~ 1 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC……………………………………………………………………
1
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………
3
DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ………………………………………
4
DANH MỤC THUẬT NGỮ SỬ DỤNG……………………………………
6
MỞ ĐẦU………………………………………………………………
7
1. Lý do chọn đề tài……………………………………………………………
7
2. Mục đích nghiên cứu……………………………………………………….
7
3. Đối tượng nghiên cứu………………………………………………………
8
4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu………………………………………………
8
5. Nhiệm vụ nghiên cứu………………………………………………………
8
6. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………
8
7. Cấu trúc đồ án………………………………………………………………
9
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG PWR VÀ SỰ CỐ LOCA.

10
1.1. Tổng quan về lò phản ứng PWR ….………………………………………
10
1.2. Giới thiệu về sự cố LOCA ………… ……………………………………
12
1.3. Hiện tượng vật lý ảnh hưởng tới hệ thống an toàn trong sự cố LOCA…
13
1.4. Hệ thống ECCS đối với sự cố LOCA……………………… …………
14
CHƢƠNG 2 - MÔ HÌNH MÔ PHỎNG LSTF/ROSA TEST 1.1 VÀ
CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT CATHARE2.0
16
2.1. Tổng quan về mô hình mô phỏng thực nghiệm LSTF/ROSA Test 1.1
16
2.1.1. Mô tả mô hình thực nhiệm LSTF……………………………………
17
2.1.2. Kết luận……………………………………………………………….
26
2.2. Tổng quan về chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0….………
27
2.3. Mô phỏng CATHARE2.0 cho thực nghiệm ROSA/LSTF Test 1.1.…….
44
CHƢƠNG 3 - PHÂN TÍCH CÁC HIỆN TƢỢNG THỦY NHIỆT
TRONG ROSA/LSTF TEST 1.1 VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ
PHỎNG CỦA CATHARE2.0………………….……………………………
51

~ 2 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51


3.1. Vị trí các thiết bị thu thập số liệu trong ROSA/LSTF test 1.1………
51
3.2. Biến đổi áp suất trong lò phản ứng……………………… ……………
52
3.3. Biến đổi lưu lượng dòng luân chuyển và nhiệt độ trong kênh lạnh…….
55
3.4. Biến đổi mức nước và nhiệt độ khoang lưu hồi………………………
64
3.5. Nhận xét chung…………………………………………………………
66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………,…………………
68
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………,,……………………….
70
PHỤ LỤC……………………………… …………………………………
71




































~ 3 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Thuật ngữ
viết tắt

Giải thích tiếng Anh
Giải thích tiếng Việt
ECCS
Emergency Core Coolant
System
Hệ thống làm mát Vùng hoạt khẩn
cấp
HPIS
High-Pressure Injection System
Hệ thống tiêm áp suất cao
LB-LOCA
Large Break Loss Of Coolant
Accident
Sự cố mất nước tải nhiệt kích
thước lớn
LOCA
Loss Of Coolant Accident
Sự cố mất nước tải nhiệt
LPIS
Low-Pressure Injection System
Hệ thống tiêm áp suất thấp
LSFT
Large Scale Test Facility
Cơ sở thử nghiệm quy mô lớn
PSIS
Passive Safety Injection
System
Hệ thống tiêm an toàn thụ động
PWR
Pressure Water Reactor

Lò phản ứng nước áp lực
SB-LOCA
Small Break Loss Of Coolant
Accident
Sự cố mất nước tải nhiệt kích
thước nhỏ



fd






~ 4 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ
Bảng 2.1. Các cơ sở đánh giá độ tin cậy và khả năng tính toán của
CATHARE…………………………………………………………………
27
Bảng 2.2. Các đại lượng trong các phương trinh tính toán của CATHARE
33
Bảng 2.3. Mô tả diễn biến sự cố LOCA trong LSTF/ROSA Test 1.1…….
47
Hình 1.1. Sơ đồ minh họa một lò phản ứng PWR của Mỹ………………
10

Hình 1.2. Hiện tượng đi tắt của dòng nước làm mát Vùng hoạt khẩn cấp
13
Hình 1.3. Hệ thống ECCS của lò phản ứng PWR…………………………
14
Hình 2.1. Sơ đồ mô hình của LSTF……………………………………….
17
Hình 2.2. Thùng lò trong một lò phản ứng PWR thực và trong LSTF……
18
Hình 2.3. Vùng hoạt………………………………………………………
22
Hình 2.4. Bình điều áp……………………………………………………
22
Hình 2.5. Sơ đồ khối phương thức hoạt động của CATHARE……………
35
Hình 2.6. Cấu trúc khối DATA BLOC……………………………………
36
Hình 2.7. 1D mô-đun……………………………………………………
37
Hình 2.8. 0D mô-đun……………………………………………………
38
Hình 2.9. BCONDIT mô-đun……………………………………………
40
Hình 2.10. Yếu tố RUPTURE……………………………………………
41
Hình 2.11. Mô hình mô phỏng của CATHARE trong bài toán test 1.1…
45
Hình 2.12. Chỉ ra tốc độ dòng xả trong thực nghiệm và trong tính toán
CATHARE…………………………………………………………………
48
Hình 2.13. Tốc độ dòng tiêm phun từ ECCS……………………………

49
Hình 3.1. Vị trí của các cặp nhiệt được đặt trên kênh lạnh và khoang lưu
hồi………………………………………………………………………….
51
Hình 3.2. Áp suất tại thùng lò và tại hai bình sinh hơi……………………
52

~ 5 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất từ 5500s-10000s………….
54
Hình 3.4. Lưu lượng dòng luân chuyển trong kênh lạnh A và B …………
55
Hình 3.5. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò
57
Hình 3.6. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 1.63m từ tâm thùng lò
58
Hình 3.7. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 0.74m từ tâm thùng lò
58
Hình 3.8. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò
với 100% thể tích chứa nước………………………………………………
59
Hình 3.9. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò
với 80% thể tích chứa nước………………………………………………
60
Hình 3.10. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò
với 70% thể tích chứa nước………………………………………………
60

Hình 3.11. Nhiệt độ kênh lạnh A khảo sát tại vị trí 2.34m từ tâm thùng lò
với 50% thể tích chứa nước………………………………………………
61
Hình 3.12. Nhiệt độ kênh lạnh B khảo sát tại vị trí 2.7392m từ tâm thùng
lò…………………………………………………………………………
62
Hình 3.13. Nhiệt độ kênh lạnh B khảo sát tại vị trí 1.6335m từ tâm thùng
lò…………………………………………………………………………
63
Hình 3.14. Nhiệt độ kênh lạnh B khảo sát tại vị trí 0.7465m từ tâm thùng
lò…………………………………………………………………………
63
Hình 3.15. Mức nước trong khoang lưu hồi………………………………
64
Hình 3.16. Vị trí các cặp nhiệt đặt mới trên khoang lưu hồi……………
65
Hình 3.17. Nhiệt độ tại Downcomer khảo sát ở vị trí 0.09m từ đáy của
kênh lạnh…………………………………………………………………
66




~ 6 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

DANH MỤC THUẬT NGỮ
Thuật ngữ
tiếng Anh

Thuật ngữ
tiếng Việt
Giải thích thuật ngữ
Core
Vùng hoạt
Phần sinh nhiệt của lò phản ứng
Core barrel
Vách ngăn vùng
hoạt
Vách ngăn vùng hoạt với khoang lưu hồi
Core bypass
Dòng đi tắt qua
vùng hoạt
Dòng đi trong các ống dẫn của các bó nhiên
liệu, các khe hở của vành phản xạ,…không
tiếp xúc với vỏ thanh nhiên liệu, được dẫn
lên khoang trên vùng hoạt để làm mát các
thanh điều khiển
Core vessel
Vỏ thùng lò
Vỏ thùng lò áp lực
Downcomer
Khoang lưu hồi
Khoang nằm giữa vỏ thùng lò và vách ngăn
Vùng hoạt
Lower
plenum
Khoang dưới vùng
hoạt
Khoang phía dưới vùng hoạt, dẫn nước mát

từ khoang lưu hồi vào vùng hoạt
Pressurizer
Bình điều áp
Bình điều chỉnh áp suất vòng sơ cấp
Upper
plenum
Khoang trên Vùng
hoạt
Khoang phía trên vùng hoạt, dẫn nước nóng
từ vùng hoạt đến các kênh nóng


~ 7 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, khi các nguồn năng lượng như dầu mỏ, than, khí đốt… đang ngày
càng cạn kiệt, điện hạt nhân đã trở thành lựa chọn hàng đầu của nhiều quốc gia.
Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế ấy.
Vận hành lò phản ứng hạt nhân, việc đảm bảo an toàn luôn là vấn đề được đặt ra
hàng đầu và đòi hỏi rất cao. Để có thể dự đoán và giảm thiểu các rủi ro có thể xảy ra,
các trung tâm năng lượng nguyên tử hàng đầu của các quốc gia trên thế giới đã xây
dựng các cơ sở thực nghiệm mô phỏng các lò phản ứng thực và những chương trình tính
toán, những mô hình đạt mức chính xác cao nhằm mô phỏng các hiện tượng xảy ra
trong lò phản ứng. Kết quả của những thử nghiệm đó giúp chúng ta có thể hạn chế được
các sự cố, tai nạn và vận hành được các hệ thống, thiết bị, cấu kiện một cách hiệu quả,
bảo đảm tính kinh tế và an ninh an toàn hạt nhân. Để có thể tiết kiệm được những chi
phí khổng lồ cho các thực nghiệm với các trường hợp cụ thể và chi tiết, sự cần thiết phải

sử dụng các chương trình mô hình mô phỏng tính toán trên hệ thống máy tính về các
hiện tượng chuyển hóa thủy nhiệt. Bởi vậy, khảo sát các hiện tượng thủy nhiệt và vai
trò của từng bộ phận trong lò phản ứng, đánh giá tính chính xác của các chương
trình tính toán là những quá trình không thể bỏ qua, đóng vai trò then chốt trong việc
xây dựng các quy trình vận hành, quản lý nhà máy điện hạt nhân và điều chỉnh, hoàn
thiện các chương trình mô phỏng tính toán số như CATHARE2.0, RELAP5…
Các kết quả phân tích trong Đồ án này đề xuất những hiểu biết cần thiết về một
số các hiện tượng thủy nhiệt diễn ra trong vận hành lò phản ứng hạt nhân, đồng thời
sử dụng và làm chủ chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0 mô phỏng một
lò phản ứng.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu các đặc trưng chuyển tiếp và các hiện tượng vật lý, thủy nhiệt trong sự
cố mất nước tải nhiệt của lò phản ứng nước áp lực.
- Khảo sát tính tác động và mức độ tác động của ECCS.
~ 8 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

- Sử dụng chương trình tính toán thủy nhiệt vào việc mô phỏng và tính toán an
toàn đối với sự cố mất nước tải nhiệt.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Các hiện tượng vật lý, thủy nhiệt và các đặc trưng chuyển tiếp trong sự cố mất
nước của lò phản ứng nước áp lực trong LSTF/ROSA Test 1.1.
4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi lò phản ứng nước áp lực. Các
tính toán cụ thể được thực hiện trên lò phản ứng của mô hình LSTF cho ROSA Test
1.1 bằng chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Phân tích sự ảnh hưởng của ECCS tới các hiện tượng vật lý, thủy nhiệt và các
đặc trưng chuyển tiếp của sự cố mất nước tải nhiệt, đánh giá khả năng mô phỏng

của chương trình tính toán số CATHARE2.0 áp dụng cho lò phản ứng nước áp lực.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp hồi cứu tài liệu: thu thập tài liệu làm cơ sở lý luận cho đề tài
nghiên cứu. Tài liệu thu thập gồm có:
+ Các kết quả thực nghiệm của OECD / NEA ROSA Test 1.1;
+ Các công trình nghiên cứu về sự cố mất nước tải nhiệt trong lò phản ứng
PWR của các tác giả ở những nước phát triển về lĩnh vực điện hạt nhân;
+ Các tài liệu về sự cố LOCA của một số nước như Mỹ, Pháp, Nhật Bản…;
+ Các tài liệu về vật lý và thủy nhiệt lò phản ứng hạt nhân;
+ Các tài liệu về chương trình CATHARE2.0.
Phương pháp quan sát:
+ Phân tích các hiện tượng thủy nhiệt diễn ra trong kịch bản cụ thể từ dữ
liệu thực nghiệm của OECD/NEA ROSA Test 1.1;
~ 9 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

+ Sử dụng chương trình tính toán thủy nhiệt CATHARE2.0 mô phỏng lò
phản ứng PWR của mô hình mô phỏng LSTF với kịch bản sự cố trong ROSA
Test 1.1. Quan sát, đánh giá kết quả mô phỏng của chương trình được so sánh
với thực nghiệm.
7. Cấu trúc đồ án
Đồ án gồm các phần sau:
- Phần mở đầu: Giới thiệu khái quát về đề tài đồ án, mục đích nghiên cứu,
nhiệm vụ nghiên cứu…
- Phần kết quả nghiên cứu: gồm 3 chương
+ Chương 1: Tổng quan về lò phản ứng PWR và sự cố LOCA
+ Chương 2: Mô hình mô phỏng LSTF/ROSA Test 1.1 và chương trình tính
toán thủy nhiệt CATHARE2.0
+ Chương 3: Phân tích các hiện tượng thủy nhiệt trong ROSA/LSTF Test 1.1

và đánh giá kết quả mô phỏng của CATHARE2.0
- Phần kết luận và kiến nghị
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục








~ 10 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG PWR VÀ SỰ CỐ LOCA
1.1. Tổng quan về lò phản ứng nƣớc áp lực PWR
- PWR: viết tắt của cụm từ “Pressure Water Reactor”. Nghĩa là Lò phản ứng nước
áp lực.
- Lò phản ứng PWR: Hình 1.1. biểu diễn sơ đồ minh họa một lò phản ứng PWR của
Mỹ, bao gồm:
+ Thùng lò: bao gồm Vùng hoạt (nơi chứa các bó nhiên liệu hạt nhân), các cột
trợ các bó nhiên liệu phía dưới Vùng hoạt, hệ thống thanh điều khiển phía trên
Vùng hoạt, nước tải nhiệt kiêm làm chậm và các khoang dẫn nước.
+ Các nhánh làm mát: một bình điều áp được kết nối với một trong các
nhánh.Mỗi nhánh làm mát bao gồm kênh nóng, bình sinh hơi, bơm và kênh lạnh.

Hình 1.1. Sơ đồ minh họa một lò phản ứng PWR của Mỹ
- Mô tả hoạt động và các quá trính thủy nhiệt trong các bộ phận của PWR:

~ 11 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

Vòng sơ cấp: nước đi qua vùng hoạt và nhận nhiệt từ lớp vỏ thanh nhiên liệu.
Phần nước nóng này được đưa đến lối ra của khoang trên vùng hoạt, sau đó chảy
qua kênh nóng tới lối vào của bình sinh hơi.
+ Bình sinh hơi: nước của vòng sơ cấp trao đổi nhiệt với nước của vòng thứ cấp,
sau đó đi qua kênh lạnh và đổ vào khoang lưu hồi của thùng lò.
+ Khoang lưu hồi: dẫn nước đến lối vào vùng hoạt. Quá trình tuần hoàn của nước
được lặp lại.
+ Bình điều áp: có hệ thống sưởi nước để tạo hơi nước và hệ thống phun nước để
làm ngưng tụ một phần hơi nước, nhằm điều chỉnh áp suất hệ thống trong một
khoảng ổn định. Hệ thống sưởi nước là các lò xo nhiệt, được sử dụng để làm tăng
áp suất trong trường hợp hệ thống bị giảm áp, còn hệ thống phun nước được sử
dụng để giảm áp suất trong trường hợp hệ thống bị tăng áp quá mức. Dưới các điều
kiện vận hành bình thường, bình điều áp thường ngập một nửa dưới là nước và nửa
trên là hơi nước bão hòa. Bình điều áp hoạt động theo nguyên tắc bể tràn trong suốt
quá trình chuyển tiếp.
+ Ngoài ra còn có các hệ thống khác như hệ thống làm mát Vùng hoạt khẩn cấp
(ECCS), hệ thống cung cấp và xả nước để bổ sung thành phần hóa học và làm sạch
nước…
Vòng thứ cấp: hơi nước được sinh ra trong bình sinh hơi, đi qua hệ thống tách
ẩm, hệ thống làm khô hơi nước và đi vào tuabin.
+ Tuabin: quay là nhờ áp lực của hơi nước. Hơi nước sau khi qua tuabin được
ngưng tụ và đưa trở lại bình sinh hơi. Phần nước này được trộn với phần nước tách
từ hệ thống tách ẩm và làm khô hơi nước, đi vào khoang lưu hồi của bình sinh hơi.
Quá trình trao đổi nhiệt giữa nước của vòng sơ cấp và nước của vòng thứ cấp
trong bình sinh hơi được lặp lại.
~ 12 ~


Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

1.2. Giới thiệu về sự cố LOCA
- LOCA: viết tắt của cụm từ “Loss Of Coolant Accident” nghĩa là “sự cố mất chất
làm mát”.
- Nguyên nhân: sự cố được khởi phát từ sự kiện mất nước tải nhiệt của vòng sơ cấp.
+ Lò phản ứng nước nhẹ sử dụng nước làm chất tải nhiệt và làm chậm. Do đó,
khi sảy ra sự cố vỡ ống hay thùng lò làm mất nước thì khả năng làm chậm nơtron
giảm, dẫn đến đưa công suất lò dưới tới hạn. Đặc trưng cho sự kiện này của lò là
chế độ tự dập lò phản ứng khi mất nước hoạt động.
+ Khi mất chất tải nhiệt, nhiệt trong các thanh nhiên liệu được phân bố lại.
Lượng nhiệt dư do quá trình phân rã gây ra khi dập lò không lớn như khi vận hành
nhưng do mất chất tải nhiệt nên vẫn có thể gây nóng chảy vỏ thanh nhiên liệu.
+ Khi vỏ thanh nhiên liệu bị nóng chảy mạnh, hiện tượng oxy hóa xảy ra bởi hơi
nước và nước làm hư hỏng các thiết bị, sinh ra lượng hydro lớn có thể gây nổ lò
phản ứng. Các phản ứng oxy hóa này cũng sản sinh nhiệt và đóng góp thêm vào
lượng nhiệt dư.
- Để đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố: hệ thống ECCS được thiết kế nhằm tải nhiệt
vùng hoạt khi LOCA, cung cấp chất làm mát cho nhiên liệu.
- Phân loại LOCA: phân loại theo kích thước vỡ có 2 loại LOCA chính
+ Vỡ nhỏ SBLOCA: =< 465 cm2
+ Vỡ lớn LBLOCA: >= 465cm2.
~ 13 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

1.3. Các hiện tƣợng vật lý ảnh hƣởng tới hệ thống an toàn trong sự cố LOCA
Thực nghiệm và các nghiên cứu cho thấy một số các hiện tượng vật lý trong sự
cố LOCA đáng lưu ý và làm ảnh hưởng lớn tới các hệ thống an toan của lò phản

ứng:
- Hiện tượng luân chuyển tắt của dòng nước bơm từ ECCS trên Hình 1.2 diễn tả:
nước làm mát từ ECCS không chảy vào lấp đầy vùng hoạt mà chảy quanh vách
ngăn vùng hoạt và đi ra ngoài vết vỡ. Hơi nước cũng từ đó dâng lên và thoát ra
ngoài theo vết vỡ.

Hình 1.2. Hiện tượng đi tắt của dòng nước làm mát vùng hoạt khẩn cấp
- Hiện tượng nước tiêm phun từ ECCS vào bị sôi, sinh hơi khi tiếp xúc với vỏ thùng
lò và vách ngăn vùng hoạt. Dẫn đến việc gia tăng hơi nước trong thùng lò, làm cản
trở nước cấp đi vào vùng dưới vùng hoạt.
- Hiện tượng ngưng tụ hơi nước do tiếp xúc trong kênh lạnh ở gần bơm cấp và trong
khoang lưu hồi với nước cấp. Dẫn đến việc giảm dòng ECCS đi tắt qua vết vỡ.
~ 14 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

1.4. Hệ thống ECCS đối với sự cố LOCA
Hệ thống đặc trưng của lò phản ứng PWR cho mục đích an toàn khi có sự cố
LOCA là hệ thống ECCS. Hình 1.3 mô tả hệ thống ECCS bao gồm một số hệ thống
phụ là các bình trữ nước trong hệ thống nước tải nhiệt. Ba thành phần chính của hệ
thống ECCS là hệ thống bơm an toàn áp suất cao (HPIS), các bình nước dự trữ
(ACC) và hệ thống bơm an toàn áp suất thấp (LPIS).

Hình 1.3. Hệ thống ECCS của lò phản ứng PWR
- Hệ thống HPIS gồm các bơm ly tâm áp suất cao kết hợp với các ống và các van để
bơm nước vào các kênh lạnh hệ thống nước tải nhiệt sơ cấp hoặc bơm trực tiếp vào
khoang lưu hồi tùy theo thiết kế của từng loại lò PWR. Có 3 bơm HPIS và ít nhất 2
trong 3 bơm này được khởi động bằng tín hiệu phát động bơm an toàn. Áp suất ngắt
của các bơm này từ xấp xỉ 8.6 - 20.7 MPa tùy theo thiết kế.
- Các bình trữ nước ACC gắn trực tiếp vào kênh nóng, được giữ ở mức áp suất nhất

định (trong khoảng áp suất 1,38 - 4,14 MPa), được đặt trên cao, sử dụng các van một
chiều tự động điều khiển bằng áp suất.
~ 15 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

- Hệ thống LPIS được thiết kế để đảm bảo tải nhiệt vùng hoạt lâu dài sau khi áp suất
hệ thống nước tải nhiệt giảm đến xấp xỉ 0,7 MPa.
Các bơm HPIS và LPIS đều lấy nước từ bể nước chứa nhiên liệu đã sử dụng và
chưa sử dụng có pha nguyên tố Bo. Khi nước từ nguồn này bị suy giảm, hệ thống sẽ
tự động kết nối với hệ thống chứa nước của nhà lò (chứa nước và hơi nước chảy qua
vết vỡ đã được ngưng tụ). Bể nước chứa nhiên liệu đã sử dụng và chưa sử dụng có
kích thước sao cho có thể cấp đủ nước cho đến khi bể chứa nước của nhà lò có thể
cấp nước lâu dài.

















~ 16 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG LSTF/ROSA TEST 1.1 VÀ
CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY NHIỆT CATHARE
2.1. Tổng quan về mô hình mô phỏng thực nghiệm LSTF/ROSA Test 1.1
Cơ sở thực nghiệm quy mô lớn (Large Scale Test Facility - LSTF) của viện
nghiên cứu năng lượng hạt nhân Nhật Bản được thiết kế để giải quyết về những hiện
tượng Thủy Nhiệt động đặc trưng trong các sự cố vỡ, mất chất làm mát nhỏ
(SBLOCAs) và tình trạng bất thường trong quá trình điều khiển loại lò PWR của
Westinghouse, 4 vòng làm mát sơ cấp, công suất lò là 3423MWt.
LSTF đặc trưng bởi việc sử dụng một mô hình lò phản ứng PWR với các chi tiết
tương tự như một PWR thực, được mô tả trên Hình 2.1 (chi tiết xem phụ lục) với các
đặc điểm riêng:
- Hai vòng làm mát sơ cấp là A và B.
- Các kênh nóng và lạnh có đường kính trong là 207mm.
- Thể tích khối tương đương với 1/48 thể tích một PWR thực với tỷ lệ giữa
chiều dài trên căn bậc hai của đường kính được thiết kế đảm bảo đúng như PWR
thực nhằm mô phỏng các quá trình chuyển đổi chế độ dòng chảy ở các kênh ngang.
- Chiều dài và đường kính là như nhau giữa kênh lạnh A và B, nhưng hình dạng
và vị trí của các ống nối hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp (Emergency Coolant
Core System - ECCS) là khác nhau. Trong đó, các cặp nhiệt điện đã được cài đặt
thêm ở các kênh lạnh và khoang lưu hồi để đo nhiệt độ. Công suất mô hình ở trạng
thái vận hành bình thường là 7.11MW.
~ 17 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51



Hình 2.1. Sơ đồ mô hình của LSTF
2.1.1. Mô tả mô hình thực nhiệm LSTF
2.1.1.1. Hệ thống nước làm mát vòng sơ cấp (Primary coolant system)
* Thùng lò và các vòi ống vào ra (Pressure Vessel và Nozzles)
- Được phân chia thành 5 khu vực : (xem lý giải trong danh mục thuật ngữ)
+ Vùng trên đầu thùng lò (Upper head);
+ Vùng nằm liền dưới vùng trên thùng lò (Upper plenum);
+ Vùng hoạt (Core);
+ Vùng liền dưới vùng hoạt, dưới cùng thùng lò (Lower plenum);
+ Khoang lưu hồi (Downcomer).
~ 18 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

Hình 2.2 thể hiện thùng lò của một lò phản ứng PWR thực và trong LSTF cho thấy
các vị trí cụ thể của các vùng được phân chia và sự giống, khác nhau giữa PWR và
LSTF.

Hình 2.2. Thùng lò trong một lò phản ứng PWR thực và trong LSTF
- Đặc điểm :
+ Làm từ thép Cac-bon (SB49) với lớp thép kim loại không rỉ có thể chịu được
áp suất 17.95MPa và nhiệt độ lên tới 630.2K.
+ Hình trụ cao 11m, đường kính trong 0.64m, tường dày 61mm (bao gồm cả
vỏ).
+ Đỉnh trên thùng lò dày 34mm kết nối trụ với mép trên.
~ 19 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

+ Đáy thùng lò tấm dày 320mm kết nối trụ với mép dưới.

+ Phần cách nhiệt được nắp đặt bên ngoài khoang vùng hoạt.
+ Các vòi dẫn cho kênh nóng được đặt ở độ cao tương tự như vòi dẫn cho kênh
lạnh.
+ Các tấm làm lệch hướng dòng chảy được gắn với vỏ cách nhiệt của vùng hoạt
nhằm làm cho dòng chảy thẳng từ ECCS xuống dưới khoang lưu hồi.
+ Hai vòi dẫn được nắp đặt để giả định khi có sự rò rỉ giữa Kênh nóng và
Khoang lưu hồi.
+ Kết nối giữa kênh nóng và hai vòi dẫn trên là hai đường dẫn đối xứng nhau.
Trên mỗi đường dẫn có đặt một van điều khiển bằng tay để điều chỉnh tốc độ dòng
chảy khi rò rỉ. Một vòi dẫn được nắp bên dưới cho đường dẫn dòng rò. Một hệ
thống tự chảy được sử dụng để điều chỉnh lượng chất lỏng chính bằng cách kiểm tra
sự lưu thông tự nhiên với việc đánh giá khối lượng suy giảm sơ cấp.
+ Bộ phận cứu trợ an toàn được trang bị bởi hai hệ thống van an toàn kết nối với
một ống dẫn tới vòi dẫn vào thùng lò.
- Upper plenum, Upper head, khoang lưu hồi và cấu trúc bên trong thùng lò:
+ Đặt ở trên khoang lưu hồi là 8 vòi phun đẩy chất lỏng qua từ Upper plenum
vào trong Upper head. Bởi thế, nước nhiệt độ cao trong Upper head cân bằng với
khoang lưu hồi tại thời điểm vận hành ổn định. Đường kính các vòi này có thể thay
đổi tùy thuộc điều kiện thực nghiệm.
+ Tấm đỡ bên trên vùng hoạt (Upper core support plate) được gắn chặt với
thùng đỡ vùng hoạt (core support barrel) và mắc vào mép phía trên của vỏ trụ thùng
lò.
~ 20 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

+ Dòng chất lỏng chảy từ Upper head tới Upper plenum được bắt vào dòng chảy
chính đi xuyên qua 8 ống dẫn thanh điều khiển.
+ Làm suy giảm trao đổi nhiệt giữa không gian vùng hoạt và khoang lưu hồi,
bao gồm phần cách nhiệt đã được lắp cho vùng hoạt. Bộ phận này bao gồm một tấm

mỏng 1.5mm bằng thép không rỉ bao quanh thùng vùng hoạt. Nắp thùng cách nhiệt
và thùng vùng hoạt tạp thành một khu vực hình khuyên rộng 5.5mm. vùng này bao
gồm 3 phần: phần trên nắp thùng vùng hoạt bao quanh khu vực Upper plenum, phần
giữa bao quanh nửa trên vùng hoạt và phần dưới bao quanh nửa dưới vùng hoạt.
+ Một tấm kim loại được đặt ở phần trên bên dưới thùng vùng hoạt, gắn từ tấm
trợ bên trên vùng hoạt tới trụ đỡ vùng hoạt.
+ Thùng vùng hoạt cấu tạo bên trong gồm 3 thùng ngắn hơn. Phần dưới và giữa
được hỗ trợ bởi tấm đáy thùng lò. Phần trên được mắc với các thùng hỗ trợ vùng
hoạt vào mép trên thùng lò. Để đáp ứng sự giãn nở nhiệt, một khớp ống xếp được
đặt giữa các phần giữa và trên của vùng hoạt.
- Cấu trúc vùng hoạt:
(1) Cấu hình của vùng hoạt và Lower plenum
+ Vùng hoạt bao gồm 24 bó thanh với chiều dài nhiệt hiệu dụng là 3.66m và
được bao bởi thùng vùng hoạt với các vật liệu cách nhiệt. Trong đó có 1008 thanh
nóng trong 24 bộ thanh nóng và 96 bộ thanh không nóng (nó được giả định cho
các ống lót thanh điều khiển).
+ Lower plenum là khoang dưới đáy nối với khoang lưu hồi, chứa khối lưới
dưới vùng hoạt, các đầu các thanh nóng và một số cấu trúc khác.
(2) Miếng đệm (Spacers) và lưới vùng hoạt :
~ 21 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

Bộ phận đỡ các bó thanh nhiên liệu và điều khiển, giúp các thanh khi chuyển
động xuống đạt được mức tối đa, giữ đúng vị trí, hạn chế sự va đậm vào đáy
thùng.
(3) Thanh nhiệt và không nhiệt: sắp xếp theo phân bố đã được xác định.
- Cấu trúc bó thanh thế hệ 3 gồm : thanh nhiệt, cấu trúc mang thanh nhiệt và
không nhiệt, thanh nối, thanh Dummy, các cặp nhiệt kế.
+ Các thanh được đặt trong 16 bó vuông 7x7 và trong 8 bó hình lưỡi liềm.

+ Mỗi một bó trong 24 bó gồm có cấu kiện thanh nhiệt nối chặt với vỏ.
+ 8 cấu kiện thanh không nhiệt cho chất lỏng nhiệt giới hạn được đặt rải rác
khắp vùng hoạt.
+ Các thanh nối được bó chặt với tấm dưới thùng lò và đặt qua lower plenum
và vùng hoạt.
+ Lưới vùng hoạt và miếng đệm vùng hoạt được bó chặt với các thanh nối.
+ Giá thanh được đặt ở vùng ngoại biên vùng hoạt để giữ lưu lượng vùng làm
mát như PWR chuẩn.
- Cấu trúc bó thanh thế hệ 4 : bố trí các thanh và cấu trúc tương tự vùng hoạt
3 ngoại trừ một số điểm khác :
+ 8 cặp nhiệt kế đặt cùng với 8 phần tử áp kế khác nhau,sắp xếp tại vị trí
ngoại biên.
+ Chỉ có 6 thanh nhiệt trong cấu kiện và 26 thanh không nhiệt sử dụng cho
việc đo nhiệt.
+ 2 loại chất cách điện sử dụng cho các thanh nhiệt : 1 loại có boron-nitrate và
1 loại không có.
+ Các thanh nhiệt cao (16.6kW/thanh) và nhiệt thấp (11.0kW/thanh) được bố
trí trong Vùng hoạt. Kích thước các thanh này là đồng nhất. Đặc điểm các thanh
nhiệt đồng nhất với các thanh không nhiệt.
~ 22 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51


Hình 2.3. Vùng hoạt
- Hình 2.3. mô tả vùng hoạt cho thấy các vị trí cụ thể của vùng hoạt với các khối
thanh nhiên liệu, thùng chứa vùng hoạt và vỏ lò…
* Bình điều áp

Hình 2.4. Bình điều áp

~ 23 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

- Bình điều áp thể hiện trên Hình 2.4. miểu tả chi tiết các bộ phận cơ bản, cụ thể:
(1) Thùng áp lực
- Gồm 1 vỏ trụ bao ngoài với cấu trúc 3 lớp trụ bằng thép và 1 mép nhiệt; 3 lớp
trụ này đặt sát nhau với Grayloc ép chặt. Một bán cầu trên đầu được hàn với đầu
trên của trụ và một tấm nhiệt gắn chặt vào phần dưới trụ. Một loại thanh nhiệt điện
ngâm trong nước được đặt bên trong thùng lò và vòi dẫn được nối bình điều áp với
đường nối dẫn, phun và các van an toàn, giảm áp (Surge line, Spray line,
relief/safely valve (RSV) line).
- Bên dưới của bình điều áp, ở trong vòi dẫn surge line là một khoang rổ với
116 lỗ. Để ngăn sự thất thoát do sự giãn nở nhiệt ở tấm ép Grayloc, một vòng nhiệt
được đặt vào bình điều áp.
- Vòng nhiệt bao gồm một vòng kín đặt giữa 2 Grayloc, một ống trụ và một số
chi tiết bên trong. Dây tải nhiệt và chất cách nhiệt cũng được áp dụng trong bình
điều áp.
- Một van an toàn được kết nối với phần trên bình điều áp bời một ống dài
5.92m và đường kính 1-1/2B. Một bơm dẫn chân không với kích thước 1B ống
dẫn và dài 5.205m được nối với phần trên đường hơi của bình điều áp.
(2) Đường ống dẫn, phun và các van an toàn, giảm áp
- Đường ống nối với phần dưới bình điều áp: được đặt ngang với góc nghiêng
2.5 độ (so với bề ngang) và có một bơm điều khí và một số thiết bị đo gồm một
máy đo mật độ tia gamma đơn năng.
- Hệ thống phun trong bình điều áp bao gồm: một bơm phun điều áp và một ống
nối. Bơm điều áp bơm nước lạnh từ chân lạnh tới vùng trên bình điều áp qua vòi
phun. Quá trình phun này sử dụng các điều kiện kiểm tra và thường được đóng
~ 24 ~


Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

trong thực nghiệm. Hệ thống phun có thể được sử dụng để giảm áp trong bình và
tăng áp vòng sơ cấp.
- Lưu lượng phun được điều khiển bởi hai van đặt song song nhau trên đường
dẫn: một được điều khiển bằng tay và cái còn lại là van điều khiển bằng áp suất.
- Lượng dòng rò đi qua RSVs có thể được ước lượng tốc độ tăng lưu lượng
dòng rò.
(3) Các cấu kiện thanh nhiệt bình điều áp
- Có hai cấu kiện thanh nhiệt được lắp trong bình điều áp theo thứ tự nhất định
điều khiển áp suất sơ cấp: một dự phòng điều khiển tự động theo áp suất hệ thống,
một điều khiển bằng tay.
- Tín hiệu cho cái thanh nhiệt dự phòng là on hoặc off.
- Công suất của cấu kiện thanh nhiệt cho điều khiển áp suất là nhỏ nhưng có thể
thay đổi được.
* Vòng làm mát sơ cấp
Vòng sơ cấp có các vòi dẫn nối với:
- Đường ống dẫn lên bình điều áp.
- Đường ống dẫn phun vào trong bình điều áp.
- Từ kênh nóng xuống khoang lưu hồi.
- Đường ống dẫn dùng mô phỏng vết vỡ.
- Đường ống dẫn cho hệ thống ECCS.
~ 25 ~

Đỗ Ngọc Điệp Lớp Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường K51

- Đường ống dẫn nối với các bộ phận hỗ trợ.
* Các bơm nước làm mát vòng sơ cấp (PCs)
PCs của LSTF được xây dựng với các đặc điểm:
- Là một bơm ly tâm có: cánh quạt hút, vỏ….

- Tốc độ bơm được điều khiển bằng tín hiệu điện và có thể được lập trình dựa trên
thiết kế có sẵn. Tuy nhiên, bánh đà không được gắn với roto.
- Dung tích bơm là 0.054 m
3
/s tương đương với 23% thực tế.
- Không cho phép động cơ quay đảo chiều.
- Chất làm mát được sử dụng để lảm mát các vòng bi chính và cuộn stator. Thêm
vào bộ phận bơm với dòng làm mát sơ cấp là một đường dẫn nhập gắn bên trên nắp
bơm. Một van thông hơi trên đường dẫn này được mở cho không khí trong bơm
thoát ra và cho phép chất lỏng như chất làm mát sơ cấp được điền đầy. Sau đó van
đóng lại, một mức chất lỏng trong khoang bơm được theo dõi, nếu mức giảm xuồng
chỉ thị thì báo động được kích hoạt.
2.1.1.2. Hệ thống nước làm mát vòng thứ cấp
- Hệ thống thứ cấp của LSTP có khả năng mô phỏng :
(1). Bất đối xứng trong các hiện tượng thủy nhiệt động ở bình sinh hơi (SG);
(2). Sự điều khiển quá trình cấp và thoát trong hệ thống thứ cấp;
(3). Dòng qua tua bin;
(4). Sự nứt vỡ đường ống tại đường dẫn hơi, hệ thống cấp nước và ống hình U.