An toàn bức xạ trong một số hoạt động bảo dưỡng nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng nước áp lực

Các hệ thống bổ trợ được quan tâm nhất bao gồm hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt, hệ thống tải nhiệt dư, làm sạch khoang lò phản ứng, làm mát và làm sạch bể nhiên liệu

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN AN TOÀN BỨC

XẠ TRONG MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG BẢO DƯỠNG

NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN SỬ DỤNG

LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC ÁP LỰC

ĐẬU HUYỀN NGA – K59 CNHN

Người hướng dẫn: TS NGUYỄN HÀO QUANG

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Hào Quang, Phó viện trưởng viện năng lượng nguyên tử Việt Nam, PGS.TS Bùi Văn Loát, giảng viên bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý - Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu cũng như giúp đỡ em trong quá trình học tập để em hoàn thành bản báo cáo khoa học này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo tại Bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thiện bản báo cáo

Qua đây em cũng xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã thường xuyên động viên, khuyến khích em và thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này

Hà Nội, ngày 26 tháng 3 năm 2016

Các sinh viên

Mục lục

Mục lục 1

Danh mục từ viết tắt 3

Danh mục hình vẽ 4

Danh mục bảng biểu 5

Lời nói đầu 6

Chương 1: TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC ÁP LỰC 7

1.1 Tổng quan 7

1.2 Bố trí nhà máy 8

1.3 Hệ thống sơ cấp 9

1.4 Hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt 19

1.5 Hệ thống tải nhiệt dư 25

1.6 Hệ thống phun an toàn 27

1.7 Hệ thống phun trong nhà lò 29

1.8 Làm mát và làm sạch bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng 31

1.9 Hệ thống lọc khoang trống lò phản ứng 34

1.10 Hệ thống xử lý chất thải phóng xạ 35

1.10.1 Hệ thống xử lý chất thải dạng lỏng 36

1.10.2 Hệ thống xử lý khí thải 41

1.10.3 Hệ thống xử lý chất thải rắn 43

Chương 2: Một số bài toán thực tế 45

2.1 Bài toán thực tế 1 45

2.1.1 Đề bài 45

2.1.2 Lời giải 48

2.2 Bài toán thực tế 2 51

2.2.1 Đề bài 51

2.2.2 Lời giải 54

2.2.2.a 54

2.2.2.b 55

2.2.2.c 56

2.2.2.d 57

Kết luận và kiến nghị 58

1 Kết luận 58

2 Kiến nghị và hướng phát triển 58

Tài liệu tham khảo 59

Danh mục từ viết tắt

System

Hệ thống điều chỉnh hóa chất

và lượng chất tải nhiệt

Hệ thống chất tải nhiệt lò

phản ứng

ứng

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1: Bố trí đơn giản của một lò phản ứng nước áp lực mô tả các thành

phần chính trong tòa nhà lò 10

Hình 1.2: Các thành phần chính của hệ thống sơ cấp trong lò phản ứng PWR 11

Hình 1.3: Thùng lò phản ứng nước áp lực và các thành phần chính 12

Hình 1.4: Bình sinh hơi và các thành phần chính 16

Hình 1.5 Bơm chất tải nhiệt lò phản ứng và các thành phần chính 17

Hình 1.6: Bình điều áp và các thành phần chính 18

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt 21

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống tải nhiệt dư và các thành phần chính 26

Hình 1.9: Sơ đồ hệ thống phun nhà lò và các thành phần chính 30

Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống chất tải nhiệt và làm sạch bể chứa nhiên liệu đã cháy 32

Hình 1.11: Các hoạt động xử lý nhiên liệu đã cháy trong nhà chứa nhiên liệu tại một tổ máy PWR 34

Hình 2.1: Hình học nguồn-điểm cho việc tính liều phơi nhiễm P là điểm cần quan tâm để tính liều phơi nhiễm, S là một nguồn điểm 52

Hình 2.2: Hình học nguồn- đường cho việc tính liều phơi nhiễm Ống lấy mẫu dài 10m Điểm Q nằm phía trên của chân ống lấy mẫu phía trên ống lấy mẫu tại một khoảng cách vuông góc là 2m 52

Hình 2.3: Hình học nguồn dạng đĩa cho việc tính liều phơi nhiễm Vết loang

có đường kính 20m Điểm X cách 2m phía trên vết loang dọc theo trục đi qua tâm của đĩa 52

Lời nói đầu

Nhà máy điện hạt nhân tạo ra chất phóng xạ, chúng có thể thải ra nhà lò

và chiếu xạ trực tiếp lên con người, trước hết là các nhân viên bảo dưỡng khi

mở nắp thùng lò để thay nhiên liệu định kì Nguy cơ chiếu xạ rất lớn nếu có

sự sai hỏng nhiên liệu hoặc sự cố Còn khi nhà máy hoạt động bình thường, phát thải và chiếu xạ được duy trì ở mức độ cho phép, song không có nghĩa là

vô hại Các nhà máy điện hạt nhân hiện nay có chu kì hoạt động từ 12 đến18 tháng sau đó phải dừng lò để nạp nhiên liệu và thực hiện các hoạt động bảo dưỡng định kì để đảm bảo hoạt động của chúng luôn ổn định, không bị xấu đi

do lão hóa và tác động của các yếu tố khác Ở một số lò phản ứng cải tiến, công việc bảo dưỡng có thể thực hiện không quá 16 ngày Một số bộ phận trong lò phản ứng có thể có mức độ phóng xạ rất cao, đặc biệt là khi có sự sai hỏng của vỏ nhiên liệu khiến các sản phẩm phân hạch thoát ra ngoài Nhân viên bảo dưỡng là những người trực tiếp bị chiếu xạ trong quá trình bảo dưỡng Theo khuyến cáo của ICRP, liều hiệu dụng trung bình cho nhân viên bức xạ là 100 mSv tính trong 5 năm liên tiếp, trong đó liều cực đại không quá

50 mSv trong một năm [1] Do đó vấn đề an toàn bức xạ đối với các hoạt động bảo dưỡng là rất quan trọng Chương 1 của báo cáo này sẽ trình bày tổng quan về hệ thống lò phản ứng nước áp lực và các mối quan tâm về phóng

xạ gắn liền với các hệ thống, bộ phận đó Chương 2 của báo cáo này sẽ trình bày một số hoạt động bảo dưỡng trong thực tế và các tính toán đi kèm để xác định ảnh hưởng của phóng xạ trong các hoạt động đó tới nhân viên bảo dưỡng nhà máy điện hạt nhân

Chương 1: TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC ÁP LỰC

1.1 Tổng quan

Lò phản ứng nước nhẹ có đặc trưng là sử dụng nước để làm mát và làm chậm Có hai loại chính trong công nghiệp lò phản ứng nước nhẹ đó là lò phản ứng nước áp lực (PWR) và lò phản ứng nước sôi (BWR) Báo cáo này

mô tả các hệ thống trong lò phản ứng nước áp lực có quan tâm bởi nhân viên

an toàn bức xạ Mục đích chính là để trình bày những khía cạnh của thiết kế

hệ thống và các mối tương quan tác động đến tình trạng phóng xạ của nhà máy Các chức năng và mục đích của những hệ thống khác nhau được trình bày cùng với những mối nguy hiểm về phóng xạ liên quan giữa chúng Các

mô tả hệ thống được cung cấp đủ chi tiết để cho phép nhân viên an toàn bức

xạ có thể đánh giá tình trạng phóng xạ gắn liền với những điều kiện vận hành khác nhau của nhà máy [2]

Nhân viên an toàn bức xạ phải có những hiểu biết cơ bản về những hệ thống khác nhau trong nhà máy điện hạt nhân để đánh giá mối nguy hại thực

tế và tiềm năng về phóng xạ gắn với trạng thái vận hành của lò phản ứng nước nhẹ Không cần thiết nhân viên an toàn bức xạ phải có kiến thức chuyên sâu tới tất cả các khía cạnh của các tham số hệ thống liên quan tới vận hành như yêu cầu đối với các nhân viên vận hành nhà máy Do đó, các chi tiết phức tạp của thiết kế hệ thống và chức năng so với trình độ hiểu biết cần thiết của nhân viên vận hành nhà máy không được đề cập Tuy nhiên, điều quan trọng là họ

có đủ kiến thức về hệ thống nhà máy để giải quyết đầy đủ các yêu cầu về phóng xạ cho các hoạt động được thực hiện trên hoặc trong vùng lân cận của nhà máy [2]

Một số hệ thống trong lò phản ứng PWR là có mối quan tâm trực tiếp

về phương diện phóng xạ Chúng bao gồm hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng (hay hệ thống chất tải nhiệt sơ cấp) và các hệ thống bổ trợ khác Các hệ thống

bổ trợ được quan tâm nhất bao gồm hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt, hệ thống tải nhiệt dư, làm sạch khoang lò phản ứng, làm mát và làm sạch bể nhiên liệu đã cháy, hệ thống bơm an toàn, hệ thống phun nước trong tòa nhà lò, hệ thống thông gió của nhà máy, hệ thống xử lý chất thải phóng xạ, hệ thống xử lý và lấy mẫu hóa phóng xạ Những hệ thống này có khả năng bị nhiễm bẩn phóng xạ trong những điều kiện nhất định [2]

1.2 Bố trí nhà máy

Cơ sở PWR bao gồm ba hoặc bốn tòa nhà riêng biệt ngoài những thành phần khác được yêu cầu để hỗ trợ hoạt động của cơ sở như các tòa nhà hành chính văn phòng, thiết bị an ninh lối vào, nhà kho Các tòa nhà chính thường được liên kết với các cơ sở PWR bao gồm tòa nhà lò (hoặc nhà lò), tòa nhà chứa nhiên liệu, tòa nhà phụ trợ và tòa nhà điều khiển [2]

Tòa nhà lò có cấu trúc hình trụ được làm bằng bê tông cốt thép, đó là nơi có các thành phần hệ thống sơ cấp, các thành phần của thiết bị làm mát vùng hoạt khẩn cấp, thiết bị xử lý không khí và thiết bị thông gió Tùy theo thiết kế và độ lớn của tổ máy PWR từng bộ phận khác nhau ( ví dụ hệ thống tải nhiệt dư) sẽ được đặt trong tòa nhà lò hoặc tòa nhà bổ trợ Nhà chứa nhiên liệu bao gồm bể chứa nhiên liệu đã cháy, thiết bị thông gió tòa nhà và thiết bị làm mát, các thành phần làm mát và làm sạch bể chứa nhiên liệu đã cháy và nhà chứa nhiên liệu mới Các hệ thống và các thành phần liên quan đến hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt, các bơm của hệ thống phun

an toàn và các bộ trao đổi nhiệt, có thể các thành phần của hệ thống tải nhiệt

điện liên quan, các đường ống và van được đặt trong tòa nhà bổ trợ Ngoài ra nhiều thành phần và thiết bị liên quan tới hệ thống thứ cấp đều được đặt trong tòa nhà bổ trợ Phòng điều khiển chính được đặt trong tòa nhà điều hành Thông thường, tòa nhà điều hành sẽ bao gồm các phòng chứa acquy, trung tâm điều khiển mô-tơ, cáp điện và phòng rơle và thiết bị thông gió khẩn cấp Hình 1.1 mô tả tòa nhà lò phản ứng nước áp lực điển hình và dòng hơi nước tới máy phát tua-bin và các hệ thống phía thứ cấp [2]

Hình 1.1: Bố trí đơn giản của một lò phản ứng nước áp lực mô tả các thành

phần chính trong tòa nhà lò [2]

1.3 Hệ thống sơ cấp

Vòng sơ cấp của lò phản ứng PWR duy trì một áp suất cao, xấp xỉ 15,5 Mpa (2200-2300 psi) với nhiệt độ hoạt động khoảng 332oC (629oF) Vòng sơ

cấp hay hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng (RCS) bao gồm vùng hoạt lò phản ứng Hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng cung cấp chất tải nhiệt cho vùng hoạt và truyền nhiệt cho vòng thứ cấp thông qua bình sinh hơi, tạo ra hơi nước làm quay tua bin Hệ thống sơ cấp bao gồm 2-4 vòng tuần hoàn Mỗi vòng tuần hoàn bao gồm một máy bơm chất tải nhiệt lò phản ứng (gọi chung là bơm), bình sinh hơi và các đường ống dẫn Bên cạnh thùng lò, bình điều áp và bình hạ áp là những thành phần quan trọng khác liên quan đến hệ thống sơ cấp Hình 1.2 mô tả những thành phần chính của hệ thống sơ cấp trong lò phản ứng PWR [2]

Thùng lò phản ứng chứa các bó nhiên liệu, cấu trúc giữ vùng hoạt, các thanh điều khiển, lá chắn nhiệt, các ống dẫn trong vùng hoạt và các thành phần liên quan khác Thùng lò chứa lượng nhiệt sinh ra trong vùng hoạt, cung cấp đường dòng cho chất làm chậm-làm mát qua vùng hoạt, cho phép tiếp cận tới nhiên liệu trong các hoạt động nạp nhiên liệu và cung cấp các lối xuyên qua cho phép các thanh điều khiển và các dụng cụ bên trong vùng hoạt có thể tiếp cận vùng hoạt Hình 1.3 mô tả thùng lò cùng một vài thành phần chính của nó [2]

Hình 1.3: Thùng lò phản ứng nước áp lực và các thành phần chính [2]

Những thành phần chính của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng được đặt trong khu vực tường chắn sinh học của nhà lò Tùy thuộc vào số lượng của các vòng tuần hoàn và thiết kế riêng biệt, các vòng tuần hoàn có thể được trang bị tường chắn riêng Tiếp cận với các thành phần chính như bình sinh hơi, bơm chất tải nhiệt và bình điều áp bị hạn chế nghiêm ngặt trong thời gian hoạt động của lò phản ứng Khi mỗi tổ máy hoạt động 100% công suất, suất liều bên trong các bức tường chắn sơ cấp, xây quanh các phòng chứa vòng tuần hoàn vào khoảng 100–250 mSv/h (10–25 rem/h) Đóng góp vào các trường bức xạ này gồm các hạt nhân phóng xạ có thời gian sống ngắn, chủ yếu là N-16, cùng với các hạt nhân phóng xạ do kích hoạt, ăn mòn và phân hạch có trong chất tải nhiệt Mức độ bức xạ neutron là đáng kể, độ lớn của nó tăng theo công suất lò phản ứng.Mức độ bức xạ neutron bên trong phòng chứa vòng tuần hoàn ở công suất 100% có thể lên tới vài chục mSv/h (vài rem/h)

Do đó tiếp cận tới các khu vực máy bơm chất tải nhiệt, bình sinh hơi và bình điều áp phải được giới hạn nghiêm ngặt khi lò đang hoạt động Trong những trường hợp nhất định (ví dụ 10% công suất lò phản ứng) và tùy thuộc vào thiết kế cụ thể của nhà máy, tiếp cận trong khoảng thời gian ngắn (khoảng một vài phút)có thể được để nghiên cứu các tín hiệu báo động sự cố hoặc các vấn đề về thiết bị, Bất kì việc xâm nhập nào đều phải được lên kế hoạch và kiểm soát chặt chẽ [2]

Các điều kiện tương tự và lý luận áp dụng cho các khu vực lối vào của phía trên thùng lò và khoang trống lò phản ứng Suất liều ở phần trên lò phản ứng, trong khoang trống lò phản ứng và gần mép của khoang trống lò phản ứng thường ngăn chặn việc đi vào các khu vực này khi lò đang có công suất

do các mức phóng xạ cao, chúng bao gồm một thành phần bức xạ neutron đáng kể Suất liều bức xạ trung bình trong khoảng 100-200 mSv/h (10-20

rem/h) ở phía trên thùng lò phản ứng và trong vùng lân cận của bộ dẫn động thanh điều khiển [2]

Mỗi vòng tuần hoàn của hệ thống sơ cấp chứa một ống hình chữ U hoặc bình sinh hơi qua một lần (SG) Nước từ của hệ thống sơ cấp chảy trong các bó ống và truyền nhiệt của nó cho nước cấp lưu thông trên bề mặt vỏ ống trong bình sinh hơi Nằm trực tiếp trên bó ống là khoang trống hơi Khoang trống hơi tách hơi ẩm từ hơi nước rồi trả lại cho dòng nước cấp và sấy khô hơi nước trước khi nó đi ra khởi bình sinh hơi Điều này đảm bảo một nguồn cung cấp hơi nước chất lượng cao cho các tuabin máy phát điện Cửa thăm dò (cho người vào hoặc tay) được đặt tại các vị trí chiến lược trên mỗi bình sinh hơi

để cho phép tiếp cận trong các hoạt động kiểm tra và bảo trì trong thời gian dừng nhà máy Mỗi bình sinh hơi có chứa hàng ngàn ống riêng biệt cung cấp một diện tích bề mặt cần thiết đủ để truyền nhiệt và tạo ra lượng hơi nước cần thiết để sản xuất lượng lớn điện năng của nhà máy điện hạt nhân Bình sinh hơi phải được bảo dưỡng trong tình trạng hoạt động tốt để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất của mỗi tổ máy Tình trạng xuống cấp ảnh hưởng tới chất lượng hoặc lượng hơi sản xuất được của mỗi bình sinh hơi dẫn đến giảm sản lượng công suất, ảnh hưởng tiêu cực tới hoạt động kinh tế Bình sinh hơi phải chịu sự kiểm tra toàn diện và bảo dưỡng trong khoảng thời gian dừng nhà máy Những hoạt động này có thể chiếm một phần đáng kể mức chiếu xạ trong quá trình dừng nhà máy tại các tổ máy lò phản ứng PWR [2]

Tiếp cận vùng lân cận bình sinh hơi thông thường không được thực hiện trong khi lò đang hoạt động do mức độ bức xạ cao Hơn nữa, ngay cả khi được phép tiếp cận thì phạm vi kiểm tra phải được giới hạn Lý do hay gặp nhất để kiểm tra bình sinh hơi khi lò phản ứng đang hoạt động là trong trường hợp nghi ngờ có sự rò rỉ ở cửa thăm dò (cho người vào hoặc tay) Việc giả thiết các khu vực này dễ dàng được tiếp cận và có thể dễ dàng quan sát những

xâm nhập cho mục đích điều tra khẩn cấp phải được đảm bảo trong những điều kiện nhất định [2]

Mức độ phóng xạ của bình sinh hơi là mối quan tâm chính trong thời gian dừng nhà máy để thực hiện các hoạt động kiểm tra và bảo dưỡng Một khi cửa thăm dò chính cho người vào được tháo ra các mức suất liều khoảng vài mSv/h (vài trăm mrem/h) có thể gặp phải trong vùng lân cận cửa thăm dò Mức độ phóng xạ lên tới hàng chục mSv/h (vài rem/h) hoặc cao hơn khi tiếp xúc với tấm ống bên trong cửa thăm dò không phải là hiếm Suất liều tại cửa thăm dò của bình sinh hơi có thể thay đổi đáng kể từ tổ máy này sang tổ máy khác và phụ thuộc rất nhiều vào lịch sử hoạt động của nhà máy, việc duy trì kiểm soát hóa chất khi vận hành tốt, các phương pháp hóa chất sử dụng để dập lò và tính toàn vẹn của vỏ thanh nhiên liệu Hình 1.4 mô tả thành phần chính của một bình sinh hơi; lưu ý các vị trí của cửa thăm dò cho người vào

và khu vực tấm ống trong bình sinh hơi [2]

Hình 1.4: Bình sinh hơi và các thành phần chính [2]

Bơm chất tải nhiệt lò phản ứng (RCP) lưu thông nước làm mát trong lò phản ứng qua thùng lò bằng cách hút từ các bình sinh hơi Tùy thuộc vào nhà cung cấp lò phản ứng có thể có một hoặc hai máy bơm chất tải nhiệt cho mỗi bình sinh hơi Mỗi bơm bao gồm một bộ phận thủy lực, vòng đệm và động cơ Mức độ phóng xạ của khu vực chung trong vùng lân cận máy bơm chất tải

nhiệt lò phản ứng trong điều kiện dập lò có thể tới vài mSv/h (vài trăm mrem/h), đặc biệt là ở gần vùng vòng đệm của bơm Tùy thuộc vào thiết kế và

vị trí cụ thể của động cơ, suất liều tại vùng gần động cơ thường thấp hơn đáng

kể, có thể ít hơn hàng trăm 1µSv/h (cỡ vài chục mrem/h) hoặc thấp hơn [2]

Hình 1.5 Bơm chất tải nhiệt lò phản ứng và các thành phần chính [2]

Thành phần chính cuối cùng của hệ thống sơ cấp là bình điều áp Bình điều áp là một thùng lớn, được giữ điền đầy một phần bởi nước của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng và một phần bởi khí duy trì trong phần trên của nó

hạn quy định Bộ sưởi điện nằm bên trong bình điều áp được bật lên khi áp suất trong hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng cần phải được tăng lên Khi áp suất hệ thống cần phải được giảm, nước lạnh được phun vào khoảng trống của bình điều áp qua một vòi phun bên trong nằm ở phía trên bình điều áp Nước

xả ra từ bình điều áp được chuyển đến bồn xả áp (Hình 1.6) [2]

Hình 1.6: Bình điều áp và các thành phần chính[2]

Tương tự như các thành phần khác của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng, mức độ phóng xạ khi lò phản ứng đang hoạt động hạn chế nghiêm ngặt việc đi vào bình điều áp Tùy thuộc vào từng thiết kế và bố trí các khoang, có thể tiếp cận tới các khu vực thấp hơn của bình điều áp khi lò phản ứng hoạt động Mức độ phóng xạ tại khu vực chung trong các vùng quanh bình điều áp

khi lò đang hoạt động có thể rơi vào khoảng vài mSv/h (vài trăm mrem/h) đến vài chục mSv/h (vài rem/h), tùy thuộc vào cách bố trí riêng biệt của nhà máy Việc xem xét cũng phải được đưa ra đối với các điều kiện môi trường trong khoang bình điều áp khi lò phản ứng hoạt động Nhiệt độ môi trường xung quanh, đặc biệt là đối với phía trên của bình điều áp có thể quá cao và có thể

là một yếu tố hạn chế tiếp cận trong khoảng thời gian lò phản ứng hoạt động Tình huống hay gặp nhất đòi hỏi tiếp cận tới bình điều áp khi lò phản ứng đang hoạt động chắc có thể là sự cần thiết của việc kiểm tra an toàn bình điều

áp đối với khả năng rò rỉ Các hệ thống an toàn của bình điều áp là các van xả

áp mà chúng cung cấp bảo vệ chống quá áp đối với hệ thống nước làm mát lò phản ứng Nếu các hệ thống an toàn của bình điều áp có thể tiếp cận để quan sát bằng mắt thì có thể cho phép tiếp cận trong khoảng thời gian ngắn Điều này giả định rằng tình trạng môi trường cho phép tiếp cận và rằng liều bức xạ ước tính cho cá nhân là chấp nhận được dựa trên tính khẩn cấp và lợi ích đạt được [2]

Mức độ phóng xạ của bình điều áp là mối quan tâm chính trong điều kiện dừng nhà máy vì đây là khoảng thời gian mà các hoạt động bảo trì và kiểm tra được thực hiện Các bộ sưởi trong bình điều áp yêu cầu phải được bảo dưỡng và kiểm tra định kì Mức độ phóng xạ của những bộ sưởi này có thể nằm trong dải vài mSv/h tới vài trăm mSv/h (từ vài trăm mrem/h tới vài rem/h) và có thể phụ thuộc cao vào lịch sử vận hành gắn với tính toàn vẹn nhiên liệu và tình trạng hóa chất của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng Các

hệ thống an toàn của bình điều áp cũng đòi hỏi thường xuyên bảo dưỡng và kiểm tra Những van này được đặt ở phía trên bình điều áp, đôi khi ở rất gần bình điều áp và trong một khu vực giới hạn do sự có mặt của các đường ống, các trụ đỡ đường ống và các thành phần liên quan Mức độ phóng xạ khi tiếp

mSv/h (vài rem/h) trong khoảng thời gian dừng nhà máy với suất liều tại khu vực chung là một vài mSv/h (vài trăm mrem/h) [2]

1.4 Hệ thống điều chỉnh hóa chất và lƣợng chất tải nhiệt

Hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt (CVCS) sử dụng

bộ lọc và bộ khử khoáng để loại bỏ các sản phẩm phân hạch và các sản phẩm kích hoạt trong nước làm mát lò phản ứng, duy trì tổng lượng nước làm mát

lò phản ứng, điều chỉnh nồng độ bo trong nước làm mát lò phản ứng và là một thành phần tích hợp của hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp Các thành phần chính của hệ thống CVCS bao gồm các bơm, các bộ trao đổi nhiệt, bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt, các phin lọc sạch và các tấm đệm khử khoáng, ngoài ra còn có các van và các đường ống liên quan Một tên gọi thông dụng khác cho hệ thống này là hệ thống bù nước [2]

Nước làm mát lò phản ứng được xả vào hệ thống điều chỉnh hóa chất

và lượng chất tải nhiệt (tức là dòng chảy xuống) và chảy qua bề mặt vỏ của

bộ trao đổi nhiệt tái sinh nơi mà nhiệt độ dòng chảy xuống của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng được giảm đi Nước làm mát được hạ áp, tiếp theo đó nó chảy qua ống của bộ trao đổi nhiệt của dòng chảy xuống Dòng chảy xuống tiếp tục chảy qua tấm đệm khử khoáng hỗn hợp và bộ lọc nước làm mát lò phản ứng sau đó đi vào bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt thông qua một vòi phun đặt ở phía trên bồn đó Dòng nước đã được lọc và xử lý hóa chất (tức là dòng nạp) được quay trở lại hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng thông qua các bơm nạp Phần lớn dòng nạp được dẫn đến hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng thông qua phía bên trong ống của bộ trao đổi nhiệt tái sinh để làm giảm nhiệt

độ dòng chảy xuống Phần còn lại của dòng nạp được chuyển đến vòng đệm bơm chất làm mát lò phản ứng và quay trở lại hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt thông qua bộ lọc nước vòng đệm và bộ trao đổi nhiệt

nước vòng đệm Nếu đường dẫn dòng chảy xuống thông thường không có, nước làm mát lò phản ứng có thể trở lại bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt (VCT) thông qua bộ trao đổi nhiệt của dòng chảy xuống Hình 1.7 mô tả những thành phần chính của hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt [2]

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt

Bộ trao đổi nhiệt tái sinh lấy lại nhiệt từ dòng chảy xuống bằng cách làm nóng lại dòng nạp Điều này làm giảm ảnh hưởng tới độ phản ứng do bơm nước tương đối lạnh hơn vào vùng hoạt và làm giảm sự sốc nhiệt đối với đường ống của hệ thống nước làm mát lò phản ứng Bộ trao đổi nhiệt tái sinh

là thành phần đầu tiên mà dòng chảy xuống của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng đi vào Do đó, về bản chất nó là một thành phần của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng theo quan điểm phóng xạ Bộ trao đổi nhiệt tái sinh thường nằm trong tòa nhà lò trong một khoang có che chắn và được xem là không được tiếp cận khi lò phản ứng hoạt động Mức độ phóng xạ lên tới hàng chục mSv/h (vài rem/h) là điển hình cho thành phần này, trong khi đó mức độ phóng xạ khu vực chung vào khoảng vài mSv/h (vài trăm mrem/h) [2]

Bộ trao đổi nhiệt dòng chảy xuống làm mát dòng chảy xuống để đảm bảo cho nhựa khử khoáng không bị hư hỏng và nước dẫn tới vòng đệm của bơm chất tải nhiệt lò phản ứng ở nhiệt độ thích hợp Thành phần này cũng như tất cả các thành phần chính khác của hệ thống kiểm soát hóa chấtvà l, nhưng ngoại trừ bộ trao đổi nhiệt tái sinh được trao đổi ở trên, nó thường được đặt tại tòa nhà phụ trợ Suất liều xung quanh bộ trao đổi nhiệt dòng chảy xuống có thể có bậc độ lớn vài chục mSv/h (vài rem/h) khi lò phản ứng đang hoạt động [2]

Bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt (VCT) hoặc bồn bù nước (thuật ngữ thay đổi theo các hãng sản suất lò phản ứng) cung cấp một phương tiện cho việc đưa hydro vào trong nước làm mát của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng và được sử dụng để khử khí trong nước làm mát lò phản ứng khi dập lò Khí hydro được dùng để thu gom oxy dư thừa có thể sinh ra trong hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng, đó là một chức năng kiểm soát ăn mòn quan trọng Các khí phân hạch được xả vào hệ thống xử lý khí thải Bồn điều chỉnh

lượng chất tải nhiệt cũng cung cấp dung tích tràn dư cho nước làm mát lò phản ứng Trong thời gian hoạt động, mức độ phóng xạ trong bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt có thể biến động nhanh chóng Thông thường, bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt (một tên gọi thông dụng khác là bồn xả của hệ thống chất tải nhiệt) được đặt bên trong một phòng hoặc khoang ngăn cách có che chắn Những van và máy đo đi kèm thường được đặt trong các rãnh ống hoặc rãnh van bên ngoài bản thân phòng chứa bồn, loại bỏ sự cần thiết để nhân viên vào phòng chứa bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt một cách thường xuyên Do đó, việc cần thiết phải vào phòng chứa bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt là ít xảy ra Mức độ phóng xạ ở khu vực chung trong phòng chứa bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt thường vào khoảng vài mSv (khoảng vài trăm mrem/h) tới hàng chục mSv/h (vài rem/h) và phụ thuộc vào

sự biến động [2]

Vòng tuần hoàn làm sạch của hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt thường bao gồm một đệm hỗn hợp và bộ khử khoáng cation để loại bỏ ion và một bộ lọc nước làm mát lò phản ứng có tác dụng thu góp những hạt nhựa và các hạt lơ lửng từ dòng chảy xuống Bộ khử khoáng thường có kích thước phù hợp để xử lý một dòng chảy xuống lớn nhất Do tổng lượng các sản phẩm ăn mòn kích hoạt và sản phầm phân hạch tích tụ trên đệm nhựa và các bộ lọc, suất liều đáng kể sẽ gặp phải trên chúng Trong khoảng thời gian dừng nhà máy hoặc khi đệm nhựa bị phơi nhiễm một lượng đáng kể gỉ cặn (ví dụ khi gỉ cặn bung ra), suất liều vượt quá vài Sv/h (vài trăm rem/h) không phải là hiếm trong khu vực lân cận bể chứa nhựa Những thành phần này được đặt sau những hầm che chắn lớn [2]

Một phần dòng nạp của hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải

giảm nhiệt độ của nước vòng đệm quay trở lại tới nhiệt độ hoạt động của bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt Bộ trao đổi nhiệt nước vòng đệm được làm mát bởi nước làm mát chảy qua bề mặt ống của bộ trao đổi nhiệt Do dòng nước vòng đệm đã được làm sạch, suất liều của bộ trao đổi nhiệt thường ở mức thấp hơn nhiều so vơi bộ trao đổi nhiệt dòng chảy xuống Suất liều trong vùng lần cận của bộ trao đổi nước vòng đệm thường không quá vài mSv/h (vài trăm mrem/h) [2]

Các máy bơm cung cấp lực chuyển động cho hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt là các bơm nạp (hay bơm bù nước) Bơm nạp hút

từ bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt và hướng dòng nước trở lại hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng như đã đề cập ở trên Trong thời gian hoạt động bình thường, thường chỉ có một bơm nạp làm việc và phổ biến có 3 máy bơm nạp cho mỗi tổ máy Các bơm nạp thường đóng vai trò kép như một phần của

hệ thống tiêm an toàn và cung cấp tiêm đầu cao vào hệ làm mát lò phản ứng khi gặp sự cố liên quan đến mất chất tải nhiệt Trong điều kiện sự cố, các bơm nạp hút nước từ bể chứa nước nạp nhiên liệu hoặc lấy nước từ các hệ thống thích hợp khác chứa nước làm mát vùng hoạt Suất liều của các máy bơm này

và những đường ống trực tiếp phụ thuộc nhiều vào nồng độ hoạt độ của hệ thống chất tải nhiệt Lò phản ứng có hệ kiểm soát hóa chất tốt và vận hành với nhiên liệu ít hoặc không có khuyết tật có thể có suất liều vài trăm µSv/h (vài chục mrem/h) hoặc thấp hơn trên chuỗi hoạt động Nếu số hạng nguồn của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng cao hơn thì suất liều gần tới 1 mSv/h (100mrem/h) khi tiếp xúc với bơm nạp đang hoạt động Không giống như các thành phần khác của hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt đã nói ở trên, các bơm nạp được yêu cầu để có thể tiếp cận hàng ngày để kiểm tra và theo dõi hoạt động của chúng, do đó điều quan trọng là duy trì tốt hệ

thống kiểm soát hóa chất và gỉ cặn để giảm thiểu liều bức xạ phơi nhiễm cho công nhân trong những công việc thường xuyên này [2]

1.5 Hệ thống tải nhiệt dƣ

Chức năng chính của hệ thống tải nhiệt dư là loại bỏ nhiệt phân rã từ vùng hoạt trong quá trình lò phản ứng được làm mát và các giai đoạn đầu của khoảng thời gian thay nhiên liệu Hệ thống tải nhiệt dư ( hay còn gọi hệ thống chất tải nhiệt dập lò hoặc hệ thống nhiệt phân rã) cũng được dùng để chuyển tiếp nước thay nhiên liệu giữa bể chứa nước thay nhiên liệu và khoang trống

lò phản ứng trong các hoạt động nạp nhiên liệu Hệ thống tải nhiệt dư bao gồm 2 chuỗi song song, mỗi chuỗi chứa một bơm và một bộ trao đổi nhiệt cùng với các ống dẫn khác, van và thiết bị điều khiển Dòng nước làm mát lò phản ứng chảy từ hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng qua đầu hút của bơm tải nhiệt dư xuyên qua trong ống của bộ trao đổi nhiệt tải nhiệt dư và truyền nhiệt sang nước làm mát thành phần chảy qua phía vỏ ống của bộ trao đổi nhiệt Các bơm có kích thước phù hợp để cung cấp lượng nước làm mát lò phản ứng qua bộ trao đổi nhiệt của hệ thống tải nhiệt dư để đáp ứng yêu cầu làm mát lò phản ứng Mỗi chuỗi có thể cung cấp 100% yêu cầu làm mát vùng hoạt khi dập lò Hình 1.8 mô tả các thành phần cơ bản của hệ thống tải nhiệt dư [2]

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống tải nhiệt dư và các thành phần chính [2]

Tùy thuộc vào độ lớn của mỗi tổ máy hoặc nhà chế tạo hệ thống tải

nhiệt dư mà các thành phần có thể được đặt trong tòa nhà lò hoặc tòa nhà phụ

trợ Nếu các thành phần chính của hệ thống tải nhiệt dư (ví dụ bộ trao đổi

nhiệt và bơm) được đặt bên trong tòa nhà lò khi đó chúng sẽ khó tiếp cận khi

lò phản ứng hoạt động Trong chế độ lò phản ứng hoạt động bình thường, hệ

thống tải nhiệt dư được duy trì ở chế độ chờ và có thể hoạt động với hai mục

đích như một phần của hệ thống làm mát khẩn cấp lò phản ứng Trong giai

đoạn này, suất liều của các thành phần của hệ thống tải nhiệt dư thường có

bậc độ lớn vài trăm của µSv/h (vài chục mrem/h) hoặc ít hơn Khi lò phản

ứng đi vào trạng thái ngừng hoạt động và hệ thống tải nhiệt dư thực hiện nhiệm vụ làm mát điều kiện phóng xạ sẽ thay đổi đáng kể đối với chuỗi đang phục vụ Trong giai đoạn này nước làm mát lò phản ứng chảy qua các đường ống trong hệ thống tải nhiệt dư Suất liều trong vùng lân cận của bơm tải nhiệt

dư và bộ trao đổi nhiệt đang hoạt động có bậc độ lớn khoảng vài mSv/h (100mrem/h) Giả sử rằng không có sai hỏng nhiên liệu đáng kể thì suất liều

sẽ giảm nhanh chóng sau vài ngày dập lò [2]

1.6 Hệ thống phun an toàn

Hệ thống phun an toàn (SIS) cung cấp hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp và biên độ an toàn khi dập lò trong các sự cố mất nước làm mát Hệ thống phun an toàn thường bao gồm chuỗi phun an toàn cao áp, thấp áp và trung áp Hệ thống phun an toàn cao áp có khả năng bơm nước chứa bo vào bên trong hệ thống sơ cấp khi hệ thống chất tải nhiệt đang ở áp suất cao [2]

Các thành phần chính bao gồm bể chứa nước thay nhiên liệu, các bơm phun an toàn, bể bơm bo, các đầu và các van liên quan Các bơm nạp hoạt động như các bơm phun an toàn cao áp do đó nó có chức năng kép Tùy thuộc vào thiết kế và cơ sở kỹ thuật của nhà máy, bể chứa bo có thể không có Các đầu chính phun vào cả 2 chân nóng và lạnh của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng Nếu bồn chứa bo được sử dụng, nó được tích hợp vào đầu chân lạnh [2]

Hệ thống phun an toàn trung áp phun nước chứa bo vào trong hệ thống

sơ cấp từ một bộ các bồn tích nước phun an toàn ( hoặc các bồn chứa nước làm ngập vùng hoạt) Các bồn tích nước là các bồn chứa nước thường có dung tích vào khoảng vài ngàn lít cho phép một bồn tích nước riêng đủ cung cấp nước chứa bo để làm ngập vùng hoạt Các bồn tích nước thường tự động xả

khi áp suất hệ thống sơ cấp thấp hơn áp suất của các bồn tích nước Bù nước cho các bồn tích nước được cung cấp từ bể chứa nước thay nhiên liệu [2]

Hệ thống phun nước an toàn thấp áp phun nước chứa bo vào hệ thống

sơ cấp ở áp suất thấp và thường dùng để tăng áp lực hút của bơm trong hệ thống phun nước an toàn cao áp để ngăn tạo ra các lỗ hổng Các bơm của hệ thống tải nhiệt dư thường dùng làm bơm của hệ thống phun an toàn thấp áp

Bể chứa nước thay nhiên liệu cũng dùng làm nguồn nước cho hệ thống này Khi bể chứa nước thay nhiên liệu cạn thì bơm của hệ thống tải nhiệt dư hút nước từ hố thu trong nhà lò hoạt động theo một vòng kín Dung tích của bể chứa nước thay nhiên liệu thường vào khoảng 350.000-450.000 lít [2]

Điều kiện phóng xạ gắn liền với các thành phần chính của hệ thống phun an toàn được đề cập ở trên đối với trường hợp hệ thống tải nhiệt dư và

hệ thống kiểm soát hóa chất, thể tích các thành phần được dùng với mục đích kép Bể chứa bo, đối với những thiết kế của nhà máy yêu cầu bể chứa bo, suất liều có thể có độ lớn khoảng vài phần trăm µSv/h (vài chục mrem/h) Suất liều gần bồn chứa bo cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các số hạng nguồn từ các thành phần lân cận Các bồn tích nước thường được đặt bên trong tòa nhà lò

và thường có suất liều tương đối thấp vì chúng chứa nước sạch mà không bị trộn với nước làm mát sơ cấp Trong nhiều trường hợp, ảnh hưởng chính của điều kiện phóng xạ trong vùng lân cận các bồn tích nước phụ thuộc nhiều vào

vị trí của chúng bên trong tòa nhà lò và độ gần của chúng đến các thành phần của hệ thống sơ cấp hoặc các thành phần có quan tâm về phóng xạ chính khác [2]