Mô phỏng cơ chế mất nước làm mát lò phản ứng nước áp lực PWR bằng phần mềm PCTran

Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera Xác định phân bố dược chất phóng xạ trong phantom nema bằng máy SPECT gamma camera

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đạihọc Khoa học tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh Với tình cảm chân thành, tác giảxin gửi lời tri ân đến quý thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy lớp cao học khóa 20chuyên ngành Vật lý hạt nhân

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS Võ Hồng Hải, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả nghiên cứu đề tài và hoàn

chỉnh luận văn

Xin cảm ơn thầy PGS TS Châu Văn Tạo, trưởng bộ môn Vật lý hạt nhân

trường Đại học Khoa học tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh Người đã có những ýkiến đóng góp và tạo mọi điều kiện, môi trường làm việc tốt để tác giả hoàn thànhluận văn

Xin cảm ơn Th.S Nguyễn Quang Duy đã hỗ trợ cho tác giả nhiều tài liệu quan

trọng trong luận văn

Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng chắc chắn luận văn không tránh khỏinhững thiếu sót, rất mong được nhận những ý kiến đóng góp bổ sung của quý thầycô

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 09 năm 2012

Tác giả luận văn

Nguyễn Minh Nhật

Trang 4

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii

MỞ ĐẦU xi

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VẬT LÝ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 1

1.1 Tình hình về năng lượng điện hạt nhân trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng 1

1.1.1 Trên thế giới 1

1.1.2 Việt Nam 4

1.2 Lò phản ứng hạt nhân nước nhẹ áp lực hai vòng 5

1.2.1 Giới thiệu về lò nước nhẹ áp lực hai vòng 5

1.2.2 Cấu trúc lò phản ứng nước nhẹ áp lực hai vòng 7

1.2.2.1 Nguyên tắc thiết kế nhà máy 7

1.2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy 9

1.3 Vật lý lò phản ứng hạt nhân 23

1.3.1 Neutron 23

1.3.2 Tán xạ và hấp thụ neutron 25

1.3.3 Phản ứng phân hạch hạt nhân 26

1.3.4 Phản ứng dây chuyền 29

Trang 5

1.3.4.1 Khái niệm 29

1.3.4.2 Điều khiển phản ứng dây chuyền 30

1.3.4.3 Chu trình neutron và công thức 6 hệ số 31

1.4 Cơ sở vật lý trong điều khiển lò phản ứng 34

1.4.1 Độ phản ứng 34

1.4.2 Động học lò phản ứng 35

1.4.2.1 Những đáp ứng của lò phản ứng với sự thay đổi từng bước độ phản ứng dương 35

1.4.2.2 Chu kỳ lò phản ứng 35

1.4.2.3 Vai trò của neutron trễ 36

1.4.2.4 Phương trình động học lò điểm 38

1.4.3 Sự thay đổi của độ phản ứng do ảnh hưởng của nhiệt độ và khoảng trống 38

1.4.3.1 Độ phản ứng như một hàm của công suất lò 38

1.4.3.2 Cơ sở vật lí do những ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ phản ứng 39

1.4.4 Nhiễm độc của sản phẩm phân hạch 41

1.4.4.1 Những ảnh hưởng của nhiễm độc sản phẩm phân hạch tới độ phản ứng 42 1.4.4.2 Sự tích tụ độ phản ứng Xenon 42

1.4.4.3 Sự tích tụ của Iốt và Xenon tới hàm lượng cân bằng 43

1.4.4.4 Những hiệu ứng tức thời của Xenon 45

CHƯƠNG 2 - GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PCTRAN PWR CỦA MICRO SIMULATION TECHNOLOGY PHIÊN BẢN 4.0.8 46

2.1 Giới thiệu phần mềm PCTRAN- 4.0.8 46

2.2 Hệ thống nhà máy nước áp lực hai vòng trong phần mềm PCTRAN PWR, phiên bản 4.0.8 47

Trang 6

2.2.1 Hệ thống nhà máy PWR trong PCTRAN 52

2.2.2 Kiểm soát công suất lò 52

2.2.3 Kiểm soát mực nước bình điều áp 52

2.2.4 Kiểm soát áp suất bình điều áp 53

2.2.5 Kiểm soát bình sinh hơi 53

2.2.6 Hệ thống bảo vệ lò 54

2.2.7 Hệ làm mát vùng hoạt khẩn cấp 54

2.2.8 Hệ thống nhà lò 54

CHƯƠNG 3 - MÔ TẢ SỰ CỐ VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG LÒ PWR- 2 VÒNG BẰNG PHẦN MỀM PCTRAN 55

3.1 Sự cố hệ thống máy bơm nước cấp cho bình sinh hơi ngừng hoạt động 56

3.1.1 Mô tả sự cố 56

3.1.2 Thiết lập điều khiển mô phỏng 57

3.1.3 Chạy mô phỏng 57

3.2 Sự cố hệ thống máy bơm nước cấp cho bình sinh hơi ngừng hoạt động và hai van cung cấp nước bị khóa 59

3.3 Sự cố hệ thống máy bơm nước cấp cho bình sinh hơi ngừng hoạt động, hai van cung cấp nước bị khóa và hai máy bơm tải nhiệt chính (RCP) bị hỏng 60

Trang 7

CHƯƠNG 4 - PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 62

4.1 Sự cố hệ thống máy bơm nước cấp cho bình sinh hơi bị ngừng hoạt động 63

4.1.1 Kết quả mô phỏng 63

4.1.2 Phân tích kết quả mô phỏng sự cố hệ thống máy bơm nước cấp cho bình sinh hơi bị ngừng hoạt động 70

4.2 Sự cố hệ thống máy bơm nước cấp cho bình sinh hơi ngừng hoạt động và hai van cung cấp nước bị khóa 71

4.2.2 Phân tích kết quả mô phỏng sự cố hệ thống máy bơm nước cấp cho bình sinh hơi ngừng hoạt động và hai van cung cấp nước bị khóa 78

4.3 Sự cố hệ thống máy bơm nước cấp ngừng hoạt động, hai van cung cấp nước bị khóa và hai máy bơm tải nhiệt chính (RCP) bị hỏng 79

4.3.2 Phân tích kết quả mô phỏng sự cố hệ thống máy bơm nước cấp cho bình sinh hơi ngừng hoạt động, hai van cung cấp nước bị khóa và hai máy bơm tải nhiệt chính (RCP) bị hỏng 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 93

Phụ lục 1: Bảng các thông số trong PCTRAN 93

Phụ lục 2: Hình mẫu các thiết bị trong lò áp lực nước nhẹ của Westinghouse 95

Trang 8

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

CANDU Canada Deuterium Uranium

CVCS Chemical and Volume Control System Hệ thống kiểm soát hóa

LPSI Low Pressure Safety Injection Hệ thống phun an toàn áp

suất thấp

MST Micro Simulation Technology Công ty sản xuất phần

mềmNMĐHN Nhà máy điện hạt nhân

PCTRAN Personal Computer Transient Analyzer Phần mềm mô phỏng

PHWR Pressurized Heavy- Water- moderated

PWR Pressurized Water Reactor Lò nước áp lực

RWST Refueling Water Storage Tank Bể lưu trữ dự phòng

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Phân bố điện hạt nhân trên thế giới (Tính đến 31.12.2011) 3

Bảng 1.2: Tiết diện tán xạ, hấp thụ và phân hạch của một số hạt nhân 26

Bảng 1.3: Năng lượng ngưỡng và năng lượng liên kết của một số hạt nhân 27

Bảng 3: Các thông số của lò phản ứng trong điều kiện hoạt động bình thường 56

Bảng 4 : Kịch bản mô phỏng 3 sự cố lần lượt theo thời gian 62

Trang 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống lò phản ứng nước áp lực PWR- 2 vòng 6

Hình 1.2: Sơ đồ nhà máy điện hạt nhân PWR- 2 vòng 7

Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của lò phản ứng hạt nhân 8

Hình 1.4: Cấu tạo của bình sinh hơi 14

Hình 1.5: Cấu tạo của máy bơm tải nhiệt 15

Hình 1.6: Cấu tạo của bình điều áp 17

Hình 1.7: Hệ thống bơm nước an toàn 20

Hình 1.8: Hệ thống phun làm mát thùng bao 21

Hình 1.9: Kích thước và cấu tạo nguyên tử 24

Hình 1.10: Sơ đồ phân rã beta của neutron 24

Hình 1.11: Sơ đồ đơn giản của nguyên lý phản ứng phân hạch 28

Hình 1.12: Hình vẽ biểu diễn sơ đồ hệ số nhân trong chu trình neutron 33

Hình 2.1: Các trạng thái của máy bơm trên giao diện hệ thống 47

Hình 2.2: Các trạng thái của van trên giao diện hệ thống 48

Hình 2.3: Các trạng thái của quạt làm mát trên giao diện hệ thống 48

Hình 2.4: Các trạng thái của máy bơm trên giao diện hệ thống 48

Hình 2.5: Giao diện chính của phần mềm 49

Hình 3.1: Menu Restart/ Initial Condition 57

Hình 3.2: Danh sách các điều kiện ban đầu trong cửa sổ IC 57

Hình 3.3: Máy bơm chính chuyển từ hoạt động sang ngừng hoạt động 58

Hình 3.4: Danh sách vẽ các biểu đồ 58

Hình 3.5: Van cung cấp nước đang hoạt động chuyển sang ngừng hoạt động 60

Hình 3.6: Máy bơm RCP đang hoạt động chuyển sang ngừng hoạt động 61

Hình 4.1: Giao diện phần mềm mô phỏng tai nạn trong 720 giây 63

Hình 4.3: Lưu lượng nước bay hơi trong bình sinh hơi A (WSTA) 66

Hình 4.2: Lưu lượng nước bơm vào bình sinh hơi A (WFWA) 66

Hình 4.5: Áp suất trong bình sinh hơi A (PSGA) 66

Hình 4.4: Mực nước trong bình sinh hơi A (LSGA) 66

Trang 11

Hình 4.7: Lưu lượng nước bơm vào lò từ máy bơm áp lực cao (WHPI) 66

Hình 4.6: Lưu lượng nước bơm vào của máy bơm làm mát khẩn cấp (WECS) 66

Hình 4.8: Độ biến đổi công suất nhiệt của lõi (PWR) 67

Hình 4.9: Độ biến đổi mực nước bình điều áp (LVPZ) 67

Hình 4.10: Nhiệt độ của chân nóng (THA) và nhiệt độ của chân lạnh (TCA) của bình sinh hơi A 67

Hình 4.11: Thông lượng neutron sinh ra (PWNT) 67

Hình 4.12: Nhiệt độ cao nhất của nhiên liệu (TFPK) và của vỏ bọc nhiên liệu (TPCT) 68

Hình 4.13: Hoạt độ của các đồng vị Iốt sinh ra trong hệ thống sơ cấp khi lò hoạt động bình thường 68

Hình 4.14: Hoạt độ của các đồng vị Iốt sinh ra trong hệ thống sơ cấp 68

Hình 4.15: Hoạt độ của các đồng vị Xenon sinh ra trong hệ thống sơ cấp khi lò hoạt động bình thường 69

Hình 4.16: Hoạt độ của các đồng vị Xenon sinh ra trong hệ thống sơ cấp 69

Hình 4.17: Hoạt độ của các đồng vị Krypton sinh ra trong hệ thống sơ cấp khi lò hoạt động bình thường 69

Hình 4.18: Hoạt độ của các đồng vị Krypton sinh ra trong hệ thống sơ cấp 69

Hình 4.20: Lưu lượng nước bay hơi trong bình sinh hơi A (WSTA) 73

Hình 4.27: Thể tích chất lỏng trong hệ thống làm mát lò (VOL) 74

Trang 12

Hình 4.28: Nhiệt độ cao nhất của nhiên liệu (TFPK) và của vỏ bọc nhiên liệu

(TPCT) 76

Hình 4.29: Nhiệt độ trung bình của hệ thống làm mát lò (TAVG) 76

Hình 4.31: Độ biến đổi công suất nhiệt của lõi (PWR) 76

Hình 4.35: Giao diện phần mềm mô phỏng tai nạn trong 13717,5 giây chuyển sang màu cam 80

Hình 4.40: Lưu lượng dòng chảy làm mát lò qua vòng A (WRCA) 83

Hình 4.41: Thể tích chất lỏng trong hệ thống làm mát lò (VOL) 83

Hình 4.42: Nhiệt độ trung bình của hệ thống làm mát lò (TAVG) 83

Hình 4.47: Độ nóng chảy của vỏ bọc nhiên liệu (FRCL) 85

Hình 4.48: Nhiệt độ cao nhất của nhiên liệu (TFPK) và của vỏ bọc nhiên liệu (TPCT) 85

Hình 4.49: Khối lượng khí H2 sinh ra từ phản ứng Zr - H2O (MH2) 85

Trang 13

MỞ ĐẦU

Năm 2012, năng lượng điện hạt nhân vẫn tiếp tục đóng vai trò quan trọngtrong việc sản xuất điện năng trên toàn thế giới Mặc dù tai nạn tại nhà máy điện hạtnhân Fukushima Daiichi năm 2011 ở Nhật Bản đã gây ra nỗi ám ảnh, nguy hiểmtrên thế giới, nhưng cũng không phủ nhận vai trò quan trọng điện hạt nhân trongviệc thúc đẩy nền kinh tế phát triển Theo số liệu mới nhất công bố 31/12/2011 của

Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA), hiện nay trên toàn cầu có 435 tổmáy điện hạt nhân đang vận hành, với tổng công suất điện là 369 GW(e), lượngđiện phát điện hạt nhân chiếm 12,3 % sản lượng điện toàn cầu và có khoảng 65 tổmáy điện hạt nhân đang tiến hành xây dựng Thứ tự các quốc gia có nhiều tổ máyđiện hạt nhân nhất: Mỹ 104 tổ máy, Pháp 58, Nhật Bản 50, Nga 33, Hàn Quốc 21,

Ấn Độ 20, Anh 18, Canada 18, Trung Quốc 16, Ukraine 15, Đức 9 Châu Á đang làkhu vực có nhịp độ phát triển điện hạt nhân cao nhất [10]

Cùng với xu hướng phát triển điện hạt nhân trên thế giới, Việt Nam đã có dự

án xây nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở Ninh Thuận và đang được tiến hành, dựkiến đến năm 2020 sẽ chính thức đưa vào hoạt động

Vấn đề đặt ra để xây dựng cũng như quản lý nhà máy điện hạt nhân(NMĐHN) là đào tạo nguồn nhân lực, sự vận hành, độ an toàn, các sự cố có thể xảy

ra Nó quyết định sự thành, bại của chương trình điện hạt nhân

Bên cạnh vai trò tích cực của điện hạt nhân thì sự an toàn của nhà máy, đềphòng các sự cố xảy ra và quản lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng cũng là mộtvấn đề cần phải được quan tâm

Vì vậy, việc sử dụng phần mềm để mô phỏng hoạt động của lò phản ứng đểhọc tập và nghiên cứu trở nên cần thiết Nó cho phép chúng ta dự đoán các sự cố và

từ đó đưa ra phương pháp giải quyết - điều mà khó thực nghiệm trên nhà máy thực.Hiện nay có rất nhiều phần mềm mô phỏng về hoạt động lò phản ứng như:CASSIM, RELAP, CATHARE, PCTRAN… Trong đề tài này, chúng tôi chọn phầnmềm PCTRAN (Personal Computer Transient Analyzer) [6] để thực hiện mô phỏng

sự cố mất nước làm mát do tuốc bin chính bị ngừng hoạt động trong lò phản ứng

Trang 14

Điểm đặc biệt của phần mềm này là PCTRAN chú trọng mô phỏng về tai nạn đốivới lò phản ứng Chúng tôi thực hiện cho loại lò áp lực nước nhẹ (PWR) 2 vòng -đây là loại lò mà Việt Nam dự định sử dụng cho nhà máy điện hạt nhân Phần mềmPCTRAN/PWR được sử dụng trong đề tài này là một trong những phần mềm môphỏng lò phản ứng đã và đang sử dụng ở nhiều nước trên thế giới như: Germany,Switzerland, Pakistan, Japan, India, Korea, Taiwan…

Trang 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN

Năng lượng hạt nhân là một phát minh quan trọng của con người trong thế kỷ

20 Từ một phát minh thuần túy của vật lý cơ bản Năng lượng hạt nhân đã trở thànhmột ngành khoa học góp phần quan trọng phục vụ phát triển kinh tế - xã hội trên hailĩnh vực là ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong các ngành kinh tế - xã hội vàgiải quyết thiếu hụt nguồn năng lượng điện cho con người

Điện hạt nhân (ĐHN) đã có lịch sử phát triển 50 năm kể từ ngày nhà máyĐHN đầu tiên trên thế giới được đưa vào vận hành ở Liên Xô cũ năm 1954 Kể từngày đó đến nay ngành ĐHN đã đạt được những thành tựu đáng kể, nhưng cũng gặpphải những rủi ro nặng nề, đã có những thời kỳ phát triển rực rỡ, nhưng cũng cónhững bước thăng trầm

Bước sang thế kỷ 21 khi mà yếu tố môi trường toàn cầu và an ninh năng lượngtrở nên có ý nghĩa quyết định và công nghệ ĐHN ngày càng được nâng cao thì xuhướng phát triển ĐHN đã có những thay đổi tích cực, hứa hẹn một tương lai tốt đẹptrên phạm vi toàn cầu Nhiều dự báo về nhu cầu năng lượng đã được tiến hành Tuynhiên, tất cả các dự báo tin cậy đều cho thấy sự tăng rất lớn về nhu cầu năng lượngtoàn cầu trong 50 năm tới chủ yếu do tăng dân số và tăng mức sống trong các nướcđang phát triển, mặc dù một số nước phát triển trong khối Tổ chức hợp tác và pháttriển kinh tế (OECD) có thể giảm việc sử dụng năng lượng do áp dụng các côngnghệ mới tiêu tốn ít năng lượng

Trang 16

- Sử dụng điện hạt nhân hầu như không gây ra ô nhiễm môi trường.

- Ðiện hạt nhân giúp bảo toàn những nguồn nhiên liệu hóa thạch cho các thế

hệ tương lai

- Chi phí điện hạt nhân có tính cạnh tranh và đang ngày càng giảm

- Chất thải của điện hạt nhân có thể được bảo quản ổn định và lâu dài

Hiện nay, công nghệ lò phát triển rất phong phú và đa dạng Hiện có trên 10loại lò đang được sử dụng và nghiên cứu phát triển Rất khó có thể đánh giá ưu thếtuyệt đối của loại lò này so với loại lò khác Việc mỗi quốc gia sử dụng và phát triểnloại lò nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố Mặc dù số loại lò nhiều như vậy nhưng đa

số hoặc đã bị loại bỏ khỏi xu hướng phát triển hoặc đang ở trạng thái thử nghiệm.Cho đến nay, thực chất mới có ba loại lò được công nhận là những công nghệ

đã được kiểm chứng và được phát triển nhiều nhất, đó là PWR, BWR và PHWR Tỷ

lệ về số lượng của các loại công nghệ như sau [3]:

- Lò phản ứng nước áp lực (PWR): 60%

- Lò phản ứng nước sôi (BWR): 21%

- Lò nước nặng kiểu CANDU (PHWR): 7%

Trang 17

Bảng 1.1: Phân bố điện hạt nhân trên thế giới (Tính đến 31.12.2011) [10]

Quốc gia

Nhà máy điện hạt nhân đang vận hành

Nhà máy điện hạt nhân đang xây dựng

Điện hạt nhân cung cấp trên thế giới năm 2011

Sốlượng

Lượngđiện cungcấp MW(e)

Sốlượng

Lượngđiện cungcấp MW(e)

TW-h

Tỷ lệ phầntrăm cungcấp

Trang 18

20 năm qua, họ đã xây dựng 20 nhà máy điện nguyên tử và đang tiếp tục xây dựngthêm 10 nhà máy nữa cũng mới chỉ đáp ứng được 40 – 50% nhu cầu, thế nhưng vịthế của Hàn Quốc đã được khẳng định như thế nào chúng ta đã rõ Vậy Việt Namchắc chắn 20 năm tới phải cần ít nhất là 20 nhà máy điện hạt nhân mới bảo đảmđược đủ điện năng cho sự phát triển kinh tế làm yên tâm các nhà đầu tư về điểmthen chốt này.

Mục tiêu của Việt Nam là hợp tác với đối tác giỏi nhất thế giới để xây dựngchiến lược đường dài để vừa đủ điện cho quốc gia vừa học tập kinh nghiệm và hợptác với những đối tác hàng đầu trong ngành điện tử của thế giới đi xây dựng các nhàmáy điện hạt nhân trên thế giới- giống như Hàn Quốc đang làm với Westinghouse

Trang 19

Với xu thế công nghệ lò áp lực chiếm tỷ lệ cao nhất trong các loại lò phổ biếnhiện nay, được nhiều hãng cung cấp thiết bị công nghệ và nhiên liệu, có bề dày kinhnghiệm xây dựng, vận hành, bảo dưỡng, có nhiều kết quả nghiên cứu và thửnghiệm, có đông đảo đội ngũ chuyên gia quốc tế… nên Việt Nam lựa chọn côngnghệ lò áp lực nước nhẹ để xây dựng.

Trong đề tài này, chúng ta sẽ tìm hiểu loại lò này cũng như mô phỏng các sự

cố có thể xảy ra đối với lò

1.2 Lò phản ứng hạt nhân nước nhẹ áp lực hai vòng

Lò nước nhẹ áp lực hai vòng có thiết kế cơ bản gồm hai bình sinh hơi, mộtbình điều áp và hai máy bơm tải nhiệt chính Chúng sử dụng nước thường làm chấttải nhiệt và làm chậm Thiết kế khác biệt mang tính điển hình của loại lò này làdùng nước trong vòng sơ cấp đi qua tâm lò với áp suất rất cao và truyền nhiệt lượngcho nước ở vòng thứ cấp, hơi được sinh ra để chạy tuốc bin

Ở vòng sơ cấp, nước đóng vai trò của chất làm chậm nên nếu nước trở thànhhơi thì sẽ làm cho phản ứng phân hạch bị giảm xuống Hiệu ứng phản hồi âm này làmột trong những đặc trưng an toàn nội tại của loại lò PWR Hệ thống dập lò thứ cấpthực hiện việc bổ sung thêm Bo vào vòng sơ cấp

Ở vòng thứ cấp, nước được duy trì ở áp suất thấp hơn và nước sẽ sôi trong các

bộ trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi Hơi nước làm quay tuốc bin máy phát để sảnxuất điện, sau đó lại được làm ngưng tụ thành nước với nhiệt độ thấp hơn và quacác bộ trao đổi nhiệt để quay trở lại vòng sơ cấp

Yêu cầu độ sạch của nước ở vòng thứ cấp rất cao, do vậy để bảo đảm các chỉtiêu kinh tế, tất cả hơi nước sau khi sinh công ở tuốc bin đều được ngưng tụ và đưatrở lại chu trình công nghệ Do vậy, vòng thứ cấp của nhà máy ĐHN cũng là mộtchu trình kín, nước bổ sung là một lượng nhỏ để bù hao hụt do rò thoát

Thoáng nhìn người ta có cảm giác nhà máy PWR cần vốn đầu tư nhiều hơnnhiều so với nhà máy BWR Nhưng do yêu cầu đảm bảo an toàn phóng xạ, phải xử

Trang 20

lý (trao đổi ion) toàn bộ lưu lượng nước ngưng tụ (sau tuốc bin) đã làm cho chỉ sốquan trọng như giá công suất đặt mỗi kW của nhà máy BWR hầu như xấp xỉ vớinhà máy PWR

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống lò phản ứng nước áp lực PWR- 2 vòng

6

Trang 21

1.2.2 C ấu trúc lò phản ứng nước nhẹ áp lực hai vòng

1.2.2.1 Nguyên tắc thiết kế nhà máy

Hình 1.2: Sơ đồ nhà máy điện hạt nhân PWR- 2 vòngMột nhà máy điện PWR- 2 vòng gồm có ba bộ phận chính (xem hình 1.2):

 Nhà lò (Containment Building): toàn bộ lò phản ứng chứa trong bể này gồm:

1 thùng lò, 2 bình sinh hơi, 1 bình điều áp, 2 máy bơm tải nhiệt chính

 Nhà chứa tuốc bin phát điện (Turbine Building): bao gồm toàn bộ tuốc bin

và hệ thống cung cấp nước cho lò phản ứng

 Hệ thống phụ trợ (Auxiliary Buiding): giúp bảo vệ hệ thống an toàn cho lògồm: hệ thống phun an toàn áp suất cao (The high pressure safety injection system-HPSI), hệ thống phun an toàn áp suất trung gian (The intermediate pressure safetyinjection system), bộ tích trữ (The accumulators- ACC) và hệ thống phun an toàn ápsuất thấp (The low pressure safety injection system- LPSI)

Trang 22

Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của lò phản ứng hạt nhânNhà lò phản ứng là một cấu trúc bằng thép hay bằng bê tông cốt thép, bêntrong lát tôn dày bằng thép Đề phòng lò phản ứng nổ, toà nhà được thiết kế để chịuđựng áp suất cao và giam hãm những chất phóng xạ Người ta cũng gọi vỏ tòa nhànày là tường giam hãm

Ngoài lò phản ứng ra, những thiết bị chính trong nhà lò phản ứng gồm bộ phátsinh hơi nước, bộ nén nước, máy bơm nước và những ống nước nối liền chúng với

lò phản ứng cộng với một số thùng, ống dẫn nước và van điều chỉnh nhiệt độ và ápsuất

Lò phản ứng là nơi phản ứng hạt nhân diễn ra trong những bó thanh nhiênliệu Lõi của lò phản ứng gồm những thanh nhiên liệu và những thanh điều khiểndùng để kiềm chế phản ứng hạt nhân

8

Trang 23

1.2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy

Lò phản ứng hạt nhân nói chung và lò phản ứng nước nhẹ áp lực nói riêng về

cơ bản đều có cấu trúc như sau:

 Các bó nhiên liệu

Lò phản ứng PWR- 2 vòng với chất làm chậm và chất tải nhiệt là nước nhẹnên nhiên liệu được dùng là Uranium Dioxit với hàm lượng U235 được làm giàu ở2,1 đến 3,1% U235[6], được xếp theo chiều tăng độ làm giàu, từ ngoài vào trong của

bó nhiên liệu

Sau quá trình làm giàu Uranium, được hỗn hợp UO2, hỗn hợp này được đúcthành dạng viên hình trụ, có đường kính khoảng 0,32 inch (0,8 cm), cao khoảng 0,6inch (1,5 cm) Sau đó được đặt vào các ống Zircaloy với khí Heli, để tăng khả năngdẫn nhiệt từ nhiên liệu và tạo sự chắc chắn cho thanh nhiên liệu và tính hấp thụ yếuneutron của Zircaloy Cuối cùng là bó các thanh nhiên liệu thành từng bó Cấu hìnhcủa các bó nhiên liệu là 14 x 14, tức là trong một bó nhiên liệu có 180 thanh nhiênliệu và 16 thanh điều khiển, chiều dài của cả bó nhiên liệu là 3,5 mét và có tổngcộng là 121 bó để cấu trúc lõi lò an toàn [10]

Chu kỳ nhiên liệu khoảng 12 – 18 tháng, nghĩa là sau khoảng thời gian này, taphải thay thế một phần nhiên liệu cho lò (khoảng 25% nhiên liệu lò)

Trang 24

 Các thanh điều khiển

Hệ thống các thanh điều khiển được đặt phía trên thùng lò phản ứng Thanhđiều khiển có tác dụng hấp thụ các neutron tự do, làm giảm số lượng các phản ứngphân hạch, đồng nghĩa với việc công suất của lò phản ứng hạt nhân giảm xuống Sở

dĩ các thanh điều khiển có khả năng hấp thụ các neutron là do chúng chứa các vậtliệu có khả năng hấp thụ cao neutron là hợp kim Ag, In, Cd (ACI), hoặc Bo Cacbua(B4C) [7] Những vật liệu này được bọc trong các ống thép chống rỉ Không khí ởbên trong ống được thay thế bằng khí He, có tác dụng làm nguội hiệu quả các chấthút neutron kể trên Do làm việc trong điều kiện khắc nghiệt với nhiệt độ và áp xuấtcao, các thanh điều khiển dễ bị mòn, tuổi thọ của chúng do vậy mà giảm đi Chính

vì vậy, lớp vỏ bọc bằng thép chống rỉ phải được xử lý một cách đặc biệt nhằm làmgiảm tác dụng của ăn mòn lên bề mặt bên ngoài

Các chùm thanh điều khiển được treo trên một thiết bị gọi là mạng nhện, chophép điều khiển đồng thời chuyển động của thanh điều khiển nhờ vào một thanhdẫn duy nhất gắn trên nắp thùng lò phản ứng, hoạt động nhờ vào các kích điện từđặt phía bên trên nắp thùng lò Các chùm thanh điều khiển không hoạt động riêng rẽ

mà theo từng nhóm 4 hoặc 8 chùm được bố trí đối xứng nhau trong tim lò phản ứng.Các thanh điều khiển được nâng lên hay hạ xuống một cách từ từ theo cácbước nhỏ liên tiếp cho đến khi đạt được độ nông sâu cần thiết để điều chỉnh mộtcách hợp lý công suất của lò phản ứng [7]

Tuy nhiên, trong trường hợp cần dừng lò khẩn cấp, nguồn điện của các kíchđiều khiển sẽ bị cắt, các thanh điều khiển được thả cho rơi tự do vào trong tim lòphản ứng, hấp thụ toàn bộ các neutron tự do và làm dừng hẳn phản ứng phân hạchdây chuyền Thời gian rơi tự do của các thanh là khoảng 2 giây, tuy nhiên, cácthanh điều khiển phát huy tác dụng ngay khi chúng bắt đầu tiếp xúc với các thanhnhiên liệu

Trang 25

 Chất làm chậm neutron

Lò PWR- 2 vòng sử dụng neutron chậm để phân hạch hạt nhân Uranium Do

đó các neutron sinh ra trong quá trình phân hạch phải được làm chậm đến nănglượng của neutron nhiệt [2] Trong quá trình chuyển động, các neutron va chạmnhiều lần với các nguyên tử Hidro của chất làm chậm, nên tốc độ neutron giảm Quátrình này gọi là quá trình làm chậm và nước nhẹ được chọn làm chất làm chậm.Việc sử dụng nước nhẹ làm chất làm chậm là một trong những đặc tính an toàntrong việc thiết kế PWR Nếu độ phản ứng trong lò tăng lên (độ phản ứng dương)vượt mức bình thường, quá trình làm chậm neutron giảm, phản ứng dây chuyền khóxảy ra

 Chất tải nhiệt và chất làm mát lò

Nước nhẹ được sử dụng làm chất tải nhiệt đồng thời cũng là chất làm mát lõicho lò phản ứng PWR Chu trình hoạt động của chất tải nhiệt trong thùng lò như sau[8]:

- Chất tải nhiệt theo chân lạnh chảy vào thùng lò nhờ máy bơm tải nhiệt chính

- Nước chảy vào khe hở giữa vỏ thùng lò và phần thân của lõi, nhiệt độ củachất tải nhiệt khoảng 2750C đến 2900C

- Sau khi vào đến đáy của thùng lò, dòng chảy đi xuyên qua các bó nhiên liệu

và chuyển động đối lưu ngược lên trên Và nhận nhiệt lượng của vùng hoạt, nhiệt độchất tải nhiệt tăng lên từ 3010C đến 3250C Đồng thời, hệ thống nhiên liệu sẽ đượclàm mát

- Khi chất tải nhiệt nóng được đưa lên, nước theo ống dẫn chân nóng đi đếnbình sinh hơi để thực hiện quá trình trao đổi nhiệt

Nước trong vùng hoạt có thể đạt tới nhiệt độ 3250C, khi đó nước cần phải ởmức áp suất 150 lần áp suất khí quyển để ngăn chặn việc làm sôi nước, áp suất đượcduy trì nhờ hơi trong bộ điều áp

Trang 26

sơ cấp Lúc này, các thanh điều khiển sẽ được thả cho rơi tự do vào trong tim của lòphản ứng Công suất của lò phản ứng, ngay lập tức, sẽ giảm đi 93% đến 94% Côngsuất dư còn lại trong lò tiếp tục giảm dần theo thời gian nhưng với tốc độ chậm hơnrất nhiều, nó còn khoảng 1% sau 1 giờ và 0,15% sau 1 tháng Vì vậy, dù lò phảnứng hạt nhân đã dừng hẳn, nó vẫn cần phải được làm mát.

Nguyên tắc cơ bản của các hệ thống làm mát là phải độc lập và phong phú.Bên cạnh đó, các hệ thống kiểm tra, đo đạc cũng cần được áp dụng nhằm giám sáttốt nhất các hiện tượng trong lò phản ứng Ngay khi có sự cố xảy ra, các hệ thốnglàm mát lò sẽ tự động kích hoạt Trong lò phản ứng hạt nhân hiện nay, hệ thống baogồm làm mát hệ thống bơm nước an toàn (bơm nước mát vào trong các đường ốngcủa vòng sơ cấp), hệ thống phun nước của nhà lò và hệ thống chi viện nước cho lòtạo hơi nước

Trang 27

 Bình sinh hơi

Trong thiết bị sinh hơi, để truyền được nhiệt từ vòng sơ cấp sang vòng thứ cấpcần phải có chênh lệch nhiệt độ giữa nước vòng sơ cấp (không được sôi) và nướcsôi thuộc vòng thứ cấp Để tránh sôi nước trong vòng sơ cấp, áp suất của nó phải đủlớn, thường là cao hơn nhiều so với áp suất vòng thứ cấp Do vậy, tính kinh tế nhiệtcủa nhà máy hai vòng bao giờ cũng thấp hơn nhà máy một vòng có áp suất trong lònhư nhau

Thiết bị sinh hơi là một thành phần cần thiết trong nhà máy ĐHN với lò PWR

Nó cách ly sự lan truyền chất phóng xạ từ vòng sơ cấp sang vòng thứ cấp, giúp choviệc vận hành nhà máy được thuận tiện hơn Nhưng mặt khác, thiết bị sinh hơi làmột khâu yếu trong nhà máy ĐHN với lò PWR Trong thiết bị này, có hàng ngànống trao đổi nhiệt, nhiều hỏng hóc thường hay xảy ra với các ống này như tắcnghẽn, đứt gẫy, thủng do ăn mòn và cọ xát gây rò nước có phóng xạ từ vòng mộtsang vòng hai Để khắc phục những hỏng hóc này, thường đòi hỏi phải mất thờigian, tốn kém và phải dừng nhà máy, gây ảnh hưởng đến kinh tế [8]

Trang 29

 Máy bơm tải nhiệt chính (Máy bơm tuần hoàn)

Hình 1.5: Cấu tạo của máy bơm tải nhiệt chính

Trang 30

7460 kW) Dòng chảy vào khoảng 10000 gallon / phút (khoảng 20000 m3/h) Bộphận thủy lực gồm một bánh đà, được gắn liền với trục mô tơ Hệ thống lớp đệmgồm 3 lớp tách rời nhau, có tác dụng ngăn chặn nước rò rỉ từ ngoài vào bộ phận mô

tơ Tất cả tạo nên một hệ thống kiểu không tiếp xúc và không rò rỉ được kiểm soát,nâng cao hiệu quả sử dụng lâu dài

Trang 32

Bình điều áp là thành phần trong hệ thống làm mát lò phản ứng, giúp kiểmsoát áp suất của hệ thống Áp suất được duy trì bởi bộ phận sưởi điện, vòi phunnước và hệ thống các van an toàn và van cứu trợ của hệ thống Pressurizer hoạtđộng với một hỗn hợp hơi nước và nước ở trạng thái cân bằng Nếu áp lực bắt đầu

có dấu hiệu thay đổi so với hoạt động bình thường thì các thành phần trong hệ thốngđiều áp sẽ thay đổi để gây áp lực trở lại bình thường hoạt động của lò Nguyên nhâncủa sự chênh lệch áp suất thường được gắn liền với một sự thay đổi trong nhiệt độcủa hệ thống nước làm mát lò phản ứng [10]

Nếu hệ thống làm mát lò phản ứng nhiệt độ bắt đầu tăng, mật độ của chất tảinhiệt sẽ giảm, nước sẽ nở ra Pressurizer được kết nối với hệ thống tải nhiệt thôngqua dòng tăng (Chân nóng), nước sẽ đi vào pressurizer Điều này sẽ gây ra hơi nước

ở phía trên cùng của các pressurizer được nén lại, và do đó, áp suất trong bình giatăng

Ngược lại, nếu hệ thống tải nhiệt của lò phản ứng giảm nhiệt độ thì mật độnước trở nên dày đặc hơn, và sẽ chiếm không gian ít hơn Mực nước trongpressurizer sẽ giảm, và điều đó sẽ làm giảm áp lực Vì vậy, nếu có sự gia tăng áplực hoặc giảm, pressurizer sẽ hoạt động để áp lực trở lại bình thường

Ví dụ, nếu áp lực bắt đầu tăng mạnh trên mức bình thường, dòng phun nướclạnh được phun vào không gian hơi, ngưng tụ hơi nước vào trong nước, sẽ làm giảm

áp lực Nếu áp lực tiếp tục gia tăng, các van cứu trợ sẽ mở ra và hơi nước đượcthoát vào bể cứu trợ pressurizer Nếu điều này không làm giảm áp lực, các van antoàn sẽ được mở ra xả vào bể cứu trợ pressurizer

Nếu áp lực bắt đầu giảm, bộ phận sưởi điện sẽ kích hoạt để đun sôi nước thànhhơi nước, và do đó làm tăng áp lực Nếu áp suất tiếp tục giảm, hệ thống bảo vệ lòphản ứng có thể dập tắt lò phản ứng

Trang 33

- Thứ hai là cung cấp chất hấp thụ neutron để dập lò Điều này được thực hiệnbằng cách bơm nước làm mát Borate vào hệ thống tải nhiệt của lò Nguồn nướcđược lấy từ bể lưu trữ dự phòng (Refueling Water Storage Tank- RWST).

ECCS bao gồm bốn hệ thống riêng biệt Nhằm chuyển từ áp lực cao nhất về áplực thấp nhất, các hệ thống này là: hệ thống phun an toàn áp suất cao (The highpressure safety injection system- HPSI), hệ thống phun an toàn áp suất trung gian(The intermediate pressure safety injection system), bộ tích trữ (The accumulators-ACC) và hệ thống phun an toàn áp suất thấp (The low pressure safety injectionsystem- LPSI) Các hệ thống này có khả năng cung cấp dòng chảy đầy đủ Ngoài ra,các hệ thống này được sử dụng nguồn điện từ máy phát điện Diesel riêng

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống các máy bơm an toàn:

Hệ thống bơm nước an toàn có chức năng giữ cho thể tích nước cần để tảnnhiệt trong lò phản ứng không đổi Hệ thống này được đảm bảo bởi 3 máy bơmkhác nhau: HPSI, ACC và LPSI

Khi thấy có hiện tượng giảm áp lực trong lò, HPSI cung cấp nước áp lực caovào trong vòng sơ cấp bằng cách bơm nước trực tiếp vào các đường ống của vòng

sơ cấp Nước sử dụng ở đây là nước có chứa axit boric có tác dụng chống lại phảnứng phân hạch Lưu lượng nước của mạch áp lực cao này được tính toán để bù vào

sự mất nước nhỏ trong vòng sơ cấp Nếu vòng sơ cấp bị mất một lượng nước lớnhơn, áp lực trong mạch giảm xuống dưới mức cho phép, ACC sẽ tự động trút toàn

bộ nước vào vòng sơ cấp

Nếu áp lực tiếp tục giảm, máy bơm của LPSI sẽ được kích hoạt và bơm nướcvới lưu lượng lớn vào trong vòng sơ cấp Nước thoát ra trong vòng sơ cấp qua các

Trang 35

- Làm ngưng tụ hơi nước, để nước thoát về bể chứa bên dưới lò Việc nàycũng giúp giữ áp lực và nhiệt độ bên trong nhà lò ở mức an toàn.

- Làm ngưng tụ hơi nước, để nước thoát về bể chứa bên dưới lò Việc nàycũng giúp giữ áp lực và nhiệt độ bên trong nhà lò ở mức an toàn

Trang 36

- Iốt 131 thoát ra ngoài cùng với hơi nước có thể gây nguy hiểm cho môitrường Hệ thống phun nước có tác dụng hòa tan chất này vào trong nước, khôngcho chúng thoát ra ngoài gây độc hại cho môi trường

 Hệ thống chi viện nước cho lò tạo hơi nước

Nếu hệ thống điện của nhà máy điện hạt nhân bị mất hoàn toàn, do không cónước của vòng thứ cấp, nước trong lò tạo hơi nước sẽ cạn kiệt trong thời gian ngắn(khoảng 15 phút) Vì vậy, trong vòng dưới 1 phút kể từ khi dừng lò, hệ thống nướcchi viện cho lò tạo hơi nước sẽ được kích hoạt bởi một máy bơm tuốc bin và mộtmáy bơm điện sử dụng hệ thống điện phụ

 Thùng lò

Thùng lò cấu tạo từ một phần hình trụ với các ống vào và ra của chất tải nhiệt

và đáy hình elíp Bên trong thùng lò có giếng lò hình trụ dùng để bố trí vùng hoạt và

tổ chức dòng chuyển động của chất tải nhiệt Thùng lò chịu áp suất lớn và chịu bức

xạ cao được chế tạo rất phức tạp Để bảo đảm độ bền, thùng lò được làm với sốmối hàn ít nhất Thùng lò được thiết kế để làm việc trong một thời gian dài từ 40đến 60 năm

Mặt trong vỏ lò tiếp xúc với nước được phủ một lớp thép không gỉ để chống

ăn mòn và giảm quá trình giòn vỏ lò do tương tác của dòng neutron cao, chiếu xạmạnh

Người ta đặt vào đáy của thùng một hệ thống các cột chống đỡ và các tấmđịnh vị để thuận tiện cho việc bố trí các bó nhiên liệu và giúp hệ thống tải nhiệt làmviệc có hiệu quả Sau khoảng thời gian định kỳ, một số mẫu sẽ tháo ra và kiểm tramức độ bức xạ từ nhiên liệu đã ảnh hưởng tới sức bền của vật liệu lò như thế nào.Ngoài ra, người ta bố trí các tấm định vị nhằm cố định các bó nhiên liệu vàgiúp thanh điều khiển lò chuyển động dễ dàng hơn

Trang 37

 Nhà lò

Nhà lò chứa hệ thống tải nhiệt gồm: thùng lò, bình sinh hơi, máy bơm tảinhiệt… Nhà lò có tác dụng ngăn phóng xạ thoát ra môi trường Đây là rào chắn cuốicùng khi có sự cố nghiêm trọng xảy ra Ngoài ra, nhà lò phải có kết cấu an toàn saocho chống được động đất, va chạm mạnh

1.3 Vật lý lò phản ứng hạt nhân

Lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị kỹ thuật, trong đó nhiên liệu hạt nhân vàcác vật liệu cấu trúc được sắp đặt sao cho phản ứng dây chuyền tự duy trì có thểđiều khiển được

Năng lượng hạt nhân (dưới dạng động năng của các mảnh phân hạch, neutron,tia gamma) giải phóng trong quá trình phản ứng dây chuyền được sử dụng

Vật lý lò là sự xác định về nguyên lý của phân bố neutron trong lò phản ứngdưới các cấu hình và điều kiện vận hành cân bằng khác nhau:

- Neutron sinh ra do phân hạch

- Neutron mất đi do phản ứng bắt hoặc rò rỉ neutron

1.3.1 Neutron

Hạt nhân cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn, gọi là nuclôn Các hạt có khối lượnggần bằng nhau và có cùng moment góc (spin) bằng ½ Có hai loại nuclôn:

- Proton (p), mang một điện tích nguyên tố dương +e

- Neutron (n), không mang điện tích

Số proton trong hạt nhân bằng số thứ tự Z của nguyên tử trong bảng tuần hoànMendeleev; Z được gọi là nguyên tử số Tổng số các nuclôn trong hạt nhân gọi là sốkhối A, ký hiệu A Như vậy số neutron trong hạt nhân là: N= A – Z

Trang 38

Hình 1.10: Sơ đồ phân rã beta của neutron

 Neutron được tạo lên bởi 1 quark up và 2 quark down

 Một trong hai quark down chuyển thành 1 quark up Vì quark down có điệntích bằng -1/3 và quark up có điện tích bằng 2/3, quá trình này được trung gian bởi

1 hạt ảo W-, hạt này mang điện tích -1 (để điện tích được bảo toàn)

 Quark up mới bật ra khỏi hạt W- Neutron trở thành 1 proton

 Một electron và một phản hạt neutrino hình thành từ hạt ảo W-

 Proton, electron và hạt phản neutrino tách khỏi nhau

Trang 39

Phân loại neutron:

Các neutron sinh ra trong lò phản ứng với năng lượng từ 0 đến 10 MeV Tínhchất tương tác của neutron với vật chất khác nhau trong các miền năng lượng vàneutron được chia thành 3 loại theo 3 dải năng lượng đó [2]:

 Neutron nhiệt có năng lượng: 0 eV < E < 0,1 eV

 Neutron trung gian có năng lượng: 0,1 eV < E < 100 KeV

 Neutron nhanh có năng lượng: 100 KeV < E < 10 MeV

Các neutron sinh ra trong phản ứng phân hạch, đóng vai trò chủ yếu trongphản ứng dây chuyền

Giả sử trong mỗi phân hạch xuất hiện trung bình  neutron, đại lượng này làkhác nhau đối với những hạt nhân khác nhau và tăng lên khi tăng năng lượng củaneutron

Các neutron của phản ứng phân hạch chia làm hai loại:

 Neutron tức thời: sinh ra tại thời điểm phân hạch và neutron trễ sinh ra muộnhơn Cỡ 99% neutron tức thời sinh ra từ các hạt nhân, kích thích chúng phân bốnăng lượng theo phân bố Maxwell

 Neutron trễ: chiếm không quá 1% đóng vai trò quan trọng trong việc điềukhiển phản ứng dây chuyền Xuất hiện khi mảnh vỡ phân hạch chủ yếu là hạt nhânIốt và Brôm, phân rã  Hạt nhân sau khi phân rã  có năng lượng kích thích đủ

lớn để phóng neutron trễ Thời gian trễ của neutron được xác định bởi thời giansống của mảnh vỡ phân hạch 

Khi neutron tương tác với hạt nhân sẽ xảy ra các quá trình tán xạ (đàn hồi,không đàn hồi) và hấp thụ neutron

- Tán xạ đàn hồi A X(n, n)A X

Z Z : động năng của các hạt tương tác trước và sau

va chạm không thay đổi

Trang 40

Bảng 1.2: Tiết diện tán xạ, hấp thụ và phân hạch của một số hạt nhân [9]

Hạt

nhân

Tiết diện tán xạ (barn)

Tiết diện hấp thụ (barn)

Tiết diện phân hạch

0,010,00344010694

582

-Từ bảng trên ta thấy hạt nhân Be9 và C12 có tiết diện tán xạ lớn nên thườngđược sử dụng chất phản xạ hoặc chất làm chậm cho lò phản ứng Đối với B10có tiếtdiện hấp thụ lớn nên thường được dùng làm thanh điều khiển trong lò phản ứng.Còn U235 có tiết diện phân hạch và hấp thụ lớn nên được dùng làm nhiên liệu phânhạch

Hạt nhân được coi là “một giọt hạt nhân” mang điện tích dương tồn tại do sựcân bằng giữa lực đẩy Culong của các proton với lực hút hạt nhân và sức căng mặtngoài

Khi neutron tương tác với hạt nhân trong hạt nhân xuất hiện biến dạng daođộng từ dạng hình cầu đến dạng có hai phần nối nhau

Sự phân hạch hạt nhân xảy ra khi chỗ nối bị đứt Điều kiện phân hạch là nănglượng kích thích E* > Eng Quá trình phân hạch xảy ra đối với hạt nhân có A > 80

Định dạng
Số trang	108
Dung lượng	5,06 MB