Center Temperature of Fuel Pellet Internal Pressure of Fuel Rod Deformation of Fuel Pellet - Fundamental Research.. 33--D Model of In D Model of In--Pile Section Pile Section[r]
Trang 1Chương 4
CÁC ỨNG DỤNG CỦA
LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU
PGS TS Nguyễn Nhị Điền
Đà L t 2012
1
Đà Lạt, 2012
Trang 2CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (1):
ê ứ ề á
Irr.Tests for
&
Nghiên cứu vật liệu
và nhiên liệu
Nghiên cứu về tán
xạ nơtron
Fuel&Mat.
Neutron Scattering NAA online + Phát triển kỹ
thuật phân tích + Chụp ảnh nơtron
R&D
R&D on on
RIs&NTD photography Neutron
Neutron + Chụp ảnh nơtron
Sản
xuất
ĐV
và
Tech Tech Train Train
pha
tạp
Silic
BNCT &
rBNCT
Others
Tech Tech Train Train IT
IT fields fields
Nghiên cứu về kỹ Huấn luyện và đào tạo
2
Nghiên cứu về kỹ
thuật BNCT Huấn luyện và đào tạo về hạt nhân
Trang 3CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (2):
được phân ra 4 nhóm:
• Các ứng dụng chiếu xạ: để phân tích kích hoạt, sản xuất đồng vị,
pha tạp vật liệu bán dẫn, nghiên cứu hiệu ứng sai hỏng và bền
vững với bức xạ,
• Thử vật liệu và thanh nhiên liệu cho lò công suất: để nghiên cứu
thiết kế LPƯ và nhiên liệu hạt nhân ệ ạ
• Sử dụng chùm nơtron ngoài lò: nghiên cứu vật liệu, phân tích
gamma tức thời, chụp ảnh nơtron, chiếu xạ sinh học, nghiên cứu
cơ bản,
• Phát triển nguồn nhân lực: công nghệ LPƯ, thí nghiệm che chắn,
huấn luyện và đào tạo cán bộ vận hành, thông tin dân chúng.
Có thể hâ 3 l i ứ d hí h là
Có thể phân ra 3 loại ứng dụng chính là:
• Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện hạt nhân)
• Các ứng dụng phi năng lượng (cho các ngành kinh tế)
3
Các ứ g dụ g p ă g ượ g (c o các gà ế)
• Đào tạo nguồn nhân lực.
Trang 4Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):
1 Thử nghiệm và phát triển nhiên liệu hạt nhân
(development of nuclear fuels)
+ Nghiên cứu sự biến đổi thành phần và cấu trúc bên trong của
+ Nghiên cứu sự biến đổi thành phần và cấu trúc bên trong của viên gốm nhiên liệu (như mật độ, độ rỗng, nứt gãy, sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy và hệ số dẫn nhiệt, v.v…).
+ Chiếu xạ thử nghiệm để đánh giá tính toàn vẹn vỏ bọc thanh
+ Chiếu xạ thử nghiệm để đánh giá tính toàn vẹn vỏ bọc thanh nhiên liệu trong điều kiện vận hành bình thường và tai nạn sự
cố, nghiên cứu phát triển các hợp kim mới làm vỏ bọc thanh
nhiên liệu cho phép đạt được độ cháy cao hơn
nhiên liệu cho phép đạt được độ cháy cao hơn.
+ Nghiên cứu sự di chuyển, phát tán thành phần và hoạt độ của các chất phóng xạ có trong các thanh nhiên liệu bị hỏng ra bên
ài
ngoài.
+ Nghiên cứu phát triển các thế hệ nhiên liệu mới như nhiên liệu MOX (Mixed oxide fuel development), v.v…
4
ÎCần LPƯ công suất lò P >10 MW để có thông lượng nơtron
Φ = 1.0 - 5.0 x10 14 n.cm -2 s -1
Trang 5Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):
2 Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu (material irradiation studies)
+ Nghiên cứu hiệu ứng cứng hoá, biến giòn dễ gãy, mất khả năng
chịu kéo và nén của vật liệu phụ thuộc vào thông lượng và liều chiếu
chịu kéo và nén của vật liệu phụ thuộc vào thông lượng và liều chiếu tích phân.
+ Kiểm tra, đánh giá chất lượng các ống, bình chịu áp lực của lò năng lượng bằng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron
lượng bằng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron.
+ Chiếu xạ các mẫu thử hợp kim để nghiên cứu chất lượng thép làm thùng LPƯ (thùng chịu áp lực) và nghiên cứu quá trình lão hóa, sự hồi phục của vật liệu Zr Nb
hồi phục của vật liệu Zr-Nb.
+ Áp dụng kỹ thuật đo tiếng ồn nơtron để theo dõi sự dao động, lắc, rung của các khối, bộ phận và chi tiết cấu thành trong vùng hoạt của LPƯ năng l ợng
LPƯ năng lượng.
+ Nghiên cứu tính chất hóa học của nước và bản chất hiện tượng ăn mòn vật liệu trong các LPƯ năng lượng.
5
+ Nghiên cứu quá trình rò rỉ khí phân hạch phóng xạ ra khỏi thanh
nhiên liệu theo độ cháy, đặc biệt ở các bó nhiên liệu có độ cháy cao.
Trang 6Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):
2 Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu (material irradiation studies)
Các lĩnh vực chính và các thiết bị thí nghiệm dùng trong thử hiệ hiê liệ à hiế ật liệ h t hâ
nghiệm nhiên liệu và chiếu xạ vật liệu hạt nhân:
Thử nghiệm
chiếu xạ vật
liệu hạt
nhân &
• Đánh giá vật liệu bằng chiếu xạ nơtron
• Thử nghiệm tính an toàn và sự nguyên vẹn của các vật liệu dùng trong vùng hoạt
• Đưa ra số liệu để phát triển loại nhiên liệu mới
ấ
Capsule để chiếu xạ:
Capsule không kèm thiết bị đo
Capsule kèm thiết bị đo
nhân &
nhiên liệu •• Tính chất giải phóng khí phân hạch Hiệu ứng lão hóa như tính chất dão của vật liệu Capsule nhiên liệu Capsule dão
• Tính chất của nhiên liệu ở các mức công suất
Thử nghiệm
chiếu xạ để
xác nhận
tính năng
ủ hiê
• Tính chất của nhiên liệu ở các mức công suất khác nhau của LPƯ
• Tính chất của vỏ bọc thanh nhiên liệu
• Thử nghiệm tính toàn vẹn của thanh nhiên liệu
• Nghiên cứu để phát triển các vật liệu bên trong vùng hoạt
Vòng thử nghiệm nhiên liệu (FTL - Fuel Test Loop)
6
của nhiên
liệu
vùng hoạt
• Nghiên cứu sự ăn mòn và tính chất hoá học của nước lò
)
Trang 7Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):
3 Thử nghiệm và hiệu chuẩn các thiết bị đo ghi bức xạ
Các thiết bị đo ghi nơtron, gamma dùng trong nhà máy điện hạt nhân, LPƯNC và các ứng dụng kỹ thuật, công nghệ hạt
hạt nhân, LPƯNC và các ứng dụng kỹ thuật, công nghệ hạt nhân khi được phát triển, chế tạo nhất thiết phải được kiểm tra và hiệu chuẩn trong các điều kiện bức xạ thích hợp để đảm bảo khả năng làm việc chính xác lâu dài của chúng
đảm bảo khả năng làm việc chính xác, lâu dài của chúng
Î Các yêu cầu này chỉ đòi hỏi thông lượng nơtron và liều bức xạ gamma ở mức thấp từ vài μSv/h đến mSv/h nên hầu
bức xạ gamma ở mức thấp từ vài μSv/h đến mSv/h, nên hầu hết các LPƯNC đều có thể đáp ứng được nhu cầu này.
7
Trang 8Sử dụng dụng các các Capsules Capsules chiếu chiếu xạ xạ tại tại lò lò HANARO HANARO
ấ
Thử vật liệu lò phản ứng công suất:
Vật liệu thùng áp lực của lò công suất
Vật liệu đường ống chịu áp suất của lò: Zr-2.5Nb
Các loại vật liệu của các kết cấu trong lò
Các loại vật liệu của các kết cấu trong lò
Thử nghiệm vật liệu của nhiên liệu:
Nhiên liệu của lò PWR cải tiến ệ
Chu trình nhiên liệu DUPIC (Direct Use of Pressurized Water Reactor Spent Fuel in CANDU - Sử dụng trực tiếp nhiên liệu
đã cháy của lò PWR cho lò CANDU- CANada Deuterium Uranium)
Hợp kim U Zr
Hợp kim U-Zr
Nghiên cứu cơ bản:
Chất bán dẫn, các vật liệu nano và ậ ệ
vật liệu từ tính
Các loại hợp kim Zr-1Nb-1Sn-X,
Zircaloy-4
SPND (self-power neutron detector –
8
SPND (self-power neutron detector –
detector nơtron tự cấp nguồn nuôi).
Trang 9Các Capsules Capsules dụng dụng cụ cụ để để thử thử Vật Vật liệu liệu
Design Characteristics
- Total Length : 6m ( 60mm D x 870mm H)
Tube 경 인장 - Available Space(Max.): 40mm D × 600mm L
- 5 Stages Independent Temp Control
- Max Temp Control : Up to 500Ԩ
- He Atmosphere : 1 atm 3 ×10 -3 torr (He)
- Instrumentation : 14 T/Cs, 5 micro-heaters,
5 F/Ms
- Available Test : Tensile, Charpy, Toughness,
SP, MBE, TEM, Creep, etc , , , p,
Applications
- Material Tests Reactor Pressure Vessel Reactor Core Materials CANDU Pressure Tube Materials
- Safety and Integrity-Related Tests
I d t A li ti M t i l T t
9
- Industry Application Material Tests
- Fundamental Research
Trang 10Instrumented Capsules for Nuclear Fuel Test
Design Characteristics
- Diameter of Outer Tube : 56 mm
- Length of Outer Tube : 730 mm
- 3 Mini-Elements Fuel Rod
- Instrumentations : T/C LVDT SPND
- Irradiating Environment Control System Using Mixed Gas (He/Ne)
Applications
- Fuel Pellet Irradiation Test Advanced PWR Fuel
Fuel Design Data Production
- Fuel Design Data Production Center Temperature of Fuel Pellet Internal Pressure of Fuel Rod Deformation of Fuel Pellet
10
- Fundamental Research
Trang 11Capsules for Specific Purpose (Creep (Creep –– sự dão) sự dão)
Design Characteristics
Total Length : 6 m
- Total Length : 6 m
- Diameter of Outer Tube : 60 mm
- Length of Outer Tube : 997 mm
- Test Specimen: 1, 2, 4
T t T t M 600Ԩ
- Test Temperature : Max 600Ԩ
- He Atmosphere : 1 atm 30 torr (He)
- Instrumentation per specimen :
Applications
- Material Creep Behaviour
- Lifetime Estimation of Reactor Components
- Study of Key Components for Creep
11
Capsule
Trang 12Fuel Test Loop (Vòng thử bó nhiên liệu) p ( g ệ )
Các ứng dụng
Chiếu xạ để kiểm tra tính toàn vẹn của bó nhiên liệu ệ
Kiểm tra chất lượng nhiên liệu
Kiểm tra việc ăn mòn và di chuyển các hoạt
ấ
chất trong nước lò
Kiểm tra tính không bị phân hạch của vật liệu làm ống chịu áp lực
Kiểm tra độ cháy cao của nhiên liệu.
12
Trang 13Fuel Test Loop (Vòng thử bó nhiên liệu)
+ Nghiên cứu sự
Thiết bị thử nhiên liệu (Fuel test loop) tại
lò HANARO:
+ Nghiên cứu sự
biến đổi thành
phần và cấu trúc
bên trong của
- Thông nơtron: 1.2x10 n/cm ·sec
bên trong của
viên gốm nhiên
liệu
+ Thử nghiệm để
+ Thử nghiệm để
đánh giá tính toàn
vẹn vỏ bọc thanh
nhiên liệu trong
nhiên liệu trong
điều kiện vận
hành bình thường
và tai nạn sự cố
13
Trang 1433 D Model of In D Model of In Pile Section Pile Section
Outer Pressure Vessel
Inner Pressure Vessel Flow Divider Insulation Gas Gap
Test Fuel
Test Fuel Carrier Leg
Upward Flow Path
IPS Head
14
Cross Section of IPS
Downward Flow Path
IPS Head
Trang 1533 D View of the Out D View of the Out Pile System Pile System
► Design Pressure : 17.5 MPa g
► Design Temperature : 350Ԩ
노외공정부 3차원 개략도 (3-D View of OPS)
15
Trang 16Fuel Test Loop (Vòng thử bó nhiên liệu)
Brittle fracture
D il f Ductile fracture
Cross section of failed fuel
16
Trang 17Các ứng dụng phi năng lượng (phục vụ các ngành
KT-XH):
1 Sản xuất chất phóng xạ (radioisotope production)
2 Hiệ ứ h ể hó (t t ti ff t ili
2 Hiệu ứng chuyển hóa (transmutation effects, silicon
doping)
3 Phân tích kích hoạt nơtron (neutron activation analysis)
4 Chụp ảnh neutron (neutron radiography)
5 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu (material structure study)
6 Phân tích kích hoạt gamma tức thời (PGNAA)
7 Chữa bệnh bằng phương pháp bắt neutron (neutron
capture therapy)
8 Địa thời học (geochronology)
9 Tạo nguồn positron (neutron source)
10 Các ứng dụng khác
17
10 Các ứng dụng khác.
Trang 181 SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
Hai loại thiết bị được dùng để sản xuất ĐVPX:
1 Lò phản ứng:
LPƯ đóng vai trò chủ đạo trong việc điều chế một số ĐVPX quan trọng không thể thiếu được cho các ứng dụng trong
quan trọng không thể thiếu được cho các ứng dụng trong
y tế, công
y tế, công nông nghiệp như Tc nông nghiệp như Tc 99m, Mo 99m, Mo 99, I 99, I 131, Ir 131, Ir 192, 192, Co
Co 60, v.v 60, v.v
Đặc biệt với sự phát triển mạnh các phương pháp điều trị bệnh dùng các đồng vị phát bêta, bằng xạ trị ngoài (dùng nguồn phóng xạ kín) và xạ trị nội (dùng nguồn phóng xạ hở)
hở).
22 Máy gia tốc: Máy gia tốc:
Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất các chất ĐVPX
18
Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất các chất ĐVPX
sống ngắn và không thể sản xuất được trên LPƯ.
Trang 191 SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
Các ĐVPX sản xuất từ LPƯ được dùng trong y tế, công
nghiệp và đào tạo với các mục đích như sau:
+ Trong y tế: dùng để chụp hình gamma các cơ quan nội tạng
+ Trong y tế: dùng để chụp hình gamma các cơ quan nội tạng con người phục vụ công việc tầm soát, chẩn đoán và điều trị bệnh, đặc biệt là bệnh ung thư; định lượng nồng
bệnh, đặc biệt là bệnh ung thư; định lượng nồng độ một số độ một số hóc môn bằng kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ
hóc môn bằng kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ (RIA); điều chế các dược chất phóng xạ, gắn kháng thể đơn dòng với ĐVPX; điều trị bệnh bằng tia phóng xạ với các
nguồn kín (Radiotherapy).
+ Trong công nghiệp: dùng nguồn kín để chụp ảnh gamma cho phép xác định các thông số về độ dày, độ ẩm, phát hiện khuyết tật hư hỏng rò rỉ ăn mòn chiếu xạ và xử lý bằng bức
khuyết tật, hư hỏng, rò rỉ, ăn mòn, chiếu xạ và xử lý bằng bức
xạ, khử trùng, v.v Sử dụng các đồng vị phóng xạ đánh dấu trong việc thăm dò và khai thác dầu khí, nước ngầm, đánh giá hiệu quả hoạt động của các hệ thống, chu trình phức tạp
19
hiệu quả hoạt động của các hệ thống, chu trình phức tạp
trong các nhà máy hoá chất và xi măng.
+ Trong nghiên cứu khoa học và đào tạo.
Trang 201 SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
Lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Những đồng vị chính
Ch hì h ả h bằ Tc-99m, Tl-201, I-123, Xe-133,
In-Các loại đồng vị phóng xạ chính được sử dụng.
Chụp hình ảnh nhờ kỹ thuật hạt nhân
111, Lu-177
Đo nồng độ xương I-124, Gd-153, Am-241 ễ
Y học
Xét nghiệm miễn dịch
Sm-153, Re-188, Y-90
Điều trị bệnh bằng phóng xạ với các nguồn kín
Chiếu xạ từ ngoài cơ thể (Teletherapy) Co-60, Cs-137 Chiếu xạ bên trong cơ thể
(Brachytherapy) Ir-192, Cs-137, I-125 (Radiotherapy) Chiếu xạ máu để dùng cho
việc truyền máu Co-60, Cs-137
Nghiên
20
cứu
KH
Nghiên cứu Y-Sinh
Chụp ảnh tự động Sn-119, Sm-152