VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

1.2 Bất bình đẳng• Số lượng được đề cập có phân bố không đồng đều trong lõi lò phản ứng • Không đồng đều - Giữa cụm nhiên liệu - Bên trong cụm nhiên liệu, giữa các pin - Dọc theo trục th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN VÀ VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG

NỘI DUNG

độc Samarium, các hiệu ứng không gian

Kiểm soát áp suất lò phản ứng (RPV)

2

1 GIỚI HẠN NHIỆT VÀ CÁC YẾU TỐ

BẤT BÌNH ĐẲNG XENON VÀ

NGỘ ĐỘC SAMARIUM, CÁC HIỆU ỨNG KHÔNG GIAN

3

1.1 Giới hạn nhiệt

• Giới hạn chính và giới hạn phụ

o Giới hạn chính:

- Nhiệt độ tối đa của nhiên liệu

- Nhiệt độ tối đa của nhiên liệu ốp

- Thông lượng nhiệt trên bề mặt của nhiên liệu ốp

1.2 Bất bình đẳng

• Số lượng được đề cập có phân bố không đồng đều trong lõi lò phản ứng

• Không đồng đều

- Giữa cụm nhiên liệu

- Bên trong cụm nhiên liệu, giữa các pin

- Dọc theo trục thẳng đứng

- Bên trong pin nhiên liệu

• Theo đó, ba loại yếu tố bất bình đẳng được xác định

• Chúng có thể được sử dụng để tính số lượng vật lý tại điểm nóng từ các giá trị trung bình

• Nếu các giới hạn không được vượt quá tại điểm nóng, chúng không được vượt quá bất

cứ đâu

5

Lõi tải nhiên liệu tươi VVER 1000

6

Phân phối nhiệt lượng xuyên tâm VVER 1000

7

Phân phối nhiệt lượng trong trường hợp bình thường lõi tải PWR

8

Phân phối điện ở PWR trong trường hợp lõi tải rò rỉ thấp

9

Phân bố không gian của dòng neutron và mật độ công suất trong vùng

lân cận của một bộ điều khiển WWER-440

10

Pin phân phối điện trong trường hợp của một lắp ráp bên trong và bên ngoài

11

Các phương pháp khác nhau của nhiên liệu lắp ráp và hiệu quả của nó trên

công suất tối đa tương đối

12

Phân phối điện trục của các bộ nhiên liệu khác nhau của WWER- 440 trong

trường hợp rút thanh điều khiển 125 cm

13

Phân phối điện trục của các bộ nhiên liệu khác nhau của một WWER- 440 trong trường hợp

rút thanh điều khiển 175 cm

14

Phân phối điện trục của một WWER-440 tại ba thời điểm khác nhau trong chu kỳ đốt cháy

15

Phân phối điện trục của các cụm nhiên liệu khác nhau của WWER-440 tại

ba thời điểm khác nhau trong chu trình đốt cháy

16

Biến đổi của thông lượng nhiệt và DNBR

dọc theo pin nhiên liệu

17

Sự thay đổi về thể tích theo chu kỳ thời gian và quá trình đốt cháy

18

1.3 Ngộ độc xenon và samarium

• Tiết diện hấp thụ nhiệt của 135-Xe là một trong những đồng vị cao nhất của tất cả các đồng vị đã biết

• Năng suất phân hạch tích lũy cũng là một trong những sản lượng cao nhất

• Đây là chất độc phản ứng mạnh nhất

• Hiệu ứng rất mạnh đối với phản ứng của lò phản ứng

19

Ảnh hưởng của ngộ độc xenon lên phản ứng theo công suất lò phản ứng

20

Ngộ độc Xenon sau khi khởi động, cho các giá trị công suất

cuối cùng khác nhau

21

Nồng độ I-ốt và xenon sau khi thay đổi công suất

22

Nồng độ I-ốt và xenon sau khi tắt máy

23

Thay đổi ngộ độc Xe nếu công suất thay đổi từ P1 sang P2

24

Nồng độ I-ốt và xenon trong quá trình tắt máy và khởi

động lại sau

25

Thay đổi công suất đôi

26

Thay đổi năng lượng trong một chương trình giả định

(P = 100-50-100 %)

27

Phân phối điện trục của PWR tại hai thời điểm khác nhau

(thời gian chênh lệch: 21,5 giờ)

28

Ngộ độc Samarium trong trường hợp các tình huống thay đổi công suất khác nhau

32

Ngộ độc Samari theo sự thay đổi công suất

33

Samari ngộ độc sau khi tắt máy

34

2 NGUỒN PHÓNG XẠ TỪ LÒ PHẢN ỨNG KIỂM SOÁT ÁP SUẤT LÒ PHẢN ỨNG (RPV)

35

• Nguồn photon gamma

- Photon phân hạch nhanh

- Photon từ sản phẩm phân hạch (gamma trễ)

- Bắt photon gamma nhanh

- Photon từ sản phẩm vật liệu kích hoạt

36

b Nguồn phóng xạ trong trường hợp tắt lò

- Photon từ các sản phẩm vật liệu kích hoạt

• Phần nhiệt còn lại được tạo ra chủ yếu từ sự phân rã của các sản phẩm phân hạch (beta và gamma nhiệt)

Việc quan trọng là loại bỏ phần nhiệt dư ra khỏi tâm lò

37

Phổ năng lượng của neutron phân hạch nhanh

38

Phổ năng lượng của notron sinh ra do sự phân hạch

của 244 Cm, 252 Cf và 235 U

39

Đồng vị Thời gian bán

rã

Thời gian bán

rã cho phân hạch tự phát

Hằng số phân

rã tự phát (1/s)

υ trung bình

Trường notron riêng (n/gam.s) Lượng (g/tấn

• Sự phụ thuộc năng lượng vào tiết diện của phản ứng 2H (γ, n) 1H

• Sự phụ thuộc năng lượng vào tiết diện của phản ứng 9Be(γ,n)8Be

41

E, MeV N(E)

γ/phân hạch MeV/phân hạchM(E) 0.5

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

3.1 1.9 0.84 0.55 0.29 0.15 0.062 0.065 0.024 0.019 0.017 0.007 0.004

1.55 1.9 1.26 1.10 0.725 0.45 0.217 0.260 0.108 0.095 0.094 0.042 0.026

Phân bố năng lượng các photon gamma phân hạch nhanh

42

Nhóm năng lượng Khoảng năng lượng (MeV) Năng lượng trung bình (MeV) MeV/phân hạchM(E) MeV* /Ws

1 2 3 4 5 6 7

0.1-0.4 0.4-0.9 0.9-1.35 1.35-1.8 1.8-2.2 2.2-2.6 2.6

0.4 0.8 1.3 1.7 2.18 2.5 2.8

0.645 3.87 0.645 1.06 0.677 0.29 0.032

2,0×10 10 1,2×10 11 2,0×10 10 3,3×10 11 2,1×10 10 9,0×10 9 1,0×10 9

*: năng lượng của các photon gamma cho năng lượng 1 Ws được tạo ra trong lò phản ứng

Phân bố năng lượng các photon gamma phát ra từ các sản phẩm phân hạch

43

9.56.10 -4 2.75.10 -5 1.05.10 -4 1.27.10 -2 4.34.10 -1 2.06.10 -1 1.19 6.88.10 -4 1.30.10 -1 2.53.10 -1 4.52.10 -1 1.21.10 1

8.20.10 -4 1.41.10 -5 1.41.10 -4 1.26.10 -2 1.19 2.34.10 -1 1.86 1.22.10 -3 3.73.10 -1 4.65 1.59 8.61.10 1

6.98.10 -4 1.52.10 -5 1.68.10 -4 1.26.10 -2 2.42 2.44.10 -1 2.42 1.68.10 -3 7.4.10 -1 6.54.10 -1 3.40 3.16.10 2

5.90.10 -4 1.07.10 -5 1.87.10 -4 1.25.10 -2 4.09 2.45.10 -1 2.85 2.02.10 -3 1.21 7.96.10 -1 5.52 8.16.10 2

Tổng 1.20 1.51.10 1 9.18.10 1 3.26.10 2 8.30.10 2

Cường độ nguồn neutron cụ thể của nhiên liệu đã qua sử dụng của lò phản ứng

VVER-1000 theo chức năng đốt cháy (n/gs)

44

Loại đồng vị

Phóng xạ tồn đọng của 1 NMĐ hoạt độ

5 (3970) 76,76% 4810 (130) 96,00% 369,26 (9,98) 78,96%

Họ actini 1,337.10

5 (3614) 23,17% 4,433.10

4 (1198) 23,16% 164,65 (4,45)3.29% 94,35 (2,55)20.18% Sản phẩm kích

hoạt 477,3 (12,9) 0,08% 158,36 (4,28) 0,08% 35,779 (0,967) 0,71% 4,033 (0,109) 0,86%

5 (15596,9) 100% 1,914.10

5 (5172,28) 100%

Cường độ nguồn neutron của lò nước áp lực (PWR) đã sử

dụng nhiên liệu do sự phân hạch tự phát

46

Cường độ nguồn neutron của nhiên liệu đã qua sử dụng PWR do sự

phân hạch tự phát theo thời gian làm lạnh

47

Lượng nhiệt còn sót lại so với lượng nhiệt khi tắt lò

48

2.2 Kiểm soát áp suất lò phản ứng (RPV)

1

Tại sao RPV lại quan trọng?

• RPV quyết định tuổi thọ của toàn

bộ nhà máy điện

• Rào cản kỹ thuật quan trọng nhất

• Nếu có đứt gãy (vỡ), rất có khả năng sẽ xảy

ra hư hỏng do mất nhiệt

50

Thiết kế

• Kích thước bình thường

• Rất an toàn

• Bình có thể vận chuyển và xử lý

• Tuy nhiên, nó phải được kiểm tra thường xuyên

• Hơn nữa, một chương trình phức tạp gọi là giám sát RPV là cần thiết

51

Chuyện gì xảy ra với RPV trong suốt cuộc

Ảnh hưởng của neutron nhanh

• Do bức xạ bởi các neutron nhanh, nhiệt độ chuyển đổi tăng lên

• Hiệu ứng phụ thuộc vào:

- Dòng neutron năng lượng cao được tích hợp theo thời gian

- Thông lượng neutron

Gãy dẻo và gãy giòn

• Gãy dẻo:

- Sự nứt dẻo được đặc trưng bởi sự biến dạng nhựa đi kèm với việc bộ phận bị hỏng Độ dẻo thường được hiểu là có nghĩa là khả năng chịu được một lượng lớn các biến dạng (chủ yếu là kéo) mà không bị nứt Nó ngược lại với sự tính giòn

• Gãy giòn:

- Gãy giòn xảy ra với ít hoặc không có biến dạng dẻo xảy ra trong thành phần Nó được đặc trưng bởi lượng năng lượng rất nhỏ, được hấp thụ, và bởi sự xuất hiện tinh thể của các bề mặt của các vết nứt (vỡ) Gãy giòn hầu hết dẫn đến sự hư hỏng nặng Gãy giòn chịu ảnh hưởng bởi khuyết tật, sự mỏi, ăn mòn do ứng suất và tính giòn

54

Điều gì sẽ xảy ra với vật liệu tinh thể

(kim loại của RPV)?

• Trong khoảng E>0.5 MeV notron đánh bật các nguyên tử khỏi vị trí ban đầu trong mạng tinh thể

• Độ lớn của hiện tượng này được đặc trưng bởi sự dịch chuyển trên mỗi nguyên tử

• Xác suất sắp xếp lại là một hàm của nhiệt độ của kim loại

• Về mặt này, thuận lợi là bình áp suất ở nhiệt độ cao

55

c ghim chặt và làm cứng bởi các tính năng nano

d tăng cường làm cứng vết nứt gãy ở nồng độ ứng suất (e)

56

Mẫu giám sát để giám sát thiệt hại bức xạ

• Mẫu giám sát được sản xuất từ vật liệu tương tự như của bình áp suất lò phản ứng

• Các mẫu này được đưa vào các thùng chứa cùng với các lá chắn theo dõi để xác định thông lượng nơtron trong quá trình chiếu xạ

• Cái gọi là chuỗi được hình thành

• Các chuỗi mẫu vật được đặt vào RPV

• Vị trí gần lõi lò phản ứng đến vách của bình

• 1 năm cho mẫu ~ 4 đến 11 năm cho bình

• Điều này có thể dự đoán sự thay đổi nhiệt độ chuyển tiếp cho tương lai của RPV:

• 4-11

57

Mẫu được đặt ở đây

Vị trí của các mẫu giám sát

58

Mẫu vật liệu hàn

• Không chỉ các vật liệu cơ bản (thép thực tế của RPV) nên được theo dõi

• Vật liệu hàn khác với vật liệu gốc

• phải có mối hàn nhất định xung quanh các RPV

• Các mối hàn không được ở các khu vực được chiếu

xạ nhiều nhất

59

Yêu cầu liên quan đến vật liệu của bình

chịu áp lực

• Các vết nứt vi mô luôn luôn hiện diện

• Điều rất quan trọng là các vết nứt vi mô này nên được ổn định khi xảy ra biến động

• Các vết nứt không được trải rộng hơn ¾ độ dày của thành bình (RPV)

• Các bình có thể được “tái chế”: quá trình này được gọi là sự nung (annealing)

60

Điều gì có thể dẫn đến nứt vỡ?

• Quá độ/ chuyển tiếp

• Hoạt động / khởi động của hệ thống làm mát lõi khẩn cấp

• LOCA (sự cố mất nước tải nhiệt) ít nguy hiểm hơn

• Tuy nhiên, SB LOCA có thể gây ra sốc nhiệt (PTS) do áp suất bên trong RPV cao và nhiệt độ của bình cũng cao

61

Kiểm tra bình áp lực

• Trong thời gian bảo trì theo lịch trình tại thời gian tiếp nhiên liệu

• Kiểm tra định kỳ trong dịch vụ cung cấp các tiêu chí liên quan nhất về tính toàn vẹn

• Phát hiện lỗi một cách đáng tin cậy và đo lường thực tế và mô tả chúng

• Kiểm tra không phá hủy (NDT) phải được áp dụng

• Thiết bị kiểm tra siêu âm dưới nước

• Phương pháp dòng xoáy: áp dụng cho thi công lớp phủ bề mặt

• Kiểm tra trực quan được sử dụng để kiểm tra bề mặt bên trong bình

• Kỹ thuật siêu âm mảng pha tiên tiến áp dụng cho kiểm tra vật liệu cơ sở

• Kỹ thuật không phá hủy tiên tiến áp dụng cho việc kiểm tra mối hàn lò phản ứng

62

3 BÙ TRỪ VÀ KIỂM SOÁT PHẢN ỨNG

1

Định nghĩa của độ phản ứng excess

• pexcess = độ phản ứng lớn nhất có thể được có trong lò phản ứng

• Nó có thể có đc nếu các vật liệu hấp thụ neutron đều được rút khỏi lò

• Tuy nhiên, nó phụ thuộc vào trạng thái của lò phản ứng

• Nó có thể được thay đổi bằng cách sửa đổi các thông số vật lý nhất định

• pexcess,nominal là không đáng kể nếu tất cả các chất hấp thụ neutron bị rút ra

• phidden là phản ứng có thể được giải phóng bằng cách thay đổi các thông số của lò phản ứng

• Pt = pt,n + pt,r

64

Chu trình đốt cháy

• Sự đốt cháy: giảm lượng vật liệu phân hạch, tăng lượng sản phẩm phân hạch

• Chu kỳ đốt cháy: khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp bổ sung nhiên liệu

• Thời gian hoạt động hiệu quả

65

Độ phản ứng excess trong chu trình đốt cháy

• Trong khi khởi động, chất làm mát được làm nóng đến gần nhiệt độ hoạt động

• Đầu tiên sử dụng máy bơm, sau đó với máy sưởi điện lên đến 260

• Trong giai đoạn này, độ phản ứng giảm khoảng 4%

• Trong khi tăng công suất từ 0 đến 100%, độ phản ứng tiếp tục giảm khoảng 1,5%

• Để ngộ độc Xe để đạt được độ bão hòa (giá trị cân bằng) cần 50 –70 giờ

• Điều này làm giảm phản ứng excess khoảng 2,5-3%

Bù trừ (cân bằng) và kiểm soát (độ) phản ứng

• Trong trường hợp = 0, công suất lò phản ứng là hằng số

• Do đó, pexcess phải giảm

•Công cụ:

       1 Chất độc

        2 thanh điều khiển

        3 Ứng dụng axit boric hòa tan trong nước làm mát

67

Ứng dụng các chất độc

• Lắp đặt vào nhiên liệu

• Vật liệu có tiết diện hấp thụ cao

• Không kiểm soát được

• Chỉ để bù

• có ảnh hưởng cục bộ

• Có thể có ảnh hưởng đến sự phân bố không gian trên mật độ công suất

• Có thể được sử dụng để giảm sự không đồng đều

• Phải tương thích với nhiên liệu

• Boron, gadolinium có thể được sử dụng

•B 4 C, borosilicate, gadolinium-oxide

68

Thành phần kiểm soát, thanh điều khiển

• Di chuyển đc

• Số lượng của chúng bị hạn chế do các lý do công nghệ

• Mục tiêu chính là để kiểm soát phản ứng và do đó kiểm soát công suất lò

• Có ảnh hưởng đến thông lượng neutron

• Trong trường hợp PWR, chúng thường là các thanh hình trụ có chiều cao bằng hoặc nhỏ hơn một chút so với lõi lò phản ứng

69

Axit boric

• Nhiệm vụ chính là bù đắp những thay đổi chậm

• Độ hòa tan của axit boric là khoảng 100 g/kg

• Tối đa: 40 g/kg vì các lý do khác nhau

• Tăng hệ số phản ứng chất làm chậm

• Các vấn đề về hóa chất, ăn mòn

• Khả năng phản ứng thay đổi chậm hơn 15 đến 500 lần so với thanh điều khiển

• Nồng độ axit boric quan trọng: có thể giảm phản ứng excess về 0

70

Xu hướng

• Chu kì nhiên liệu dài hơn

• 1,5 năm thay cho 1 năm

• Mật độ công suất cao hơn

• Nhiệt độ làm mát cao hơn

• Làm giàu cao hơn

• Nồng độ axit boric không thể tăng thêm để bù cho lượng lớn phản ứng excess bắt đầu

• Do đó, các chất độc có thể đốt cháy phải được sử dụng

• Boron cũng có thể được làm giàu trong B-10

71

Detector trong và ngoài lõi Giám sát và kiểm tra lõi lò

1

Các thông số đo được

• Đo các thông số vật lý là cốt yếu, chủ yếu của an toàn của lò phản ứng

• Phải đo:

– thông lượng neutron tại các vị trí khác nhau, bên trong lõi và bên ngoài

- Nhiệt độ của chất làm mát ở càng nhiều nơi càng tốt

- Tốc độ dòng làm mát nhanh

- Áp lực của chất làm mát

73

Một số loại detector

Đầu dò Neutron tự cấp nguồn(SPND)

• Chúng được dùng để theo dõi giá trị của mật độ dòng neutron (công suất) trong lõi của các lò phản ứng hạt nhân

• SPND là một nguồn (phát tín hiệu), trong đó dòng điện (tín hiệu ra) được sinh ra

do động năng của các hạt tích điện sinh ra trong quá trình tương tác của các nơtron trong lò phản ứng với phần nhạy nơtron của SPND SPND bao gồm emitter, collector, cách điện và dây truyền tín hiệu Emitter là 1 chất phát ra các hạt tích điện khi tương tác với các nơtron Đi qua bộ cách điện và thu tại bộ thu, các hạt này tạo ra sự khác biệt điện thế giữa bộ phát và bộ thu Điện cực thứ hai của SPND (bộ thu) thường được nối đất, Từ quan điểm về điện, SPND là một nguồn năng lượng - dòng điện chính của các hạt tích điện phải chịu sự đo lường Điện áp được xác định bởi điện trở tải và có xu hướng tăng theo mức tăng của nó

75

Cấu tạo của SPND

Hệ thống bảo vệ lò phản ứng

Mỗi 2 giây hoặc mỗi phút tính toán các tham số, đánh giá tín hiệu

• Đánh giá các tín hiệu cảm biến nhiệt độ

• Chọn tín hiệu đáng tin cậy nhất

• Xác định các thông số mạch sơ cấp (công suất, tốc độ dòng chảy.)

• Xác định nhiệt phân phối của cụm nhiên liệu

• Kiểm tra vượt quá bất kỳ giới hạn nào

• Xác định phân bố công suất nhiệt tuyến tính cho tất cả các thanh nhiên liệu trong nhiều lớp

• Giám sát điểm nóng, DNBR tại điểm quan trọng

77