Kết quả tính toán thông lượng theo chiều cao bó nhiên liệu .77 Hình 4.14.Đồ thị phân bố thông lượng theo chiều cao bó nhiên liệu 78

Bảng 4.19 Kết quả tính toán thông lượng theo chiều cao vùng hoạt 79

Hình 4.15 Đồ thị phân bố thông lượng theo chiều cao vùng hoạt 80

KẾT LUẬN 81

Phụ lục 1: input cho bài toán 1 bó nhiên liệu 82

Phụ lục 2: input cho bài toán vùng hoạt 31 bó nhiên liệu 84

Phụ lục 3: input cho bài toán 1/6 vùng hoạt nạp tải 30% MOX 88

Phụ lục 4: Kết quả tính toán công suất theo các bó nhiên liệu 110

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1.Bảng một số ký hiệu hình học[2] Error: Reference source not found Bảng 2.2 Các cách tính toán nơtron, photon, electron trong MCNP[2] Error:

Reference source not found

Bảng 3.1 Các thông số chính của vùng hoạt [3] Error: Reference source not

found

Bảng 3.2 Thông số của thanh nhiên liệu và viên nhiên liệu [3] Error:

Reference source not found

Bảng 3.4 Kích thước những ô trong bó nhiên liệu [5] Error: Reference

source not found

Bảng 3.5.Tên vật liệu được mô tả trong bó nhiên liệu[5] Error: Reference

source not found

Bảng 3.6 Miêu tả các trạng thái bó nhiên liệu[4] Error: Reference source not

found

Bảng 3.7.Thành phần vật liệu[4] Error: Reference source not found Bảng 3.8.Miêu tả các trạng thái vùng hoạt lò VVER-1000[5] Error:

Reference source not found

Bảng 3.9.Thành phần đồng vị của vật liệu kết cấu[5] Error: Reference source

not found

Bảng 3.10.Chất làm chậm và nước trong vật liệu phản xạ[5] Error:

Reference source not found

Bảng 4.1:Kết quả bài toán ô mạng hình trụ Error: Reference source not found Bảng 4.2:Kết quả bài toán ô mạng hình lục lăng Error: Reference source not

Bảng 4.5 Kết quả vùng hoạt toàn bó nhiên liệu UOX loại 1 Error: Reference

source not found

Bảng 4.6 Kết quả vùng hoạt toàn bó nhiên liệu MOX loại 2 Error: Reference

source not found

Bảng 4.7.Kết quả cho các bài toán cơ sở Error: Reference source not found Bảng 4.8 Kết quả bài toán 1 bó nhiên liệu UGD ở 4 trạng thái[3] Error:

Reference source not found

Bảng4.9 Bảng so sánh giữa kết quả tính toán và kết quả của OECD Error:

Reference source not found

Bảng 4.10 Kết quả bài toán 1 bó nhiên liệu MOX ở 4 trạng thái[3] Error:

Reference source not found

Bảng4.11 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả của OECD Error:

Reference source not found

Bảng 4.12 Kết quả tính toán bài toán vùng hoạt 7 bó nhiên liệu Error:

Reference source not found

Bảng 4.13 Kết quả tính toán bài toán vùng hoạt 19 bó nhiên liệu Error:

Reference source not found

Bảng 4.14 Kết quả tính toán bài toán vùng hoạt 31 bó nhiên liệu Error:

Reference source not found

Bảng 4.15 Kết quả cho bài toán 7, 19 và 31 bó nhiên liệu Error: Reference

source not found

Bảng 4.16 Bảng so sánh kết quả tính toán và kết quả của OECD[5] Error:

Reference source not found

Bảng 4.17 Hệ số công suất tại các bó nhiên liệu Error: Reference source not

found

Bảng 4.18.Kết quả tính toán thông lượng theo chiều cao bó nhiên liệu Error:

Reference source not found

Bảng 4.19 Kết quả tính toán thông lượng theo chiều cao vùng hoạt Error:

Reference source not found

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý NM ĐHN sử dụng lò VVER-1000[3] Error:

Reference source not found

Hình 3.2 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000[3] Error: Reference

source not found

Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế lò VVER-1000[3] Error: Reference source not found Hình 3.5 Sự phân bố các nhóm thanh điều khiển trong vùng hoạt[8] Error:

Reference source not found

Hình 3 6 Cấu trúc bó nhiên liệu của lò VVER-1000 Error: Reference source

not found

Hình 3.8.Cấu hình bó nhiên liệu UGD (Nguồn[4]) Error: Reference source

not found

Hình 3.9.Cấu hình bó nhiên liệu MOX (Nguồn[4]) Error: Reference source

not found

Hình 3.11.Cấu hình1/6 vùng hoạt nạp tải 30% MOX ( Nguồn[5]) Error:

Reference source not found

Hình 3.12.Cấu hình bó nhiên liệu UGD (Nguồn[5]) Error: Reference source

not found

Hình 3.13.Cấu hình bó nhiên liệu MOX (Nguồn[5]) Error: Reference source

not found

Hình 3.14.Hình học những ô mạng trong bó nhiên liệu(Nguồn [5]) Error:

Reference source not found

Hình 3.15.Hình học cho bài toán ô mạng hình trụ Error: Reference source not

found

Hình 3.16 Hình học cho bài toán ô mạng hình lục lăng Error: Reference

source not found

Hình 3.17.Hình học 1/6 vùng hoạt nạp 30% MOX[5] Error: Reference source

Hình 4.7.Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị keff theo chiều cao mức nước Error:

Reference source not found

Hình 4.8.Hình mô phỏng vùng hoạt 19 bó nhiên liệu Error: Reference source

not found

Hình 4.9 Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị keff theo chiều cao mức nước Error:

Reference source not found

Hình 4.10.Hình mô phỏng vùng hoạt 31 bó nhiên liệu Error: Reference source

not found

Hình 4.11 Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị keff theo chiều cao mức nước Error:

Reference source not found

Hình 4.12 Hình mô phỏng mặt cắt đứng(a) và mặt cắt ngang(b) 1/6 vùng hoạt Error: Reference source not found Hình 4.13 Phân bố công suất trong vùng hoạt lò VVER-1000 Error:

Reference source not found

Hình 4.14.Đồ thị phân bố thông lượng theo chiều cao bó nhiên liệu Error:

Reference source not found

Hình 4.15 Đồ thị phân bố thông lượng theo chiều cao vùng hoạt Error:

Reference source not found

MỞ ĐẦU

Ngày nay, đi đôi với sự phát triển kinh tế là nhu cầu về năng lượng đặc biệt là điện năng Điện năng đóng vai trò quan trọng trong hầu hết mọi hoạt động sinh hoạt, sản xuất của con người Một trong những loại hình điện năng được chú ý đó là điện hạt nhân Điện hạt nhân đang thể hiện lợi ích to lớn của mình trong việc đảm bảo an ninh năng lượng, bên cạnh đó điện hạt nhân còn giảm thiểu lượng khí thải ra môi trường vì năng lượng tạo ra do quá trình phân hạch hạt nhân chứ không qua con đường đốt cháy nhiên liệu.

Bên cạnh đó, nhu cầu năng lượng đang ngày càng khan hiếm Với tính hình đó, Quốc hội nước ta đã thông qua và quyết định xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên vào năm 2014, tại Ninh Thuận Công nghệ lò mà Việt Nam lựa chọn cho nhà máy điện hạt nhân này là công nghệ lò VVER của Nga Song song với việc lựa chọn công nghệ lò đó là hàng loạt những tính toán, nghiên cứu cũng như đánh giá và thẩm định cần được thực hiện Trong đó, việc tính toán cho

dụng chương trình MCNP5 để tính toán cho một số đặc trưng hạt nhân như: hệ

số nhân hiệu dụng keff , phân bố thông lượng và công suất…trong lò.

Trên cơ sở các bài toán tiêu chuẩn của OECD và công cụ tính toán MCNP5, luận văn đã thực hiện việc mô hình hoá và tính toán chi tiết từ mức độ

ô mạng, bó nhiên liệu (với 2 loại nhiên liệu UGD và MOX) đến các cấu hình nạp tải bó nhiên liệu khác nhau và cấu hình 1/6 vùng hoạt lò VVER-1000 (nạp tải 30% MOX) Các tính toán cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng

độ boron và những yếu tố khác lên các đặc trưng hạt nhân của bó nhiên liệu và vùng hoạt của lò VVER-1000 Ngoài ra, luận văn cũng thực hiện tính toán phân

bố công suất và thông lượng để hiểu rõ hơn về vai trò của việc tính toán đó trong quá trình vận hành và điều khiển lò phản ứng.

Với thời gian có hạn cũng như điều kiện máy tính cấu hình chưa cao nên việc tính toán nghiên cứu của luận văn còn hạn chế, chưa đạt được mong muốn của tác giả Em mong thầy cô và các độc giả thông cảm.

CHƯƠNG I :LÝ THUYẾT LÒ PHẢN ỨNG 1.1 Các phương trình giải tích[1]

Trong vật lý nơtron của lò phản ứng, người ta thường xét đến phương trình vận chuyển nơtron Đây là phương trình tổng quát nhất được dùng để diễn

tả mật độ nơtron phụ thuộc vào không gian và thời gian, năng lượng và chiều chuyển động của nơtron trong một môi trường vật chất Nói cách khác, phương trình vận chuyển nơtron miêu tả đúng trạng thái mật độ thông lượng nơtron trong môi trường có tiết diện hấp thụ nơtron lớn Phương trình khuếch tán là một trong phương trình gần đúng của phương trình vận chuyển nơtron Nghĩa là phương trình vận chuyển được đơn giản hoá trong một số trường hợp như: môi trường với tiết diện hấp thụ bé và sự tán xạ nơtron gần đẳng hướng,…để trở thành phương trình khuếch tán nơtron gần đúng.

1.1.1 Phương trình vận chuyển nơtron.

Trong một thể tích tuỳ ý V, số nơtron trong V với năng lượng trong khoảng E đến E+dE và véc tơ vận tốc theo phương trong khoảng đến +d được xác định bởi công thức:

n(, E, , t)d3rdEd (1.1) với n(, E, , t) là mật độ nơtron với năng lượng E theo phương trong toạ độ Đề-các: = sin θ cos ϕ + sin θ sin ϕ + cos θ

Tốc độ thay đổi theo thời gian của số nơtron trong thể tích V kể trên là

n(, E, , t)d3r dEd = N1 - N2 (1.2) Trong đó , N1 là lượng nơtron được thêm vào và N2 là lượng nơtron bị mất

đi trong thể tích V trong một đơn vị thời gian Giả sử rằng thể tích V không phụ thuộc thời gian, (1.2) được viết lại thành:

Đối với biểu thức (1.3), số nơtron N1 thêm vào thể tích V trong thời gian một giây là do các cơ chế như sau:

(1) Do nguồn phát nơtron.

(2) Do nguồn nơtron bên ngoài qua mặt S bao quanh.

(3) Do các nơtron với năng lượng E’ với phương tán xạ trong thể tích V trở thành các nơtron có năng lượng E với phương trong thời gian một giây.

Cũng trong biểu thức (1.3), số lượng nơtron N2 mất đi trong thể tích V trong thời gian một giây do các cơ chế như sau:

(4) Nơtron rò ra khỏi thể tích V trong thời gian một giây.

(5) Nơtron trong thể tích V bị hấp thụ và tán xạ dẫn đến thay đổi năng lượng E và phương của nơtron trong thời gian một giây.

Sau khi biến đổi và giải ra ta được phương trình vận chuyển (1.4):

+ν ∇n + ν Σtn(, E, , t) =

=ddE’ν’Σs(E’E,)n(,E’,,t) + S(,E’, ,t) (1.4)

Đây là phương trình đạo hàm riêng tuyến tính theo không gian và thời gian với biến chưa biết là n(,E’,,t) và bẩy biến độc lập( = x, y,z; E; = ϕ , θ ,t) Trong đó:

• : Sự thay đổi số nơtron trong phần tử thể tích dV theo thời gian từ năng lượng E÷E+dE, hướng ÷ +d.

Ta sử dụng trường hợp hình học phẳng chỉ phụ thuộc vào một trục đối xứng OX, phương trình vận chuyển vi phân trở thành:

cosθ0 (x,Ω) + ΣtΦ(x,) = Σs( )Φ(x, )dΩ’ + S(x) (1.6) Giả thiết môi trường vận chuyển là đồng nhất và đẳng hướng:

Σs( ), cosθ0 Khai triển theo hàm Lagrange ta có:

Σs( ) = Σ (2ℓ +1) Σs,ℓPℓ(cos θ0) (1.7) Với: Pℓ(cos θ0) = Pℓ(cos θ ).Pℓ(cos θ ’) + 2 (Pℓ)i(cos θ )(Pℓ)i(cos θ ’)×

×cos[i(ϕ - ϕ’)] (1.8) Tính chất: Pℓ(cosθ).Pi(cosθ)dθ =

(1.7) gọi là khai triển hàm L liên kết.

Thế (1.7) và (1.8) vào (1.6) rồi lấy tích phân theo ϕ , ϕ ’ ta được đa thức L liên kết bằng 0 Từ đó có kết quả sau:

cos θ0 (x, Ω ) + ΣtΦ (x,) = Σ (2ℓ +1) Σs,ℓPℓ(cos θ )×

× Φ (x, Ω ’)Pℓ(cos θ ’)sin θ ’d θ ’ + S(x) (1.9) Φ(x,) = Φ(x) + J(x) cosθ (1.10) Thế (1.10) vào (1.9) rồi lấy tích phân theo ta được:

+ ΣaΦ(x) = S(x) (1.11) Đây là hàm mô tả sự liên tục của trường nơtron.

Thế (1.10) vào (1.9) rồi nhân cả 2 vế với cosθ sau đó lấy tích phân theo Ω được:

+ ( Σt - Σs1)J(x) = 0 (1.12)

J(x) = - = (1.13) J(x) = D (1.14) Biểu thức (1.14) là định luật Fick mô tả sự khuếch tán.

Từ đó suy ra dòng nơtron tỉ lệ với građiên của mật độ thông lượng nơtron.

D: là hệ số khuếch tán, D = = Σs(1- ) (1.15)

Trong đó: Σtr là thiết diện vận chuyển.

ΣaΦ(x) + S(x) =0 (1.16)

Chia 2 vế cho D ta được: - + =0 (1.17)

Đây là phương trình khuếch tán cơ bản, với L =

Theo (1.11) thì khi toa độ là 3 chiều phương trình khuếch tán cơ bản sẽ là:

∇2Φ Φ + (1.18)

1.2 Phương pháp Monte-Carlo giải phương trình vận chuyển [1]

Không thể xác định được nghiệm chính xác của phương trình vận chuyển nơtron đối với một lò phản ứng hạt nhân tổng quát Ta chỉ đơn cử một việc, đó là tính một lượng rất các tiết diện nơtron phụ thuộc năng lượng đối với các hạt nhân nhiên liệu, 235U và 239Pu, và các hạt nhân nguyên liệu, 232Th và 238U, cũng đủ cho thấy việc giải chính xác bài toán là không thể được Vì vậy cần phải tìm các phương pháp giải gần đúng phương trình vận chuyển nơtron.

Phương pháp gần đúng quan trọng nhất là phương pháp nhiều nhóm nơtron, trong đó khoảng năng lượng nơtron quan tâm thường từ 0,01eV đến 10 MeV, được chia thành một số nhóm Khi đó người ta coi tiết diện trong mỗi nhóm là không đổi, đó là đại lượng trung bình theo năng lượng và không phụ thuộc năng lượng.

Một phương pháp gần đúng khác là phương pháp Mote Carlo Trong một

số trường hợp người ta kết hợp cả hai phương pháp nhiều nhóm và phương pháp Monte Carlo để giải phương trình vận chuyển Trong luận văn em sử dụng

chương trình MCNP là chương trình dựa trên phương pháp Mote Carlo cho N hạt, dưới đây em xin trình bày phương pháp Monte Carlo để giải phương trình vận chuyển.

Phương pháp Monte-carlo là phương pháp tính dựa trên lý thuyết thống

kê Việc áp dụng phương pháp này xuất phát từ việc mô tả tiết diện vĩ mô như xác suất tương tác khi nơtron di chuyển trong không gian Khi đó quá trình di chuyển của nơtron được mô tả nhờ việc theo dõi các nơtron riêng biệt qua va chạm liên tiếp nhau Các vị trí va chạm và các kết quả va chạm, nghĩa là phương

và năng lượng của nơtrron phát ra được xác định bởi xác suất xuất hiện các số ngẫu nhiên

Các số ngẫu nhiên được sinh ra bằng máy tính Máy tính sẽ chọn các số ngẫu nhiên ξ1 , ξ2 , ξ3 , v.v một cách ngẫu nhiên trong khoảng 0 ≤ ξi ≤ 1 Điều

đó có nghia là xác suất p(ξi)dξi đối với ξi nằm giữa ξi và ξi +dξi là dξi nếu như 0 ≤

ξi ≤ 1 nghĩa là p(ξi)=1.

Để hình dung được việc sử dụng các số ngẫu nhiên miêu tả lịch sử nơtron,

ta hãy xét một ví dụ đơn giản khi các nơtron xuất phát từ một nguồn điểm đơn năng và đẳng hướng Đầu tiên hãy chọn phương bay của nơtron, và do đó sử dụng hai số ngẫu nhiên ξ1 và ξ2 Góc bay trên mặt phẳng nằm ngang được chọn

là φ1 = 2π ξ1 và cosin của góc cực là µ = 2ξ2 -1 Do nguồn đẳng hướng nên các giá trị đầu tiên của φ và µ là có giá trị bằng nhau trong các khoảng 0 ≤ φ ≤ 2π và -1 ≤ µ ≤ 1 Bước tiếp theo là xác định vị trí của va chạm thứ nhất Ta kí hiệu σ(s) là tiết diện theo phương vừa được chọn ở khoảng cách s đến nguồn Khi đó xác suất p(s)dS để nơtron chịu một va chạm giữa s và s + ds là :

và bởi vì p(s)ds = p(ξ3)d ξ3 = d ξ3 nên đại lượng s được xác định từ phân bố p(s) dấu trừ trong phương trình trên xuất hiện do s giảm khi ξ3 tăng.

Khi vị trí của va chạm thứ nhất được xác định, các số ngẫu nhiên tiếp theo được dùng để tìm lối ra của va chạm thứ nhất, vị trí của va chạm thứ 2, v.v Tiếp tục thủ tục này cho đến khi nơtron kết thúc lịch sử của mình,chẳng hạn do việc

rò ra khỏi hệ thống hay do hấp thụ Giá trị keff được tính bằng tỉ số lượng nơtron phân hạch sinh ra trên số nơtron nguồn tương ứng của hai thế hệ liên tiếp

Độ chính xác của phương pháp Monte-Carlo được xác định bởi số các nơtron được kiểm nghiệm, số các nơtron được kiểm nghiệm càng lớn thì độ chính xác của kết quả tính toán càng cao.

Sau khi đã tìm hiểu phương pháp Mote Carlo để giải phương trình vận chuyển em đi nghiên cứu chương trình MCNP5 Đây là chương trình được dựa trên phương pháp Monte Carlo cho bài toán nhiều hạt Việc nắm vững chương trình sẽ rất thuận lợi cho quá trình xây dựng input cho các bài toán của lò VVER-1000 Chương trình sẽ được trình bày chi tiết trong chương II.

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH MCNP VÀ ỨNG DỤNG

TRONG TÍNH TOÁN TỚI HẠN

MCNP là chương trình mô phỏng quá trình vận chuyển bức xạ đa năng dựa trên phương pháp Monte-Carlo, được xây dựng ở phòng thí nghiệm quốc gia Los-Alamos, Mỹ Đây là chương trình lớn, một công cụ tính toán rất mạnh MCNP xử lý cấu hình các vật liệu ba chiều tuỳ ý trong các khối hình học được giới hạn bởi các mặt bậc nhất bậc hai và một số mặt bậc bốn Trong MCNP, ta

có thể sử dụng để mô phỏng vận chuyển cho các hạt nơtron, photon, electron hoặc kết hợp vận chuyển đồng thời nơtron, photon, electron Năng lượng của nơtron thay đổi từ 10-11 MeV đến 20 MeV Đối với các photon và electron, năng lượng của chúng thay đổi từ 1 keV đến 1000 MeV.

MCNP sử dụng các thư viện số liệu hạt nhân và nguyên tử năng lượng liên tục Các nguồn số liệu hạt nhân chủ yếu là các đánh giá từ hệ các số liệu hạt nhân ENDF, thư viện các số liệu hạt nhân ENDL và các thư viện kích hoạt ACTL từ Livemore, và các đánh giá từ nhóm khoa học hạt nhân ứng dụng Los- alamos Các số liệu đánh giá được xử lý theo định dạng thích hợp đối với MCNP bằng các mã NJOY Các thư viện số liệu hạt nhân giữ chi tiết từ các đánh giá ban đầu ở mức độ đủ tin cậy để tái tạo trung thành ý định của người đánh giá

Các số liệu hạt nhân có đối với các tương tác nơtron, các tương tác photon

và các photon được tạo ra do nơtron, phép đo liều hay kích hoạt nơtron và tán xạ hạt nhiệt S(α,β) Mỗi bảng số liệu sẵn có trong MCNP được lập danh sách trên tệp thư mục XSDIR Người sử dụng có thể lựa chọn các bảng số liệu hạt nhân

Các tiết diện đối với gần 2000 phản ứng, bao gồm hơn 400 hạt nhân bia ở các trạng thái cơ bản và kích thích là một phần của cơ sở dữ liệu MCNP.

2.1 Tập tin đầu vào của MCNP[2]

Cấu trúc input của chương trình

Một dòng để trống duy nhất (tùy ý, không bắt buộc)

Sau dòng để trống này ta có thể viết bất cứ điều gì nhằm chú thích thêm cho bài toán mô phỏng, hay những điều ta cần ghi nhớ.

Cấu trúc: j m d geom params

Hoặc : j LIKE n BUT LIST

• j : chỉ số ô, với 1 ≤ j ≤ 99999, j không quá 5 kí tự.

• m : là số vật chất trong ô (khối) , số vật chất được thay bằng 0 để chỉ khối trống Nếu khối không trống thì được định nghĩa trên thẻ vật liệu.

• d : mật độ mật chất khối, dấu dương chỉ mật độ nguyên tử được tính bằng đơn vị 1024 nguyên tử/ cm3 Dấu âm để chỉ mật độ tính bằng đơn vị g/cm3.

• geom : phần mô tả hình học của khối

• params : các tham số tùy chọn : IMP, U, TRCL, LAT, FILL ….

- Thẻ vật liệu : là phần mô tả vật liệu lấp đầy trong khối

Cấu trúc : ZAID1 fraction1 ZAID2 fraction2

ZAIDi = ZZZAAA.nnX, với ZZZ là nguyên tử số, AAA là số khối, nn là tiết diện tương tác, X là loại hạt đến.

Fraction : mô tả thành phần số hạt trong một phân tử hay một đơn vị vật liệu Tổng các thành phần bằng 1.

- Thẻ nguồn : là thẻ mô tả nguồn Trong MCNP có bốn loại nguồn được mô

tả : nguồn tổng quát, nguồn mặt, nguồn tới hạn và nguồn điểm.

- Thẻ hình học:

Bảng 2.1.Bảng một số ký hiệu hình học[2]

Ký hiệu Giải thích VOL Thể tích của cell

- Thẻ độ quan trọng : là thẻ xác định độ quan trọng trong khối

Cấu trúc : imp: n x1 x2 xi

n : n tính cho nơtron, p tính cho photon, e tính cho electron

xi : tọa độ của khối thứ i

Thẻ độ quan trọng có thể đưa vào trong phần thẻ dữ liệu ( VD : imp:n 1 2 4 5r

1 0) hoặc sau các khai báo mặt trong thẻ ô ( VD : 2 0 -7:8:-1 imp:n=1).

- Thẻ kết quả ra: MCNP cung cấp 7 mức tính toán cho nơtron, 6 mức

tính cho proton và 4 mức tính cho eclectron :

Bảng 2.2 Các cách tính toán nơtron, photon, electron trong MCNP[2]

F6 Năng lượng tích lũy trung bình trong ô mạng MeV/g F7 Năng lượng phân hạch tích luỹ trung bình trong ô mạng MeV/g F8 Phân bố năng lượng của xung hình thành trong đầu dò Xung

2.2 Đánh giá sai số và giảm sai số[2]

2.2.1 Đánh giá sai số và độ chính xác

Sai số trong chương trình MCNP phụ thuộc vào quá trình đóng góp của số lịch sử (history) Kết quả của chương trình MCNP nhận được từ các ngẫu nhiên trên đường đi và định số xi (xi là năng lượng mất mát được cho bởi ngẫu nhiên thứ i) Giả sử hàm f(x) là số lịch sử hạt hàm mật độ xác suất được chọn ngẫu nhiên, x là biến ngẫu nhiên độc lập.

x N

Với ∑

=

i i

x N

S

Sx

2 2 2

S

R x (2.6)

Để đánh giá sai số và ý nghĩa của kết quả ta tuân theo quy tắc sau:

• Sai số từ 0.5 đến 1.0 Kết quả không có ý nghĩa

• Sai số từ 0.2 đến 0.5 Không đáng tin

• Sai số tử 0.1 đến 0.2 Nghi vấn

• < 0.10 Có thể tin cậy được

• <0.05 Có thể tin cậy được đối với detectơ điểm.

2.2.2 Giảm sai số

Sai số tương đối R tỉ lệ với N với N là số lịch sử, và thời gian tính T tỉ

lệ với N Do đó R = C/ T , với C là một hằng số dương Ta có 2 cách để giảm

R, tăng T và/hoặc giảm C , việc tăng thời gian tính là rất khó khăn ví dụ nếu muốn giảm R đi 0.1 mất 2 tiếng thì sẽ mất 200 tiếng để giảm R đi 0.01 Do đó MCNP giảm sai số bằng cách giảm C Hằng số C phụ thuộc vào 2 yếu tố: lựa chọn kết quả,lựa chọn mẫu

2.3 Ứng dụng MCNP trong tính toán tới hạn[2]

2.3.1 Phương pháp tính hệ số nhân nơtron

Tham số đặc trưng cho môi trường nhân nơtron là hệ số nhân k Hệ số nhân k là tỉ số giữa số nơtron sinh ra ở thế hệ sau với số nơtron sinh ra ở thế hệ trước.

k= (2.7) Nếu k<1 thì lò dưới tới hạn, k=1 lò tới hạn và k>1 lò trên tới hạn.Với môi trường đồng nhất và lớn vô hạn thì hệ số nhân là kinf (hệ số nhân vô cùng) Nhưng trong thực tế thì không phải nơtron nào sinh ra cũng tham gia vào phản ứng phân hạch, vì có hiện tượng rò nơtron nhanh trong quá trình làm chậm và rò nơtron nhiệt trong quá trình khuếch tán vì thế người ta đưa ra hệ số nhân hiệu dụng keff Nghĩa là khi tính hệ số nhân chúng ta chỉ tính đến số nơtron sinh ra tham gia vào phản ứng phân hạch Sau đây là cách tính hệ số nhân nơtron hiệu dụng (k eff) theo chương trình MCNP.

Tính toán tới hạn trong MCNP dựa trên thủ tục lặp đi lặp lại hay còn gọi là

“lặp nguồn” Sau khi ước lượng giả định cho nguồn phân hạch ban đầu ( thế hệ thứ nhất), thì các hạt được gieo sinh ra nguồn phân hạch cho thế hệ tiếp theo đồng thời ước tính một giá trị mới cho k eff Nguồn phân hạch mới sinh ra các hạt cho thế hệ thứ 2, theo dõi các hạt thế hệ thứ 2 này đồng thời ước tính một giá trị

keff Các thế hệ được lặp đi lặp lại cho đến khi k eff hội tụ.

2.3.2.Cấu trúc thẻ lệnh tính toán tới hạn trong MCNP

kcode nsrck rkk ikz kct

ksrc x1 y1 z1 x2 y2 z2…xn yn zn

• rkk=giá trị giả định ban đầu cho keff

• ikz=số thế hệ đã bỏ qua trước dữ liệu tích lũy dữ liệu

• kct=tổng số thế hệ

• ksrc= tên thẻ cho vị trí nguồn phân hạch đầu tiên.

• xk,yk,zk = vị trí của nguồn điểm phân hạch đầu tiên.

Sau khi tìm hiểu kỹ về chương trình MCNP và những ứng dụng trong tính toán tới hạn, em đã hiểu rõ về cấu trúc một input của chương trình Với những kiến thức có được em đi vào xây dựng input cho những bài toán lò VVER-1000 Trước tiên là bài toán ô mạng, sau đó là bài toán

1 bó nhiên liệu và tới bài toánvùng hoạt lò phản ứng.

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CÁC BÀI TOÁN CHO LÒ VVER-1000

Để có thể hình dung dễ dàng hơn về các bài toán vật lý của lò VVER-1000 cũng như các thông số sẽ phục vụ cho tính toán trước tiên em đi nghiên cứu tìm hiểu về một số đặc trưng của lò: hệ thống tải nhiệt, hệ thống điều áp, hệ thống điều khiển và bảo vệ, hệ thống an toàn Sau đó sẽ đi xây dựng các bài toán vật lý cho lò VVER-1000.

VVER-1000 là loại lò nước áp lực có công suất cao (công suất nhiệt = 3000MW và công suất điện = 1000MW) do Nga thiết kế, sử dụng nước nhẹ vừa

là chất làm chậm, vừa là chất tải nhiệt.

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý NM ĐHN sử dụng lò VVER-1000[3]

Từ hình 3.1 ta có thể mô tả hoạt động của toàn bộ nhà máy như sau:

Nhiệt được sinh ra trong vùng hoạt từ phản ứng phân hạch hạt nhân trong nhiên liệu và được lấy đi bởi chất tải nhiệt Sau khi đi ra khỏi vùng hoạt, chất tải nhiệt được truyền đi dọc theo các bộ phận của vòng tải nhiệt sơ cấp (vòng tuần hoàn thứ nhất) được gọi là “chân nóng (hot leg)” đến các bình sinh hơi và trao đổi nhiệt với nước trong bình sinh hơi để tạo thành hơi Phần lớn hơi được truyền đến tuabin làm quay tuabin phát điện, còn một phần nhỏ được trích ra để gia nhiệt cho nước cấp vào thùng lò Sau bình sinh hơi, chất tải nhiệt được truyền qua các bộ phận của vòng tải nhiệt sơ cấp được gọi là “chân nguội (cold leg)” rồi được bơm trở lại thùng lò bởi các bơm tải nhiệt gắn trên các chân nguội

Sau khi hơi qua tuabin làm quay tuabin, hơi sẽ đi đến bình ngưng và được ngưng tụ lại Từ bình ngưng, nước được truyền theo các bộ phận vòng tải nhiệt thứ cấp (hay vòng tuần hoàn thứ 2) rồi được bơm trở lại bình sinh hơi.

Lò VVER-1000 có bốn nhánh tuần hoàn trong vòng tải nhiệt sơ cấp, trên mỗi nhánh có lắp 1 bơm tuần hoàn chính (hay còn gọi là bơm tải nhiệt)

Sau đây là mô tả chi tiết về những đặc trưng cơ bản của lò VVER-1000

3.1 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA LÒ VVER-1000[3]

3.1.1 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng

Hệ thống tải nhiệt của lò phản ứng bao gồm lò phản ứng, 4 bình sinh hơi, bình điều áp và 4 bơm tải nhiệt (xem hình 3.2) Các thành phần này được nối với nhau bằng hệ thống ống dẫn tạo ra một vòng tuần hoàn được gọi là vòng tải nhiệt

sơ cấp

Hình 3.2 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000[3]

a Lò phản ứng

Lò phản ứng (LPƯ) là thiết bị chính và quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống tải nhiệt LPƯ gồm có thùng lò (các bộ phận bên trong thùng lò chủ yếu dùng để lắp đặt các bó nhiên liệu, định hướng và chuyển dịch các thanh điều khiển), và phía trên thùng lò là cơ cấu chuyển dịch thanh điều khiển Cấu tạo lò phản ứng VVER-1000 được thể hiện như hình 3.3.

Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế lò VVER-1000[3]

1.Đỉnh lò; 2.Hệ thống an toàn và điều khiển; 3.Chốt đai; 4.Đường dẫn các thiết bị đo trong lò; 5.Lớp đệm; 6.Thùng lò; 7.Các ống an toàn; 8.Hốc đai; 9.Vách ngăn; 10.Bó nhiên liệu; 11.Lớp giữ nhiệt;12.Nắp thùng lò; 13.Thanh điều khiển; 14.Các thanh nhiên liệu; 15.Chốt hãm.

Lò phản ứng VVER-1000 có lối vào và lối ra của chất tải nhiệt đặt ở độ cao khác nhau, lối vào ở dưới còn lối ra ở trên

Chất tải nhiệt (nước nhẹ đã được xử lý hoá học và được pha thêm axít Boric) đi vào thùng lò qua các lối vào, qua vành xuyến (annulus) giữa thùng lò

và giỏ đỡ vùng hoạt, sau khi qua các lỗ khoan ở tấm phẳng dưới đáy, chúng đi vào các bó nhiên liệu trong vùng hoạt Tại vùng hoạt chất tải nhiệt nhận nhiệt từ năng lượng sinh ra của phản ứng phân hạch hạt nhân trong các bó nhiên liệu Sau

đó chất tải nhiệt đi qua các lỗ khoan ở tấm phẳng phía trên, rồi qua lối ra để đi ra khỏi thùng lò đến chân nóng.

a.1 Thùng lò phản ứng

Thùng lò là 1 thùng hình trụ chịu áp lực cao được tạo nên từ các vành thép đúc liền được hàn lại với nhau Gắn với thùng lò phía trên là hệ thống các thanh an toàn và các thanh điều khiển Xung quanh thùng lò có gắn các ống với các đường kính khác nhau:

 8 đường ống với đường kính trong 850mm gắn trên 2 mức (4 ống trên mỗi mức), các đường ống này được nối với 4 nhánh của vòng tải nhiệt sơ cấp.

 4 đường ống với đường kính trong 300mm gắn trên 2 mức (2 ống trên mỗi mức), các đường ống này nối với 4 bình tích trữ nước của hệ thống ECCS thụ động.

 9 đường ống có đường kính trong 250 mm cho các đường xung của hệ thống điều khiển.

Hình 3.4.Cấu tạo vùng hoạt của lò VVER-1000[7]

Vùng hoạt của lò VVER có 163 bó nhiên liệu, trong đó có 61 bó có thanh điều khiển được chia thành 10 nhóm Chi tiết sự phân bố các nhóm thanh điều khiển được mô tả trên hình 3.5.

Hình 3.5 Sự phân bố các nhóm thanh điều khiển trong vùng hoạt[8]

Bảng 3.1 Các thông số chính của vùng hoạt [3]

Số bó nhiên liệu có kèm thanh điều khiển 61 bó

Khoảng cách giữa tâm các bó nhiên liệu 236 mm

Lưu lượng dòng chảy của chất tải nhiệt qua vùng hoạt 17650 kg/s

Mỗi bó nhiên liệu lò VVER-1000 gồm 312 thanh nhiên liệu được gắn trên các giá đỡ song song có dạng hình lục giác bằng thép không gỉ Mỗi bó đều có một ống dẫn trung tâm để đưa các thiết bị đo vào Phần trụ phía dưới của các bó nhiên liệu được giữ trong các hốc trên giá đỡ và phần trên được giữ bằng giá đệm

Hình 3 6 Cấu trúc bó nhiên liệu của lò VVER-1000

Các thanh nhiên liệu được tạo nên bởi các viên nhiên liệu UO2 được bọc trong ống hình trụ làm bằng hợp kim Zr-Nb và ở tại 1 số vị trí nào đó của thanh nhiên liệu người ta bố trí các thành phần không phải là nhiên liệu chẳng hạn như thành phần hấp thụ hoặc chất hấp thụ cháy được.

1 Thanh nhiên liệu

2 Ống dẫn để đưa thanh điều khiển hoặc chất hấp thụ cháy được

3 Ống trung tâm

4 Viên nhiên liệu có hoặc không có Galodinium

Bảng 3.2 Thông số của thanh nhiên liệu và viên nhiên liệu [3]

Số ống dẫn để đưa thanh điều khiển hoặc chất hấp thụ cháy

được/bó

18

Chiều dài hiệu dụng của thanh nhiên liệu 3530 mm

Khoảng cách giữa các thanh nhiên liệu trong bó 12,75 mm

Đường kính viên nhiên liệu tính cả vỏ bọc 9,1 mm

Đường kính ngoài của viên nhiên liệu không tính vỏ bọc 7,53 mm

Đường kính của lỗ ở tâm viên nhiên liệu 2,3 mm

Zr-110 (99%Zr1%Nb) Khí được bơm vào trong khe hở giữa viên nhiên liệu và vỏ

Bình sinh hơi là một thiết bị trao đổi nhiệt, nước trong bình sinh hơi trao đổi

nhiệt với các ống dẫn nước nóng từ thùng lò để tạo thành hơi Bình sinh hơi lò

VVER-1000 được thiết kế nằm ngang Một số ưu điểm và nhược điểm chính của

bình sinh hơi lò VVER-1000:

- Phần thể tích chứa nước lớn – tham gia vào quá trình làm nguội tâm lò khẩn cấp khi có sự cố.

- Diện tích tách hơi lớn – Dễ dàng đạt được hơi có độ ẩm thấp.

- Có ít chất đóng cặn ở đầu thu (collector).

• Nhược điểm:

Chiếm diện tích lớn trong nhà lò.

Hình 3.7 Cấu tạo bình sinh hơi lò VVER-1000[8]

Chất tải nhiệt từ chân nóng vào bình sinh hơi qua lối vào dạng cột trụ, trong bình sinh hơi có rất nhiều ống trao đổi nhiệt (ống chữ U) được thiết kế gần như nằm ngang (phần giữa của ống cao hơn phần cuối 20mm) Chất tải nhiệt trong các ống này trao đổi nhiệt với nước trong bình sinh hơi để tạo thành hơi Hơi qua thiết bị sấy rồi qua bộ tách hơi để tách nước ra khỏi hơi Sau đó hơi qua các ống hơi ra theo đường góp hơi chính đến tuabin và làm quay tuabin Chất tải nhiệt sau khi đi qua các ống trao đổi nhiệt, qua đường ống lối ra dạng cột trụ đặt

so le với chân nóng, đến chân nguội và được bơm trở lại thùng lò bởi các bơm tải nhiệt.

 Bảo vệ các thiết bị trong vòng tải nhiệt sơ cấp trong trường hợp quá áp.

 Tăng áp suất vòng tải nhiệt sơ cấp trong thời gian khởi động lò.

 Giảm áp suất vòng tải nhiệt sơ cấp trong thời gian dập lò.

Hệ thống điều áp gồm có các thiết bị sau:

 Bình điều áp

 Thùng xả áp.

 Đường trút hơi với các van xung an toàn và các van xả.

 Đường trút hỗn hợp hơi – nước từ bình điều áp đến thùng xả áp.

Thiết bị quan trọng nhất của hệ thống điều áp là bình điều áp của bình điều áp Bình điều áp được thiết kế thẳng đứng với lối vào của chất tải nhiệt được nối với “chân nóng” nhánh số 4 của vòng tải nhiệt sơ cấp Để duy trì áp suất ổn định trong vòng tải nhiệt sơ cấp, trong bình điều áp được lắp hệ thống phun ở phía trên và các bộ đun điện ở dưới Hệ thống phun nối với chân nguội nhánh số 1 của vòng tải nhiệt sơ cấp, dùng để phun nước vào thể tích hơi trong bình điều áp làm cho hơi ngưng tụ để áp suất giảm xuống Còn các bộ đun điện dùng để đun nóng nước trong bình điều

áp để làm tăng áp suất trong vòng tải nhiệt sơ cấp và đun nóng chất tải nhiệt trong thời gian khởi động lò

3.1.3 Hệ thống điều khiển và bảo vệ lò phản ứng

Việc điều chỉnh công suất lò và điều khiển phản ứng phân hạch dây truyền được thực hiện bởi 2 hệ thống điều chỉnh độ phản ứng, dựa trên 2 nguyên

lý khác nhau, đó là:

 Đưa chất hấp thụ rắn vào – Hệ thống các thanh điều khiển (Hệ thống điều khiển và bảo vệ ).

 Bơm chất hấp thụ lỏng vào – Hệ thống điều chỉnh nồng độ Boron.

Việc điều chỉnh độ phản ứng dựa trên sự thay đổi vị trí của các thanh điều khiển và thay đổi nồng độ Boron trong chất tải nhiệt vòng tải nhiệt sơ cấp.

Hệ thống điều khiển và bảo vệ gồm các thành phần sau đây:

 Hệ thống các thanh điều khiển.

 Hệ thống kiểm tra thông lượng nơtron.

 Hệ thống bảo vệ khẩn cấp.

 Hệ thống bảo vệ dự phòng.

 Hệ thống điều khiển từng chùm thanh điều khiển hoặc cả nhóm chùm thanh điều khiển.

3.1.4 Hệ thống an toàn

Các hệ thống an toàn của lò VVER-1000 gồm các hệ thống đặc biệt luôn ở trạng thái sẵn sàng hoạt động, gồm:

 Hệ thống làm nguội vùng hoạt khẩn cấp (ECCS).

 Hệ thống bảo vệ vòng tải nhiệt sơ cấp trong trường hợp quá áp.

 Hệ thống bảo vệ vòng tải nhiệt thứ cấp trong trường hợp quá áp.

3.2 Mô hình tiêu chuẩn (mô hình benchmark)

Mô hình tiêu chuẩn là mô hình được OECD công bố, nó có cấu trúc đơn giản hơn so với mô hình thực tế nhằm tạo thuận lợi trong quá trình nghiên cứu Trong tài liệu năm 2002 là mô hình về cấu trúc 2 bó nhiên liệu UGD và MOX, còn tài liệu năm 2006 là mô hình 1/6 vùng hoạt nạp tải 30% MOX Trong luận văn này em tính toán cho bài toán 1 bó nhiên liệu theo tài liệu 2002 và 1/6 vùng hoạt theo tài liệu 2006 Với 2 tài liệu này số lượng các thanh nhiên liệu cũng như thanh điều khiển trong 1 bó là không thay đổi mà chỉ có sự sắp xếp chúng trong các bó là thay đổi Sau đây em đi mô tả chi tiết về cấu trúc của các loại bó nhiên liệu của 2 tài liệu để thuận lợi cho quá trình tính toán.

3.2.1 Mô hình bó nhiên liệu[4]

Mô hình tiêu chuẩn về bó nhiên liệu VVER-1000 gồm 2 loại bó nhiên liệu

đó là UGD và MOX Những bó nhiên liệu này có hình lục giác, chiều cao vô hạn, gồm 331 ô mạng hình lục lăng, trong đó có 1 ống trung tâm, 312 vị trí cho thanh nhiên liệu (trong đó có 12 của thanh U/Gd) và 18 ống dẫn Vật liệu lớp vỏ