Tìm hiểu chức năng nguyên lý hoạt động của lò phản ứng OPR 1000

LPU hạt nhân Đà Lạt là LPU hạt nhân duy nhất tại Việt Nam. LPU hạt nhân Đà Lạt từ khi bắt đầu cho đến hiện nay, LPU hoạt động với mục đích là sản xuất đồng vị phóng xạ, phân tích kích hoạt neutron, nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công1 nghệ hạt nhân vào phát triển đất nước, huấn luyện và đào tạo cán bộ để phục vụ nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực, giảm thiểu tai nạn, dự đoán sự cố, đưa ra các khuyến cáo an toàn cho nhân viên vận hành. Vì là hệ mô phỏng mới được tài trợ, nên bước đầu chưa được khai thác, triển khai nhiều trên hệ này và cũng là một thách thức lớn đối với ngành điện hạt nhân nước nhà.Để góp phần hỗ trợ cho sinh viên thực tập, có thêm thông tin và kiến thức về hệ thiết bị CoSi OPR1000, Khoa Kĩ thuật hạt nhân Trường ĐH Đà Lạt với đội ngũ giảng viên với chuyên môn cao, nhiều kinh nghiệm đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi nghiên cứu khoá luận tốt nhất. Trong nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp, tôi đã thực hiện chuẩn hóa nhóm thanh điều khiển bằng phương pháp thả rơi thanh điều khiển của LPU OPR1000 bằng hệ thiết bị mô phỏng CoSi OPR1000.Sử dụng phương trình động học lò phản ứng khảo sát một nhóm neutron trễ từ các số liệu được cung cấp và kết quả khảo sát trên hệ CoSi OPR1000 qua đó có thể chuẩn hóa nhóm thanh điều khiển trong lò phản ứng cũng như so sánh sự thay đổi thông lượng neutron trễ ở các trạng thái của LPU. Khóa luận đánh giá được vai trò to lớn của tiền tố neutron trễ trong lò phản ứng.

Trang 1

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LÒ PHẢN ỨNG OPR 1000 3

1.1 Vòng sơ cấp 3

1.1.1 Lõi lò phản ứng OPR 1000 3

1.1.2 Thùng lò 6

1.1.3 Bình sinh hơi (SG) 6

1.1.4 Bình điều áp 6

1.1.5 Hệ thống làm mát lõi LPU 7

1.2 Vòng thứ cấp 7

1.2.1 Hệ thống hơi 7

1.2.2 Turbine 7

1.2.3 Phát điện 7

CHƯƠNG 2 HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR1000 8

2.1 Chạy chương trình 8

2.2 Thoát chương trình 10

2.3 Vận hành thanh điều khiển 10

2.3.1 Vị trí các thanh điều khiển 11

2.3.1.1 Nhận biết thanh điều khiển được chọn 11

2.3.1.2 Nhận biết vị trí các thanh điều khiển được lựa chọn 11

2.3.2 Công tắc chọn lựa nhóm thanh điều khiển 12

2.3.3 PS group Select 13

2.3.4 Công tắc chọn chế độ hoạt động 13

2.3.4.1 Chế độ tiêu chuẩn (Standby) 14

2.3.4.2 Chế độ điều khiển riêng lẻ (Manual individual) 14

2.3.4.3 Chế độ điều khiển nhóm (Manual group) 14

Trang 2

2.3.4.4 Chế độ điều khiển theo thứ tự (Manual sequential) 14

2.3.4.5 Chế độ tự động (Auto sequential) 15

2.3.4.6 Chế độ Motion Inhibit 15

2.3.5 Công tắc lựa chọn từng thanh điều khiển 15

2.3.6 Nút đẩy lên hoặc đưa các thanh điều khiển vào 15

2.4 Thể hiện biểu đồ thời gian thực 16

2.5 Cảnh báo công suất cao 16

2.5.1 Cảnh báo 17

2.5.2 Thao tác bỏ qua 17

2.6 Nhận biết các thông số như: Công suất và Boron .17

2.6.1 Thể hiện tổng nồng độ của Boron 17

2.6.2 Thể hiện thông tin tổng lượng Boron được thêm vào hoặc rút ra 18

2.7 Thiết lập chương trình và vận hành hệ mô phỏng .18

2.7.1 Lựa chọn các mục kiểm tra thông số vật lý tại mức công suất thấp 19

2.7.2 Lựa chọn đồ thị xu hướng của các tham số trong LPU và cách thiết lập thang đo 19 2.7.3 Thiết lập trong menu ETC 20

2.7.3.1 Số đếm neutron 20

2.7.3.2 Thiết lập chế độ Administrator 20

2.7.4 Thiết lập vị trí thanh điều khiển và thiết lập đầu ra 21

2.7.5 Thiết lập sự pha loãng và thêm Boron 22

2.7.5.1 Thực hiện thêm Boron 22

2.7.5.2 Thực hiện pha loãng Boron 23

2.7.5.3 Ngừng việc thêm hoặc pha loãng Boron 23

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ PHẢN ỨNG 24

3.1 Sự bảo toàn neutron trong lò phản ứng .24

3.1.1 Quá trình sinh ra neutron 24

3.1.1.1 Quá trình sinh ra neutron tức thời 26

3.1.1.2 Quá trình sinh ra neutron trễ 27

3.1.1.3 Các nhóm neutron trễ 29

3.1.1.4 Phổ neutron trễ 29

3.1.1.5 Neutron xuất hiện do tương tác va chạm và đi vào thể tích đang xét 30

3.1.2 Quá trình mất mát neutron 31

3.1.2.1 Neutron mất mát qua các quá trình hấp thụ 31

3.1.2.2 Neutron mất mát do rò rỉ 31

3.1.2.3 Sự thay đổi mật độ neutron 32

3.1.3 Phương trình thông lượng neutron 32

Trang 3

Sự bảo toàn hạt nhân mẹ trong quá trình sinh neutron trễ . 34

3.2.1 Sự sinh ra các hạt nhân mẹ 34

3.2.2 Sự mất mát hạt nhân mẹ 34

3.3 Kết quả 35

3.4 Điều kiện biên 36

3.4.1 Điều kiện đầu 36

3.4.2 Điều kiện ở mặt tiếp xúc 36

3.4.3 Điều kiện mặt ngoài (mặt tự do) 37

3.5 Trạng thái dừng và sự tới hạn 38

3.6 Lý thuyết một nhóm 42

3.7 Động học lò phản ứng: 47

3.7.1 Công thức chung và ứng dụng của phương trình động học điểm 47

3.7.1.1 Phân tích số hạng thông lượng neutron 48

3.7.1.2 Ứng dụng của phương trình động học điểm 50

3.7.2 Một nhóm của xấp xỉ neutron trễ 55

3.7.3 Sự xấp xỉ với tốc độ thế hệ neutron trễ không đổi 59

3.7.5 Bước tăng tức thời 62

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM CHUẨN HÓA NHÓM THANH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH TRÊN HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR 1000 66

4.1 Thí nghiệm chuẩn hóa nhóm thanh điều khiển R1, R2, R3, R4, R5 bằng phương pháp thả rơi thanh 66

4.1.1 Nhóm thanh R1 66

4.1.1.1 Chuẩn hóa nhóm thanh R1 tại ví trí 8cm 66

4.1.1.2 Chuẩn hóa nhóm thanh R1 tại ví trí 50 cm 67

Trang 4

4.2 Thực nghiệm xác định trạng thái lò phản ứng khi rút từng nhóm thanh R1, R2, R3, R4, R5 ở trạng thái tới hạn có nồng độ Boron 1074ppm 91

4.2.1 Rút nhóm thanh R1 91

CHƯƠNG 5 ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ 98

5.1 Tổng quan tình hình, mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu 98

5.2 Đánh giá kết quả nghiên cứu của khóa luận 98

5.2.1 Khảo sát độ mạnh yếu của các nhóm thanh 98

5.2.2 So sánh với phương pháp rút nhóm thanh điều khiển 99

KẾT LUẬN 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

Trang 5

MỞ ĐẦU

Đối với một xã hội phát triển, Năng lượng hạt nhân ngày nay đã và đang được

sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới, không chỉ trong ngành công nghiệp năng lượng

mà còn được ứng dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp, sinhhọc, y học … Công nghiệp hạt nhân có thể cải thiện mức sống và chất lượng

giáo dục cho Việt Nam ngày càng phát triển hơn, điều đặc biệt quan trọng với mộtnước đang phát triển như Việt Nam Có thể nói nguồn năng lượng hạt nhân đóngvai trò vô cùng quan trọng với mỗi quốc gia và năng lượng cũng chính là mộtthách thức lớn đối với mỗi quốc gia Như các nhà khoa học đã nhấn mạnh, nhiệm

vụ của con người vừa phải cung cấp điện cho hơn 1,6 tỷ người trên trái đất hiệnvẫn chưa được dùng điện, vừa phải từ bỏ sử dụng các nguồn năng lượng làm tráiđất nóng lên, vậy năng lượng hạt nhân sẽ đóng góp vô cùng to lớn vào nguồn dựtrữ năng lượng trong tương lai Vì vậy Điện hạt nhân trong những năm gần đây rấtđược quan tâm bởi đây là một nguồn năng lượng ổn định, kinh tế, sạch và gần như

vô tận và có thể chống biến đổi khí hậu

Việt Nam muốn xây dựng, vận hành, khai thác và sử dụng nhà máy điện hạtnhân cần phải trải qua nhiều giai đoạn và vấn đề đào tạo nguồn nhân lực là mộttrong những vấn đề quan trọng nhất và được chú trọng nhất Đào tạo nguồn nhânlực phải hiểu rõ về công nghệ, hệ thống trang thiết bị, nắm rõ các quá trình vật líxảy ra trong lò hạt nhân Họ phải là đội ngũ có đủ năng lực đánh giá an toàn chonhà máy điện hạt nhân, dự báo, hạn chế phòng chống và giảm thiểu sự cố có thểxảy ra Trường Đại học Đà Lạt với chương trình đào tạo ngang tầm chương trìnhtiên tiến ở nước ngoài với mục tiêu đào tạo nguồn nhân lực có đủ kiến thức vàchuyên môn cao để đáp ứng nhu cầu ngành điện hạt nhân nước nhà Trong khuônkhổ hợp tác giữa Hiệp hội Hạt nhân Hàn Quốc (KNA - Korea Nuclear Association)với Việt Nam, ngày 26/11/2014, tại trường Đại học Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng đã tiếnhành tiếp nhận chính thức Hệ thiết bị mô phỏng lõi LPU OPR1000 (CoSiOPR1000) thế hệ thứ 4 do Hiệp hội kỹ thuật hạt nhân Hàn Quốc (KNA), tập đoànThủy điện, Điện hạt nhân Hàn Quốc (CRI-KHNP) và Đại học Hangyang trao tặngvới sự đồng ý của Chính phủ Việt Nam và Hàn Quốc, đây là hệ thiết bị mô phỏnglõi LPU OPR1000 duy nhất hiện có tại Việt Nam

LPU hạt nhân Đà Lạt là LPU hạt nhân duy nhất tại Việt Nam LPU hạt nhân

Đà Lạt từ khi bắt đầu cho đến hiện nay, LPU hoạt động với mục đích là sản xuất đồng

vị phóng xạ, phân tích kích hoạt neutron, nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công

Trang 6

nghệ hạt nhân vào phát triển đất nước, huấn luyện và đào tạo cán bộ để phục vụnhu cầu đào tạo nguồn nhân lực, giảm thiểu tai nạn, dự đoán sự cố, đưa ra cáckhuyến cáo an toàn cho nhân viên vận hành Vì là hệ mô phỏng mới được tài trợ,nên bước đầu chưa được khai thác, triển khai nhiều trên hệ này và cũng là mộtthách thức lớn đối với ngành điện hạt nhân nước nhà.

Để góp phần hỗ trợ cho sinh viên thực tập, có thêm thông tin và kiến thức về

hệ thiết bị CoSi OPR1000, Khoa Kĩ thuật hạt nhân Trường ĐH Đà Lạt với đội ngũgiảng viên với chuyên môn cao, nhiều kinh nghiệm đã tận tình giúp đỡ và tạo điềukiện thuận lợi cho tôi nghiên cứu khoá luận tốt nhất Trong nghiên cứu khóa luận tốtnghiệp, tôi đã thực hiện chuẩn hóa nhóm thanh điều khiển bằng phương pháp thả rơithanh điều khiển của LPU OPR1000 bằng hệ thiết bị mô phỏng CoSi OPR1000

Sử dụng phương trình động học lò phản ứng khảo sát một nhóm neutron trễ

từ các số liệu được cung cấp và kết quả khảo sát trên hệ CoSi OPR1000 qua đó cóthể chuẩn hóa nhóm thanh điều khiển trong lò phản ứng cũng như so sánh sự thayđổi thông lượng neutron trễ ở các trạng thái của LPU Khóa luận đánh giá được vaitrò to lớn của tiền tố neutron trễ trong lò phản ứng

Khoá luận đóng góp thêm một tài liệu tham khảo hữu ích về LPUOPR1000, hệ thiết bị CoSi OPR1000, quy luật của thông lượng neutron trễ theothời gian khi LPU ở trạng thái tới hạn

Sau khi tìm hiểu khoá luận tôi đã tích luỹ vốn kiên thức về LPU OPR1000,Khoá luận sẽ là một tài liệu quý giá phục vụ cho quá trình tác nghiệp sau khi tôi ratrường

Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, khóa luận đã trình bày các chương chính sau:

OPR 1000;

❖ Chương 3: Trình bày cơ sở lý thuyết của lò phản ứng;

bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ thiết bị mô phỏng CoSi OPR1000

2

Trang 7

CHƯƠNG 1 CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LÒ

PHẢN ỨNG OPR 1000

LPU hạt nhân OPR1000 là LPU do Hàn Quốc chế tạo, được phát triển bởiKHNP và KEPCO LPU OPR1000 là lò nước áp lực, làm mát bằng nước nhẹ, cócông suất là 1000MW Lò OPR1000 được thiết kế dựa trên ý tưởng thiết kế củaCombustion Engineering, Westinghouse (Mỹ), thông qua một thỏa thuận chuyểngiao công nghệ với chính phủ Hàn Quốc Nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU

OPR1000 được bố trí, sắp xếp như Hình (1.1)

Khu vực turbine Tòa nhà lò

Khu vực chứa nhiên liệu đã sử dụng

Hình 1.1 Mô hình nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000

1.1 Vòng sơ cấp

1.1.1 Lõi lò phản ứng OPR 1000

Lõi LPU gồm có 177 bó thanh nhiên liệu, có 28 thanh an toàn chia làm 2 nhóm

SA và SB, có 45 thanh điều khiển được chia thành 5 nhóm nhanh R1, R2, R3, R4 vàR5 Cách bố trí nhóm thanh như sau:

Hình 1.2 Lõi lò OPR 1000

Trang 8

Nhóm thanh SA là nhóm thanh an toàn có 12 thanh, gồm các thanh số 6, 7,

8, 9, 10, 11, 12, 13, 18, 19, 20, 21 Bắt đầu từ thanh số 6, bố trí thành hai vòng theochiều kim đồng hồ; vòng trong có các thanh số 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 và vòngngoài có các thanh số 18, 19, 20, 21

Nhóm thanh SB là nhóm thanh an toàn có 16 thanh, gồm các thanh số 22,

23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 Bắt đầu từ thanh số 22, bố

trí thành hai vòng theo chiều kim đồng hồ; vòng trong có các thanh số 22, 23, 24,

25, 26, 27, 28, 29 và vòng ngoài có các thanh số 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41.Nhóm này được đánh giá mạnh nhất trong tất cả các nhóm thanh

Nhóm thanh R1 là nhóm thanh điều khiển có 12 thanh, gồm các thanh số 2,

3, 4, 5, 54, 56, 57, 59, 60, 62, 63, 65 Bắt đầu từ thanh số 2, bố trí thành hai vòngtheo chiều kim đồng hồ; vòng trong có các thanh số 2, 3, 4, 5 và vòng ngoài có cácthanh số 54, 56, 57, 59, 60, 62, 63, 65

47, 48, 49, 50, 51, 52, 53 Bất đầu từ thanh 30, bố trí thành một vòng theo chiều kimđồng hồ

Trang 9

Nhóm thanh R3 là nhóm thanh điều khiển có 8 thanh gồm các thanh số 42,

43, 44, 45, 55, 58, 61, 64 Bắt đầu từ thanh số 42, bố trí thành hai vòng theo chiềukim đồng hồ; vòng trong có các thanh số 42,43,44, 45 và vòng ngoài có các thanh

số 55, 58, 61, 64

31, 32, 33, 46 Bắt đầu từ thanh số 1 , bố trí thành hai vòng theo chiều kim đồng hồ;vòng trong rất đặc biệt chỉ có mỗi thanh số 1 là thanh nằm trên trục đối xứng củacác vòng và vòng ngoài có các thanh số 31, 32, 33, 46

15, 16, 17 Nhóm này rất đặc biệt chỉ có một vòng và bắt đầu từ thanh số 15 cũngtheo cùng chiều kim đồng hồ Nhóm thanh này được đánh giá là yếu nhất trong cácnhóm thanh điều khiển

Hình 1.9 Nhóm thanh R5 có màu vàng

Khi nhóm thanh nào được lựa chọn thì đèn màu vàng sẽ sáng lên.

Trang 10

SG được sử dụng trong LPU nước áp lực giữa vòng sơ cấp và vòngthứ cấp Nước ở vòng sơ cấp không sôi do áp suất cao, áp suất ở vòng thứ cấp thấphơn vòng sơ cấp Nước ở vòng thứ cấp sôi sau khi trao đổi nhiệt với nước ở vòng

sơ cấp, hơi nước ở SG sau khi được tác ẩm, nung nóng rồi đưa qua turbine để làmquay turbine LPU OPR1000 có hai SG

1.1.4 Bình điều áp

Bình điều áp là một bộ phận trong LPU nước áp lực LPU nước áplực yêu cầu nước làm mát trong vòng sơ cấp luôn ở dạng lỏng tại mọi thời điểm Dovậy, nước ở vòng sơ cấp cần phải được duy trì ở áp suất đủ cao để nước ở vòng sơ

cấp không sôi khi LPU vận hành Hình (1.10) trình bày mô hình thùng LPU, các bó

thanh bên trong LPU, bình sinh hơi, bình điều áp theo thứ tự từ trái sang phải

Hình 1.10 Mô hình thùng LPU, các bó thanh trong LPU, bình sinh hơi, bình điều áp

Trang 11

1.1.5 Hệ thống làm mát lõi LPU

Hệ thống làm mát lõi LPU (Reactor Coolant System - RCS) gồm 2 vòng traođổi nhiệt nhằm ngăn cản sự giải phóng chất phóng xạ từ lõi LPU tới vòng thứ cấp

và ra ngoài không khí và giảm nhiệt độ trong lõi lò để lò không bị nóng chảy Các

bộ phận chính của RCS bao gồm một thùng LPU, hai bình sinh hơi, bốn bơm làmmát, hệ thống này được bố trí đối xứng qua thùng LPU và một bình điều áp được bốtrí bên cạnh thùng lò Tất cả các bộ phận này nằm trong tòa nhà lò và được kết nối

với nhau bằng các ống lưu dẫn.

1.2 Vòng thứ cấp

1.2.1 Hệ thống hơi

Hệ thống hơi phân phối hơi tới turbine rồi qua bình ngưng rồi thông quacác bơm để quay trở lại bình sinh hơi Hệ thống hơi chứa các van an toàn đểngăn chặn áp suất hệ thống vượt quá giới hạn định mức

Ngoài ra, hệ thống hơi chính chứa van xả ra khí quyển trên bốn dòng hơichính để cho phép khả năng kiểm soát thời gian làm mát cho bình sinh hơi khicác van cách ly hơi chính đều được đóng lại

1.2.2 Turbine

Turbine của OPR1000 được thiết kế theo nguyên lý nhiệt động lực học đểđạt được hiệu suất cao và tiết kiệm trong sự bố trí đường hơi OPR1000 có mộtturbine áp suất cao dòng kép (double-flow high pressure turbine - DFHPTB) và

ba turbine áp suất thấp dòng kép (doubleflow lowpressure turbines DFLPTB) Turbine của OPR1000 có tốc độ định mức 1800 rpm

-Đặc biệt, thiết kế rotor nguyên khối loại bỏ sự ăn mòn, tạo vết nứt tại bềmặt tiếp xúc của đĩa và trục

1.2.3 Phát điện

Hệ thống máy phát điện của OPR1000 bao gồm máy phát điện chính và

hệ thống phụ Stator của máy phát điện có độ tin cậy cao với hệ thống cách nhiệtF-class Micapal II Rotor cũng có hệ thống cách nhiệt F-class Micapal II có độtin cậy cao và phương pháp làm mát chảy xuyên tâm

Trang 12

CHƯƠNG 2 HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR1000

Phần mềm mô phỏng CoSi OPR 1000 bao gồm: mô-đun kiểm tra các thông

số chính của LPU, mô-đun biểu đồ theo thời gian thực, mô-đun vận hành thanh điềukhiển, mô-đun thiết lập người dùng, mô-đun thể hiện mô hình 2D, 3D của lõi LPU,mô-đun cảnh báo công suất cao, mô-đun thiết lập trao đổi các nhóm thanh dập lò vàRAST-K:

- Mô-đun kiểm tra các thông số chính của LPU: Kiểm tra sự thay đổi giá trị của các thông số chính được gắn liền với LPU

- Mô-đun biểu đồ theo thời gian thực: Cung cấp các giá trị theo thời gian thực

và biểu đồ về Công suất, ASI, T-mod, Boron, Độ phản ứng đến người dùng

- Mô-đun vận hành thanh điều khiển: Cho phép người dùng lựa chọn một nhóm thanh hoặc từng thanh điều khiển và điều khiển ( đưa vào hoặc rút ra)

- Mô-đun thiết lập người dùng: Cho phép người dùng thiết lập các bước kiểmtra, thiết lập biểu đồ thời gian thực, thiết lập thể hiện mô hình 2D và 3D, điềukhiển công tắc và thiết lập đầu ra, thiết lập việc pha loãng hoặc thêm Boron, thiếtlập tăng nhiệt độ hay làm giảm nhiệt độ hệ thống nước làm mát LPU

thể hiện phân bố công suất LPU, thông lượng neutron nhanh, thông lượng neutronnhiệt, nhiệt độ chất làm chậm, nhiệt độ nhiên liệu được thể hiện ở mô hình hai chiều

- Mô-đun cảnh báo công suất cao: Thiết lập cảnh báo khi công suất vượt quá công suất được thiết lập bởi người dùng

- RAST-K: Thuật toán về tính toán các thông số vật lý

2.1 Chạy chương trình

Để chạy chương trình mô phỏng CoSi OPR 1000, nhấp đúp chuột vào biểu

tượng của chương trình (Edu-CoSi.exe) được đặt tại màn hình chính Hình (2.1) thể

hiện biểu tượng để khởi động chương trình CoSi

Hình 2.1 Biểu tượng của chương trình chương trình mô phỏng CoSi OPR 1000.

Hệ Core OPR1000 gồm 3 màn hình hiển thị Hình (2.2), hình (2.3), và hình

(2.4) là các giao diện hiển thị của 3 màn hình khi khởi động hoàn tất.

Trang 13

Hình 2.2 Giao diện màn hình chính hiển thị phân bố nhóm thanh, hiển thị 2D,

3D, và các thanh số tức thời.

Hình 2.3 Giao diện hiển thị các chức năng điều khiển.

Hình 2.4 Giao diện dùng thay đổi các tham số LPU.

Trang 14

2.2 Thoát chương trình

Nhấp chuột vào nút EXIT tại góc trên bên phải màn hình máy tính để thoát

khỏi chương trình Vị trí nút EXIT được thể hiện ở hình (2.5).

Hình 2.5 Nút thoát chương trình.

2.3 Vận hành thanh điều khiển

Chức năng thực hiện vận hành công tắc chọn thanh điều khiển, nằm ở phíadưới màn hình giám sát, cho phép chọn các chế độ điều khiển các nhóm thanh điềukhiển khác nhau Sự hiển thị hoạt động thanh điều khiển gồm có chỉ số nhóm thanhđiều khiển được lựa chọn, công tắc chọn lựa nhóm thanh điều khiển, công tắc chọnlựa PS, công tắc chọn lựa chế độ điều khiển, công tắc chọn lựa từng thanh điềukhiển, nút đưa nhóm thanh điều khiển vào và rút thanh điều khiển ra khỏi LPU

Bảng hiển thị nhóm thanh điều khiển được lựa chọn có chức năng hiển thịmỗi nhóm thanh điều khiển mà đã được người sử dụng chọn

Hình 2.6 Màn hình điều khiển các nhóm thanh và Nhóm thanh điều khiển được lựa

chọn có màu cam

Trang 15

2.3.1 Vị trí các thanh điều khiển

Màn hình giám sát nằm ở trung tâm biểu diễn vị trí thanh điều khiển và sựthay đổi của các thông số và cung cấp thông tin về thanh điều khiển được lựa chọn,nhận biết vị trí các thanh điều khiển, nhận biết vị trí các thanh điều khiển được lựachọn, thể hiện các thông số như công suất, nhiệt độ nước làm mát, nồng độ Boron,thể hiện tổng lượng thêm hoặc giảm của Boron LPU đến người sử dụng

2.3.1.1 Nhận biết thanh điều khiển được chọn

Để nhận biết vị trí các thanh điều khiển ta nhìn màn hình thể hiện giaodiện phân bố các nhóm thanh của lõi LPU Nhóm thanh điều khiển được lựa chọn sẽ

thể hiện bằng màu vàng Hình (2.7) thể hiện nhóm thanh điều khiển được lựa chọn.

Hình 2.7 Nhận biết thanh điều khiển được chọn theo mặt cắt ngang LPU.

2.3.1.2 Nhận biết vị trí các thanh điều khiển được lựa chọn

Sự nhận biết vị trí các thanh điều khiển được lựa chọn, thể hiện vị tríhiện tại của từng thanh điều khiển hoặc nhóm thanh điều khiển được người sử dụnglựa chọn Khi thanh điều khiển rút ra hoặc đưa vào LPU, và được thể hiện bởi thời

gian thực Hình (2.8) thể hiện vị trí các nhóm thanh được chọn.

Hình 2.8 Vị trí thanh và nhóm thanh điều khiển được chọn.

Trang 16

Ngoài ra còn thể hiện vị trí hiện tại của nhóm thanh điều khiển ( SA, SB, R1,

R2, R3,R4, R5, P1) trong biểu đồ thanh và dạng số ở Hình (2.9).

Hình 2.9 Độ sâu của các nhóm thanh điều khiển trong lõi LPU.

2.3.2 Công tắc chọn lựa nhóm thanh điềukhiển

Công tắc chọn lựa nhóm thanh điều khiển có chức năng cho phép người sửdụng có quyền chọn nhóm thanh cho việc rút hoặc đưa vào lõi LPU từ các nhóm

SA, SB, R1, R2, R3, R4, R5, P1 Quá trình hoạt động được biểu diễn bằng cách

nhấp chuột theo mũi tên bên phải hoạt bên trái ở bên dưới Hình (2.10) thể hiện

công tắc để lựa chọn các nhóm thanh điều khiển

Hình 2.10 Công tắc chọn lựa nhóm thanh điều khiển

Trang 17

Chức năng này có các số từ số 1 đến số 8 và chữ P tương ứng với các nhóm thanh như sau:

- Vị trí số 1 tương ứng với nhóm thanh SA

- Vị trí số 2 tương ứng với nhóm thanh SB

- Vị trí số 3 tương ứng với nhóm thanh R1

- Vị trí số 8 và chữ P hệ thống chưa phát triển

2.3.3 PS group Select

PS chọn switch có khả năng để lựa chọn một trong các chức năng P1, P2, P3,

PS bởi người sử dụng Các hoạt động sẽ được hiển thị bằng cách nhấp chuột vào các

mũi tên sang bên phải hoặc bên trái Hình (2.11) thể hiện công tắc chọn chế độ PS

group Select

Hình 2.11 Công tắc chọn chế độ PS group Select.

2.3.4 Công tắc chọn chế độ hoạt động

Công tắc chọn chế độ hoạt động có chức năng cho phép chọn lựa các chế độ

SB, MB, MO, AS Quá trình hoạt động được thực hiện bằng cách nhấp chuột theo

mũi tên sang bên phải hoặc bên trái Hình (2.12) thể hiện công tắc chọn chế độ hoạt

động

Trang 18

Hình 2.12 Công tắc chọn chế độ hoạt động.

2.3.4.1 Chế độ tiêu chuẩn (Standby)

Khi chọn chế độ tiêu chuẩn, các thông số cũng như các giá trị để thay đổithông số đều được thiết lập sẵn Khi chọn chế độ Standby, đèn ở chế độ này sẽ bật

lên, được thể hiện như hình (2.13).

Hình 2.13 Khi hoạt động ở chế độ Standby

Khi chọn chế độ điều khiển riêng lẻ, đèn ở chế độ này sẽ bật lên Khi chọn chế

độ này, người dùng có thể rút ra hoặc đưa từng thanh điều khiển vào trong lõi LPU.Nhưng chế độ này không làm việc bởi vì chúng không sử dụng để tính toán vật lý lò

ở mức công suất không

Khi chọn chế độ điều khiển theo nhóm, đèn ở chế độ này sẽ bật lên Khi chọnchế độ này, người dùng có thể rút ra hoặc đưa các nhóm thanh điều khiển (SA, SB,R1, R2, R3, R4, R5, P1) vào trong lõi LPU Việc tính toán các trạng thái vật lý được

sử dụng chính trong chế độ này

Khi chọn chế độ điều khiển theo thứ tự, đèn ở chế độ này sẽ bật lên Khi chọnchế độ này, người dùng có thể rút ra hoặc đưa các nhóm thanh điều khiển (SA, SB,

Trang 19

R1, R2, R3, R4, R5, P1) vào trong lõi LPU bao gồm việc kết hợp giữa các nhómthanh Việc tính toán các trạng thái vật lý được sử dụng trong chế độ này khi cácthanh điều khiển được rút ra để lò đạt trạng thái tới hạn ban đầu.

Khi chọn chế độ tự động, đèn ở chế độ này sẽ bật lên Ở chế độ này, cácthanh điều khiển sẽ được điểu khiển với một hệ thống điều khiển bởi một phầnmềm, phần mềm này sẽ giúp hệ thống vận hành tương tự như khi hoạt động ở chế

độ Manual sequential

2.3.4.6 Chế độ Motion Inhibit

Chế độ cấm hoạt động

2.3.5 Công tắc lựa chọn từng thanh điều khiển

Công tắc lựa chọn từng thanh điều khiển được sử dụng để lựa chọn chuyểnđổi một trong những hoạt động mong muốn từ 73 thanh điều khiển Quá trình hoạtđộng được thực hiện bằng cách nhấp chuột theo mũi tên bên phải hoặc bên trái ở

hình (2.14).

Hình 2.14 Công tắc lựa chọn từng thanh điều khiển.

2.3.6 Nút đẩy lên hoặc đưa các thanh điều khiển vào

Khi muốn đưa các thanh điều khiển vào hoặc rút thanh điều khiển ra khỏi

LPU, nhấn và giữ chuột biểu tượng mũi tên ở hình (2.15) để thực hiện chức năng

rút hoặc đưa thanh điều khiển vào trong lõi LPU

Trang 20

Hình 2.15 Nút đẩy lên hoặc đưa các thanh điều khiển vào trong lõi LPU

2.4 Thể hiện biểu đồ thời gian thực

Màn hình biểu đồ thời gian thực hiển thị quá trình tăng giảm của các biến số(công suất, ASI, nhiệt độ nước làm mát, Boron, độ phản ứng), và nó có khả nănghiển thị sự phân bố công suất theo trục của LPU Các giá trị khác nhau bị thay đổibởi người vận hành bằng cách (đưa thanh điều khiển vào hoặc rút thanh điều khiển

ra, thêm Boron vào hoặc pha loãng…) sẽ được hiển thị trên biểu đồ ở hình (2.16).

Hình 2.16 Biểu đồ thời gian thực.

2.5 Cảnh báo công suất cao

Thông báo công suất tăng cao và bỏ qua cảnh báo được cài đặt sẵn trong hệ

mô phỏng và nó xuất hiện trên màn hình khi giá trị công suất tăng cao hơn giá trịcông suất bạn cài đặt, giống như một nhà máy thực với bốn kênh cho việc tiến hành

bỏ qua cảnh báo Nếu bạn không tiến hành bỏ qua các cảnh báo, hệ thống sẽ tự độngđưa toàn bộ nhóm thanh điều khiều và nhóm thanh an toàn xuống vị trí sâu nhấttrong LPU

Trang 21

2.5.1 Cảnh báo

Cảnh báo sẽ xuất hiện mỗi 10 giây từ kênh A tới kênh D, sau 1 phút kênh Dcảnh báo Nếu cảnh báo xảy ra ở kênh A, màn hình cảnh báo sẽ xuất hiện ở trênmàn hình giám sát nằm ở phía bên phải và đèn Permissive sẽ có màu xanh lá cây

Khi công suất vượt quá mức thiết lập, cảnh báo sẽ xuất hiện như hình (2.17).

Hình 2.17 Cảnh bảo công suất vượt quá mức công suất thiết lập.

2.5.2 Thao tác bỏ qua

Nhấp chuột vào dấu mũi tên ở phía bên phải để thực hiện thao tác bỏ qua ởmỗi kênh

2.6 Nhận biết các thông số như: Công suất và Boron

Sự thay đổi của các chỉ số sẽ cung cấp thông tin về công suất, nhiệt độ, boronđến người sử dụng

Hình 2.18 Sự thay đổi của các thông số về công suất, nhiệt độ, nồng độ Boron

2.6.1 Thể hiện tổng nồng độ của Boron

Thể hiện tổng lượng Boron (hoặc nước) được có trong lõi LPU khi bạn nhấpchuột vào BORATION để thêm Boron hoặc giảm Boron khi bạn nhấp chuột vào

DILUTION Các thông số của nồng độ Boron được thể hiện ở hình (2.19).

Trang 22

Hình 2.19 Nồng độ Boron hiện tại và nồng độ Boron được thêm vào hoặc giảm bớt.

2.6.2 Thể hiện thông tin tổng lượng Boron được thêm vào hoặc rút ra

Thể hiện lượng và tổng lượng Boron (hoặc nước) được thêm vào khi nhấp chuộtvào BORATION hoặc lượng Boron giảm xuống khi nhấp chuột vào DILUTION

Hình 2.20 Thể hiện tổng lượng Boron thêm vào hoặc rút ra.

2.7 Thiết lập chương trình và vận hành hệ mô phỏng

Bảng điều khiển của màn hình giám sát nằm ở góc dưới bên phải có các chứcnăng như lựa chọn các bài kiểm tra các đặc trưng ở mức công suất không, lựa chọn

đồ thị theo các thông số của LPU và thiết lập thang đo, thiết lập vị trí các thanh điềukhiển, thiết lập đầu ra, việc thêm hoặc pha loãng Boron

Hình 2.21 Màn hình thực hiện điều chỉnh các thông số vật lý trong lõi LPU

Trang 23

- Test Step cho phép người vận hành khảo sát các trạng thái hoạt độngcủa lò phản ứng như Approach to Critical; POAH; BEP; ITC; DCRM.

- Trend Graph cho phép hiển thị biểu đồ thời gian thực, người điều khiển có thể chọn và thiết lập cho từng loại biểu đồ

- 2D Analysis cho phép người điều khiển quan sát lõi lò ở chế độ 2D

- 3D Analysis cho phép người điều khiển quan sát trạng thái hoạt độngvùng hoạt ở chế độ 3D

2.7.1 Lựa chọn các mục kiểm tra thông số vật lý tại mức công suất thấp

Lựa chọn một trong năm mục trong phần TEST STEP để kiểm tra các thông

số vật lý ở mức công suất thấp (LPPT), các thiết lập ban đầu là cần thiết cho LPPT

Hình 2.22 Các mục kiểm tra thông số vật lý tại mức công suất thấp.

2.7.2 Lựa chọn đồ thị xu hướng của các tham số trong LPU và cách thiết lập thang đo

Chức năng của phần này là để hiển thị đồ thị thời gian thực Thiết lập thang

đo và chọn đồ thị xu hướng sử dụng để thiết lập hiển thị đồ thị của 5 biến số (công

suất, ASI, nhiệt độ, Boron, độ phản ứng) và thiết lập thang đo cho mỗi đồ thị Hình

(2.23) thể hiện bảng thiết lập các đồ thị trên đồ thị thời gian thực và thiết lập thang

đo cho các đồ thị đó

Trang 24

Thiết lập mặc định là cả năm biến số đều được hiển thị Sau khi người dùng

bỏ chọn biến số nào đó và nhấp chuột vào nút Select thì chỉ nhưng đồ thị đã đượcchọn hiển thị trên màn hình

2.7.3 Thiết lập trong menu ETC

Công cụ đếm neutron có 2 thang đếm theo thời gian là 10s và 100s Để tính

số neutron sinh ra trong 1s ta chia cho tổng thời gian đếm là 10s hay 100s tuỳ theotổng thởi gian đếm mà ta đã chọn

Trang 25

Ta đặt mức công suất tại mục Hi Log Power là 0.01; sau đó kích chuột vào CriticalStatus để hệ thống thiết lặp trạng thái tới hạn Để kết thúc kích chuột vào nút OK.

Hình 2.29 Màn hình thể hiện các thông số sau khi hệ thống thiết lập trạng thái tới hạn.

2.7.4 Thiết lập vị trí thanh điều khiển và thiết lập đầu ra

Cho phép người sử dụng thay đổi vị trí các thanh điều khiển tới vị trí mongmuốn Tất cả các thanh rút ra ngoài hoặc tất cả các thanh đưa vào trong cũng có thể

là vị trí mong muốn Tính năng này là đầu ra được tính toán một cách tự động bằnggiá trị đầu vào của thanh điều khiển trong RAST-K Việc thiết lập đầu ra có thể thiếtlập một cách trực tiếp bởi người sử dụng để đầu ra được như mong muốn

Thiết lập vị trí thanh điều khiển

Nhập giá trị 381 vào các ô R5, R4 R3, R2, R1 và SA, nhập giá trị 350 vào ô

SB từ mục RESET, sau đó nhấp chuột vào nút RUN Tương tự với các vị trí mongmuốn khác

Hình 2.30 Thiết lập vị trí mong muốn

Trang 26

Kiểm tra màn hình hiển thị nhóm thanh điều khiển Vị trí các thanh điều

khiển được hiện thị như hình (2.31).

Hình 2.31 Kết quả trước và sau khi thiết lập

2.7.5 Thiết lập sự pha loãng và thêm Boron

Cho phép thực hiện việc pha loãng và thêm Boron để tiến tới trạng thái tới hạncũng như đào tạo trong việc kiểm tra các thông số đầu ra ở mức công suất không, nó cóchức năng thiết lập tổng lượng thêm vào và tốc độ thêm của nước hoặc Boron

Nhấp chuột vào nút Dilution ( Boration) để thực hiện pha loãng ( thêm) Boron Đểtạm dừng việc thêm hoặc pha loãng Boron thì bạn nhấp chuột một lần nữa vào nút

Boration (dilution) Hình (2.32), hình (2.33) trình bày các bước thực hiện

thêm Boron và pha loãng Boron

2.7.5.1 Thực hiện thêm Boron

Nhập tốc độ phun 50L/M của dung dịch Boron từ mục MAKEUP Control,tiếp đó nhấp chuột vào nút Boration

Boration

Hình 2.32 Thiết lập các thông số để thêm Boron.

Trang 27

2.7.5.2 Thực hiện pha loãng Boron

Nhập tốc độ phun 5L/M từ mục MAKEUP Control, sau đó nhấp chuột vàonút Dilution Sự pha loãng được tiến hành hoặc không được tiến hành, bằng cáchhiển thị màu của nút

Dilution

Hình 2.33 Thiết lập các thông số để thêm Boron.

2.7.5.3 Ngừng việc thêm hoặc pha loãng Boron

Sau khi thêm hoặc bớt boron làm cho nồng độ boron đạt giá trị cầnthiết lặp là 1074ppm thì dừng lại việc thêm hoặc bớt boron bằng cách nhấp chuộtvào nút STOP trên mục MAKEUP Control

Hình 2.34 Nồng độ Boron đạt giá trị cần thiết lặp 1074ppm.

Trang 28

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ PHẢN ỨNG

3.1 Sự bảo toàn neutron trong lò phản ứng

Phương trình không thời gian neutron là nhằm xác định được sự phân bốneutron trong lò phản ứng và từ đó tạo cơ sở tính toán tốc độ phản ứng và độ ổn địnhphản ứng phân hạch dây chuyền trong lò Để xác định được sự phân bố neutron đầutiên, ta cần phân tích quá trình neutron dịch chuyển trong lò (tương tác tán xạ với cácnguyên tử của các nguyên tố có mặt trong lò cho đến khi nó bị hấp thụ hoặc thoát khỏivùng lò) Hầu hết các nghiên cứu lý thuyết lò phản ứng coi sự dịch chuyển của neutrontương tự như quá trình khuếch tán Có thể giả sử rằng sự dịch chuyển neutron tương tựnhư quá trình khuếch tán nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao (độ tập trung cao) đến nơi cónhiệt độ thấp hơn (độ tập trung thấp) hay như sự khuếch tán phân tử khí từ nơi có nồng

độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn Hay ta có thể nói chính xác hơn phương trìnhkhông thời gian của neutron chính là phương trình khuếch tán neutron

Lưu ý rằng phương trình khuếch tán là không khả dụng ở biên hay trong môitrường có tiết diện hấp thụ lớn

Phương trình động học của neutron lò phản ứng không thời gian là kết quảcủa hai phương trình vi phân tách biệt nhau, một cho thông lượng neutron và mộtcho độ tập trung hạt nhân mẹ sinh neutron trễ Nguyên lý cơ bản của việc dẫn xuấtphương trình là dựa trên sự bảo toàn số neutron và số hạt nhân mẹ trong mỗi phầnthể tích của không gian và mỗi vùng năng lượng

Sự thay đổi số neutron trong một phần thể tích được cho bởi sự chênh lệchgiữa số neutron sinh ra và biến mất trong thể tích đó, ta viết đơn giản như sau:

Trong cùng một thể tích trên, số hạt nhân mẹ sinh ra neutron trễ cũng đượcsinh ra và hủy đi nên:

3.1.1 Quá trình sinh ra neutron

Sự sinh neutron là một trong số các kết quả quan trọng nhất của phản ứng phânhạch dẫn đến khả năng duy trì được phản ứng dây chuyền Phần lớn neutron sinh ra là

gọi là neutron tức thời Một phần nhỏ neutron sinh ra do phân hạch xuất hiện

Trang 29

sau đó hay còn được gọi là neutron trễ Số neutron tức thời sinh ra khác nhau chotừng phản ứng phân hạch, thông thường vào khoảng từ 0 ~ 5 neutron Số neutronsinh ra trung bình cho mỗi phản ứng phân hạch rất cần thiết cho việc tính toán saunày Hệ số này được ký hiệu bao gồm neutron tức thời và neutron trễ:

Thực nghiệm tìm ra độ lớn của hệ số và phụ thuộc vào hạt nhân phân hạch vànăng lượng neutron tới Ta Có thể thấy gần như phụ thuộc tuyến tính vào nănglượng của neutron tới:

(3.2)

Hình 3.1 Sự phụ thuộc của vào năng lượng

Chú ý rằng, đối với U238 ngưỡng cho phản ứng phân hạch bởi neutron nhanh là E ≥ 1.2 MeV Số neutron sinh ra thông thường của Pu thì lớn hơn U Các giá trị thực nghiệm 0 được cho trong bảng (3.1).

Bảng 3.1 Số neutron trung bình sinh ra do phân hạch (Keepin 1965)

Trang 30

3.1.1.1 Quá trình sinh ra neutron tức thời

Trong quá trình phản ứng phân hạch xảy ra, các mảnh hạt nhân phân hạchđược tạo thành sẽ ở trạng thái kích thích Một hoặc nhiều neutron tức thời được sinh

ra khi năng lượng kích thích ’ lớn hơn năng lượng liên kết của neutron trong cácmảnh phân hạch Trong trường hợp này, xảy ra hai quá trình cạnh tranh nhau để hạtnhân kích thích trở về trạng thái ổn định hơn đó là: phát hoặc phát neutron Hai quá

trình này được thể hiện ở hình (3.2):

Năng lượng liên kết của hạt nhân

Hình 3.2 Quá trình phát neutron tức thời

Do năng lượng kích thích là khác nhau nên sẽ có phân bố năng lượng liên tục cho cả bức xạ và neutron tức thời Cả hai phân bố trên đều sẽ phụ thuộc vào năng lượng, đối với phổ neutron tức thời, ( ), được dùng để xác định xác suất phát neutron ( ) trong khoảng từ đến + , ( ) được chuẩn hóa như sau:

Trang 31

Neutron tức thời

Năng lượng E

Hình 3.3 Phổ neutron tức thời của U235

Tổng số neutron sinh ra do phân hạch trong một phần thể tích dV là:

27

Trang 32

Giả sử hạt nhân Z-1XA là một trong các mảnh hạt nhân phân hạch và là mộthạt nhân phát Sau một khoảng thời gian nhất định sau phân hạch (đặc trưng bởihằng số phân rã của sản phẩm phân hạch đó), một hạt được phát ra cùng với mộtneutrino Phụ thuộc vào năng lượng hạt phát ra, hạt nhân hình thành sẽ có nănglượng kích thích lớn hay nhỏ Nếu như năng lượng của hạt phát ra đạt cực đại

và bằng với năng lượng kích thích ban đầu của hạt nhân mẹ thì hạt nhân sản phẩm sẽ ở trạng thái bền.

là hạt nhân mẹ sinh neutron trễ khi và chỉ khi (năng lượng kích thích ban đầu) lớn hơn

(3.7)

Từ hệ thức này, ta có thể dễ dàng nhận thấy chỉ có một số ít sản phẩm phânhạch là hạt nhân mẹ sinh neutron trễ Đối với mỗi hạt nhân phân hạch sẽ có một sốneutron trễ nhất định được sinh ra ( ) trong mỗi phản ứng phân hạch.

Tỷ phần neutron trễ được xác định bởi tỷ số:

Thực nghiệm cho thấy tỷ phần neutron trễ thường rất nhỏ (<1%) Giá trị thựcnghiệm của suất phát neutron trễ trung bình đối với phản ứng phân hạch sử dụng

neutron nhiệt được cho trong bảng (3.2)

Bảng 3.2 Suất phát neutron trung bình trong phản ứng phân hạch sử dụng neutron nhiệt

Trang 33

3.1.1.3 Các nhóm neutron trễ

Dù biết được suất phát neutron trễ của các hạt nhân phân hạch khác nhau vẫnchưa đủ cho tính toán các phương trình động học, chúng ta cần phải nắm rõ đượcthời gian trễ giữa phản ứng phân hạch và thời điểm phát neutron trễ Thực nghiệmthấy rằng, neutron trễ được chia thành 6 nhóm dựa trên suất phát neutron và thờigian trễ nó được sinh ra (Keeplin 1965)

Các thông số các nhóm neutron trễ được cho ở bảng (3.3)

Bảng 3.3 Thông số cho 6 nhóm neutron trễ (IAEA 2014)

Năng

bình(MeV)

Trang 34

Tương tự với phổ neutron tức thời, khái niệm phổ neutron trễ mô tả sự phân bốneutron trễ theo năng lượng Phân bố neutron trễ sẽ phụ thuộc vào từng nhóm, hay sẽ

có từng phổ neutron trễ cho từng hạt nhân mẹ và từng đồng vị sản phẩm phân hạch.Công việc xác định các phổ này là một trong những đề tài nghiên cứu của các nghiêncứu vật lý lò phản ứng, các cơ sở dữ liệu luôn luôn được cập nhật (ENDF/B-VI)

Phổ ( ), còn dùng để định nghĩa ( ) là số neutron trễ được phát ra trong khoảng năng lượng từ

E đến E+dE cho mỗi giá trị của nhóm i Các phổ sẽ được chuẩn hóa tương tự như trong hệ thức (3.3).

Nhóm 1 Nhóm 2 Nhóm 3 Nhóm 4,5,6 Phổ c óa

Hình 3.5 Phổ neutron trễ cho 6 nhóm

Sau khi định nghĩa các thông số cơ bản, ta bắt đầu xác định số neutron trễ sinh ra Ta gọi là

mật độ của hạt nhân mẹ nhóm i có trong phần thể tích đang xét (phụ thuộc theo thời gian và vị trí trong lò) Ta có là số hạt nhân mẹ họ i sinh ra neutron trễ trong phần tử thể tích Dựa theo định

nghĩa của hằng số phân rã, những

hạt nhân mẹ này sẽ sinh ra neutron trong khoảng thời gian Bằng việc nhân thêm xác suất sinh neutron trễ của hạt nhân mẹ họ ( ) và tính đến tổng của tất cả các họ hạt nhân mẹ, số neutron trễ trung bình sinh ra trong khoảng năng lượng trong phần tử thể tích qua khoảng thời gian

(3.9)

3.1.1.5 Neutron xuất hiện do tương tác va chạm và đi vào thể tích đang xét Neutron còn có thể được sinh ra trong phần tử thể tích với độ thay đổi nănglượng bằng sự trao đổi năng lượng thông qua quá trình va chạm với các hạt nhân nguyên tử có mặt trong phần thể tích

30

Trang 35

Số neutron sinh ra do va chạm trong phần thể tích với khoảng năng lượng ’ trong khoảng thời gian dt được cho bởi:

(3.10)

Độ lớn của xác suất nói trên phụ thuộc hoàn toàn vào quy luật va chạm.

(3.11)

Biểu thị số neutron trong phần tử thể tích ’ xuất hiện trong phần tử thể tích trong khoảng thời gian Xét đến tổng các phần tử

’ để có thể lấy toàn bộ các neutron đã va chạm sẽ được:

Tổng số neutron mất đi trong phần tử thể tích trong khoảng thời gian đượcthể hiện thông qua tiết diện toàn phần, bao gồm quá trình neutron bị hấp thụ và bịtán xạ ra khỏi nhóm đang xét, vì vậy số neutron mất đi do các quá trình tương tác sẽlà:

Trang 36

Theo phương chiều x, số neutron rời khỏi phần tử ra khỏi mặt ở vị trí (x,y,z) trong khoảng thời gian :

được:

(3.20)

Theo dạng vector, biểu thức (3.20) có thể được biểu diễn như sau:

(3.21)

3.1.2.3 Sự thay đổi mật độ neutron

Sự thay đổi mật độ neutron trong phần tử thể tích trong khoảng thời gian cho bởi:

(3.22)

3.1.3 Phương trình thông lượng neutron

Tổng hợp các kết quả đã nêu trên ta tìm được phương trình thông lượng neutron (phương trình bảo toàn neutron):

Trang 37

để được phương trình có thể giải được, để làm được điều này, các xấp xỉkhác cần được đưa ra.

được:

(3.26)

Điều này tương đương với sự thay đổi của mật độ dòng nhỏ hơn rất nhiều so

với tần suất xảy ra tương tác Phương trình (3.25) trở thành :

Trang 38

3.2 Sự bảo toàn hạt nhân mẹ trong quá trình sinh neutron trễ

Bây giờ chúng ta xét đến neutron trễ tương tự như phần thông lượng neutron

3.2.1 Sự sinh ra các hạt nhân mẹ

Số hạt nhân mẹ thuộc họ i sinh ra trong phần tử thể tích dV trong khoảng thờigian dt là tích của hệ số βi và toàn bộ neutron được sinh ra bởi phân hạch trongcùng phần tử thể tích đó Cụ thể như sau:

(3.30)

3.2.2 Sự mất mát hạt nhân mẹ

Nguyên nhân chính dẫn đến sự mất mát hạt nhân mẹ là do phân rã beta Tổng

số hạt nhân mẹ họ i mất đi trong phần tử thể tích dV trong thời gian dt sẽ là:

(3.31)

Trang 39

Sự thay đổi mật độ hạt nhân mẹ

Toàn bộ sự thay đổi mật độ hạt nhân mẹ họ i có trong phần tử thể tích dVtrong thời gian dt sẽ là:

Trang 40

Là đại lượng đặc trưng cho nguồn neutron trễ có mặt trong phần thể tích đang xét

Phương trình (3.34) được viết lại như sau:

(3.38)

3.4 Điều kiện biên

Vì phương trình (3.34) là phương trình vừa phụ thuộc vào không gian và thời

gian (phương trình không thời gian), nên chúng ta cần phải xác định điều kiện đầu vàđiều kiện biên để có thể hoàn thành việc mô ta bài toán một cách đầy đủ nhất

3.4.1 Điều kiện đầu

Điều kiện đầu của phương trình (3.34) là:

(3.39)

Hai điều kiện biên quan trọng nhất cần được xem xét là điều kiện ở mặt tiếpxúc giữa hai vật liệu khác nhau trong vùng đang xét (ví dụ: nhiên liệu và chất làmchậm) và điều kiện ở mặt ngoài vùng thể tích đang xét

3.4.2 Điều kiện ở mặt tiếp xúc

Xét mặt tiếp xúc S giữa hai vật liệu có tiết diện phản ứng khác nhau được thể

hiện trong hình (3.7) Thỏa mãn điều kiện liên tục của thông lượng phản ứng ta có:

Định dạng
Số trang	127
Dung lượng	8,24 MB