ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƯ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN





KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC




PHỤC HỒI CÔNG SUẤT TỪ SỰ CỐ “HOT SHUTDOWN”
CHO LÒ WWER-1000 BẰNG PHẦN MỀM WWER-1000





SVTH: Phạm Văn Hiệu
GVHD: TS. Võ Hồng Hải
ThS. Phan Lê Hoàng Sang
GVPB: ThS. Nguyễn Hoàng Anh




Thành Phố Hồ Chí Minh - Năm 2014

ii
LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên là dành cho ba và mẹ tôi, người có có công sinh thành và
dưỡng dục để tôi có cơ hội hoàn thành nghiên cứu đầu tiên trong cuộc đời.
Khóa luận này không chỉ là kết quả của quá trình học tập của bản thân mà còn
là thành quả của sự tận tâm và nhiệt huyết của quý Thầy Cô tại bộ môn Vật Lý Hạt
Nhân, khoa Vật Lý, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM.
Trân trọng nhất, xin gửi lời cảm ơn đến TS. Võ Hồng Hải và ThS. Phan Lê
Hoàng Sang. Thầy Hải đã luôn tận tình hỗ trợ, hướng dẫn tôi rất nhiều trong quá trình
tìm hiểu và nghiên cứu khóa luận này. Và thầy Sang, một người thầy và cũng là một
người anh mẫu mực, người đã rất tận tâm giúp tôi hiểu rõ thế nào là sự tỉ mỉ, sự cẩn
thận để có thể hoàn thành được một đề tài hoàn chỉnh.
Xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Châu Văn Tạo, một người thầy và cũng là một
thần tượng, người đã truyền cảm hứng để tôi có động lực mạnh mẽ để theo học bộ
môn Vật Lý Hạt Nhân và có cơ hội để tiếp xúc với những kiến thức tuyệt vời.
Xin gửi lời cảm ơn đến TS. Trần Thiện Thanh, người Thầy cung cấp cho tôi
những kiến thức cực kỳ quan trọng về lĩnh vực lò phản ứng hạt nhân, trong quá trình
thực tập tại Lò Phản Ứng Hạt Nhân Đà Lạt. Những kiến thức này đã làm tiền đề và
hành trang quan trọng trong quá trình thực hiện khóa luận.
Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Nguyễn Hoàng Anh và ThS. Lưu
Đặng Hoàng Oanh, những người chị nhiệt huyết, không chỉ là người luôn tận tình
đóng góp những ý kiến quý báu để hoàn thành khóa luận này, mà còn là người đã
giúp tôi bổ sung rất nhiều kiến thức quý báu trong phạm vi đề tài này.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 6 năm 2014
Họ tên
PHẠM VĂN HIỆU
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC .iii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN SỬ DỤNG LÒ
PHẢN ỨNG WWER-1000 2
1.1. Tổng quan về nhà máy điện hạt nhân. 2
1.2. Trang thiết bị vòng sơ cấp. 4
1.2.1. Giới thiệu vòng sơ cấp 4
1.2.2. Lõi lò phản ứng 6
1.2.3. Máy bơm tuần hoàn chính 8
1.2.4. Bình sinh hơi 9
1.2.5. Hệ thống điều hòa áp suất 10
1.3. Trang thiết bị vòng thứ cấp. 10
1.3.1. Ống góp hơi và ống nối dẫn hơi 10
1.3.2. Van điều chỉnh hơi turbine 11
1.3.3. Van đệm khí và van xả hơi nước đến bồn ngưng tụ 11
1.3.4. Các bộ phận khác 11
CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC THÀNH PHẦN NUCLIT CỦA LÒ PHẢN ỨNG 12
2.1. Quá trình cháy nhiên liệu hạt nhân 12
2.2. Quá trình tạo xỉ của lò phản ứng 13
2.3. Sự nhiễm độc Xe và Sm của lò phản ứng 14
iv
CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHỈNH ĐỘ PHẢN ỨNG 16
3.1. Những khái niệm chung 16
3.2. Điều chỉnh độ phản ứng bằng các thanh 16
3.3. Điều chỉnh độ phản ứng bằng chất lỏng 16
3.4. Tỏa nhiệt dư trong nhiên liệu 17
3.5. Sự cố EP và cách khắc phục 18
CHƯƠNG 4: PHỤC HỒI CÔNG SUẤT TỪ SỰ CỐ “HOT SHUTDOWN”

CHO LÒ WWER-1000 BẰNG PHẦN MỀM WWER-1000. 20
4.1. Mô tả kịch bản 20
4.2. Tóm tắt diễn biến mô phỏng 34
4.3. Phân tích và đánh giá kết quả 35
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO 49
PHỤ LỤC ix
Phụ lục 1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng WWER-1000. ix
Phụ lục 2. Danh sách các mục của bảng thông báo cho chương trình mô phỏng lò
phản ứng wwer-1000 xxiii
Phục lục 3. Danh sách các tín hiệu dẫn đến sự bảo vệ khẩn cấp xxi


v
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT
TẮT






Thuậ
t

ngữ

Tiếng Anh
Tiếng
Việ

t
CPS
Reactivity Control Page
Trang điều khiển độ phản ứng
CR
Control Rod
Thanh điều khiển
ĐHN

Điện hạt nhân
EP
Emergency Protection
Chế độ bảo vệ khẩn cấp
FA
Fuel Assemblies
Bó nhiên liệu
GRP
Trends page
Trang vẽ đồ thị
IAEA
International Atomic Energy

Agency
Cơ quan năng
lượng
nguyên tử quốc tế
MSC
Main steam collector
Ống nối dẫn hơi
MSV

Main steam valve
Những van hơi nước chính
MSIV
Main steam isolating valve
Van cách ly nước hơi chính
MSRV
Main steam relese valve
Van xả hơi nước chính
NMĐHN

Nhà máy điện hạt nhân
PP
Preventive protection
Chế độ bảo vệ phòng ngừa
SG
Steam Generator
Bình sinh hơi
TAB
Enunciators Page
Giao diện cảnh báo sự cố
TBxxBxx

Ký hiệu thùng chứa boron
TBxxDxx

Ký hiệu bơm boron
TBxxSxx

Ký hiệu van dẫn boron
TK

Feed and Bleed System Page
Trang hệ thống thổi bù
TKxxSxx

Ký hiệu van dẫn
nước
sạch đến lò
RCP
Reactor coolant pump
Bơm tuần hoàn chính
WWER
Water Water Energy Reactor
Lò phản ứng hạt nhân nước-nước

vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của WWER-1000 4
Bảng 1.2. Các đặc tính chính của lõi lò phản ứng WWER-1000 6
Bảng 1.3. Các đặc tính chính của bó nhiên liệu của lò WWER-1000 7
Bảng 1.4. Các đặc tính của ống thanh nhiên liệu 8
Bảng 3.1. Các thao tác phục hồi công suất từ hot shutdown 19
Bảng 4.1. Các thông số lò ở điều kiện đầu (điều kiện hoạt động bình thường) 21
Bảng 4.2. Diễn biến mô phỏng theo thời gian 34
vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ khối của nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng
WWER-1000 2
Hình 1.2. Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER-1000 3

Hình 1.3. Ảnh mặt cắt của lõi lò phản ứng WWER-1000 5
Hình 1.4. Hình dạng của lõi lò và các bó thanh nhiên liệu 7
Hình 1.5. Cấu tạo bình sinh hơi 9
Hình 4.1. Các task điều kiện đầu trong phần mềm mô phỏng WWER-1000 20
Hình 4.2. Kích hoạt chế độ EP 21
Hình 4.3. Tín hiệu sau khi kích hoạt EP. 22
Hình 4.4. Điều chỉnh van xả hơi nước chính lần 1. 23
Hình 4.5. Cung cấp boron vào mạch chính. 24
Hình 4.6. Ba van quan trọng khi bơm boron vào mạch chính. 25
Hình 4.7. Cách quan sát nồng độ boron trong mạch chính. 26
Hình 4.8. Cảnh báo mực nước điều áp trong TAB 27
Hình 4.9. Thông báo dập lò vì mực nước bình điều áp quá thấp. 27
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn mực nước trong bình điều áp ở nồng độ boron 14,75
(g/kg) theo thời gian 27
Hình 4.11. Cách deblock tín hiệu trong TAB. 28
Hình 4.12. Cách rút các nhóm thanh điều khiển. 29
Hình 4.13. Pha loãng boron trong mạch chính. 30
Hình 4.14. Kích hoạt chế độ ACP. 31
viii

Hình 4.15. Điều chỉnh van xả hơi nước lần 2. 32
Hình 4.16. Giá trị setpoint mặc định. 33
Hình 4.17. Đồ thị biểu diễu độ phản ứng theo thời gian 35
Hình 4.18. Đồ thị biểu diễn công suất lò phản ứng ở các nồng độ boron khác nhau
theo thời gian. 37
Hình 4.19. Đồ thị biểu diễn mực nước của bình điều áp ở các nồng độ boron khác
nhau theo thời gian. 48
Hình 4.20. Đồ thị biểu diễn áp suất trong ống góp hơi chính và áp suất trong lõi
lò ở các nồng độ boron khác nhau theo thời gian 40
Hình 4.21. Đồ thị biểu diễn vị trí của 10 nhóm thanh điều khiển ở các nồng độ

boron khác nhau theo thời gian. 42
Hình 4.22. Đồ thị biểu diễn giá trị offset ở các nồng độ boron khác nhau theo thời
gian. 45

1


MỞ ĐẦU
Từ một cột mốc quan trọng – khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 đã thách thức các
nước phát triển trong việc đa dạng hóa các nguồn năng lượng, và đặc biệt là việc tìm
ra một nguồn năng lượng mới phù hợp về giá thành. Năng lượng hạt nhân đang là
ứng cử viên số một đảm nhận vai trò đó, điển hình tỷ phần năng lượng hạt nhân trong
tổng sản lượng điện của các nước trong Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (OECD)
tăng từ 5% vào năm 1947 lên 25% vào giữa những năm 90 [1]. Qua đó cho thấy năng
lượng hạt nhân đã trở thành một trong những yếu tố quan trọng ở nhiều quốc gia, và
hiện nay tỷ phần của nó trên quy mô toàn cầu đã đạt mốc 15% [1].
Những vấn đề liên quan đến an toàn NMĐHN, an toàn phóng xạ, vận hành và
quản lý, xử lý rủi ro…. Tất cả những yếu tố này quyết định số phận, tương lai của
ngành công nghiệp điện hạt nhân.
Về việc đào tạo nguồn nhân lực phụ vụ trong NMĐHN, có rất nhiều phương
pháp học tập, nghiên cứu, tập huấn nhưng một trong những phương pháp dễ tiếp cận
nhất là việc sử dụng các phần mềm mô phỏng lò phản ứng hạt nhân, cũng như nhà
máy điện hạt nhân nói chung.
Với mong muốn được tìm hiểu và khảo sát thêm những cơ chế thiết yếu của loại
lò nước nhẹ áp lực WWER-1000, chúng tôi chọn đề tài “Phục hồi công suất từ sự cố
Hot shutdown cho lò WWER-1000 bằng phần mềm WWER-1000”.
Nội dung khóa luận này bao gồm làm bốn chương:
 Chương 1. Giới hiệu nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng
WWER-1000.
 Chương 2. Động học thành phần nuclit của lò phản ứng.

 Chương 3. Điều chỉnh lò phản ứng.
 Chương 4. Phục hồi công suất từ sự cố “Hot shutdown” cho lò WWER-
1000 bằng phần mềm WWER-1000.
2

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
SỬ DỤNG LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000
1.1. Tổng quan về nhà máy điện hạt nhân
Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân là một nhà máy tạo ra điện
năng ở quy mô công nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhân.
Để nhà máy điện hạt nhân vận hành cần phải có sự phối hợp hoạt động của rất
nhiều hệ thống khác nhau. Mỗi hệ thống thực hiện các chức năng đặc trưng riêng; từ
hệ thống giám sát, đo đạc các tham số cho đến hệ thống kiểm soát lõi lò hay tua-bin
chính. Ở đây chúng tôi chỉ xét đến các hệ thống quan trọng cùng với các thành phần
của nó trong lò phản ứng nước áp lực (Pressurized water reactor) [6].
Hình 1.1. Sơ đồ khối của nhà máy điện hạt nhân WWER

3

Nhà máy điện hạt nhân WWER có hai hệ thống chính được tối ưu hóa để chuyển
nhiệt năng thành điện năng, như mô tả trong hình 1.1. Hệ thống vòng sơ cấp (hay còn
gọi vòng trao đổi nhiệt thứ nhất) có chức năng chuyển nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng
hạt nhân đến các bình sinh hơi. Bình sinh hơi là nơi trung gian giữa vòng sơ cấp và
vòng thứ cấp, nó là điểm cuối của vòng sơ cấp và là điểm đầu của vòng thứ cấp. Hệ
thống vòng thứ cấp (hay còn gọi vòng trao đổi nhiệt thứ hai), hơi được tạo ra trong
bình sinh hơi và đi vào tua-bin chính để tạo ra điện. Sau đó hơi được đưa vào bình
ngưng tụ để chuyển thành nước và bơm trở lại bình sinh hơi để tái sử dụng [6].
Để hai hệ thống chính kể trên hoạt động trơn tru, cần có rất nhiều hệ thống phụ
trợ khác nhau. Ví dụ như hệ thống thổi-bù, hệ thống điều hòa áp suất … Ngoài ra còn

có hệ thống bảo vệ, ví dụ như hệ thống thanh điều khiển, hệ thống bảo vệ khẩn cấp
(EP)…
Tùy vào công suất mà lò phản ứng có thể có 2-4 vòng (ở đây chỉ số lượng các
bình sinh hơi). Chúng tôi quan tâm và khảo sát loại lò phản ứng WWER-1000 có 4
vòng [6].


Hình 1.2. Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER [2]
1. Thùng lò; 2. Bình sinh hơi; 3. Máy bơm tuần hoàn chính; 4. Bình điều áp;
5. Bình ngưng hơi giảm áp suất; 6. Hệ thống làm lạnh lõi bị động tức thời.

4

1.2. Trang thiết bị vòng sơ cấp
1.2.1. Giới thiệu vòng sơ cấp
Vòng sơ cấp có nhiệm vụ tuần hoàn chất tải nhiệt và truyền nhiệt tỏa ra từ vòng
sơ cấp đến vòng thứ cấp thông qua bình sinh hơi.
Lò phản ứng WWER-1000 là loại lò phản ứng có vỏ (vessel-type), hoạt động
với neutron nhiệt sử dụng nước thường để làm chậm (moderator) và tải nhiệt
(coolant). Chỉ số 1000 cho biết công suất điện của lò này đạt 1000 MW [8].
Chất tải nhiệt không phải là nước sạch thuần túy, mà là nước có chứa acic boric
H
3
BO
3
hòa tan. Do đó, khi nói về “nước” nhưng ta hiểu đó là dung dịch acid boric.
Đơn vị đo nồng độ acid boric là gam acid boric trên kilogam nước, ký hiệu là g/kg.
Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò phản ứng được đưa ra trong bảng 1.1.
Bảng 1.1.
Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của WWER – 1000 [8]


Thông số [đơn
v
ị
]

Giá trị
Công suất trung bình [MW]
3000
Công suất giới hạn [MW]
3210
Áp suất lò phản ứng [kg/cm
2
]
160 ± 3
Số
lượng
bó nhiên liệu [bó]
163
Lưu lượng
chất tải nhiệt khi cả 4 máy bơm chính hoạt động [m
3
/h]
84800
Tốc độ chất tải nhiệt vòng sơ cấp [m/s]
- Qua các bó nhiên liệu
- Trong các ống của lò phản ứng

5,6



10

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình chất tải nhiệt ở chân nóng và chân
lạnh khi cả bốn máy bơm tuần hoàn chính hoạt động [
0
C]
30

Mật độ công suất trung bình của vùng hoạt [kW/lít]
115
Tốc độ dịch chuyển của các thanh điều khiển [cm/s]
2

Đường
kính ngoài vỏ lò phản ứng [mm]
4535
Chiều cao lò phản ứng [mm]
19137
Thể tích vòng sơ cấp (không tính bộ điều áp) [m
3
]
300
Thể tích vùng hoạt [m
3
]
29,2

5


Việc điều chỉnh công suất lò và kiềm hãm chuỗi phản ứng dây chuyền được thực
hiện bởi hệ thống điều chỉnh độ phản ứng. Trong lò WWER-1000 có hai hệ thống
điều chỉnh độ phản ứng hoạt động dựa trên nguyên tắc khác nhau [1]:
 Điều chỉnh độ phản ứng bằng các nhóm thanh điều khiển.
 Điều chỉnh độ phản ứng bằng nồng độ acid boric.
Các thanh điều khiển được sử dụng trong chế độ điều khiển lò ở chế độ hoạt
động bình thường hoặc dập lò trong chế độ khẩn cấp. Trong khi đó, việc thay đổi
nồng độ acid boric làm thay đổi chậm độ phản ứng [1].
Chất tải nhiệt đi vào lò phản ứng bằng đầu vào (input nozzles), đi qua vòng phân
cách (ring gap) giữa vỏ lò (reactor vessel) và giếng lò (core-well) và thông qua một
tấm ở dưới được khoan lỗ (perforated bottom plate) để đi qua các bó thanh nhiên liệu
được lắp đặt trong lõi lò. Chất tải nhiệt được gia nhiệt khi chảy qua các bó nhiên liệu
do nhiệt năng tỏa ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân. Sau đó đi đến vòng phân cách
và đi ra khỏi lò phản ứng thông qua đầu ra (outlet nozzles) và đi vào “chân nóng” của
bình sinh hơi [8].


1. Đầu vào.
2. Thùng lò phản ứng.
3. Giếng ngoài.
4. Đầu ra.
5. Bó thành nhiên liệu



Hình 1.3. Ảnh mặt cắt của lõi lò phản ứng WWER-1000 [8]

6

Cần lưu ý rằng trong vòng sơ cấp thì nước không sôi, áp suất khoảng 160 kg/cm

2

(áp suất của lõi lò). Áp suất cao trong vòng sơ cấp ngăn ngừa khả năng sôi của chất
tải nhiệt, dự trữ trước điểm sôi vào khoảng 10 kg/cm
2
. Còn trong bình sinh hơi áp
suất thấp hơn đáng kể, khoảng 70 kg/cm
2
, do đó nước sẽ bay hơi và chuyển thành hơi
nước, một phần sẽ được máy bơm tuần hoàn chính chuyển trở lại lò phản ứng. Hơi
nước này hầu như không nhiễm xạ và chu trình quay tua-bin sẽ được thực hiện với
hơi nước này [1].
1.2.2. Lõi lò phản ứng
Lõi lò phản ứng WWER-1000 được cấu tạo bởi các bó nhiên liệu hình lục giác
và được đặt ở các lưới hình lục giác cách nhau khoảng 236 mm. Số lượng bó thanh
nhiên liệu trong lõi lò phụ thuộc và kích cỡ và công suất của lò. Kích thước lớn nhất
của bó thanh nhiên liệu được giới hạn bởi những yêu cầu về an toàn để giảm thiểu
khả năng hình thành khối lượng tới hạn (của nhiên liệu), và kích thước nhỏ nhất của
bó thanh nhiên liệu được giới hạn bởi những lý do hiệu quả về chi phí [8].

Bảng 1.2. Các đặc tính chính của lõi lò phản ứng WWER-1000 [8]
Tổng số bó nhiên liệu
163
Số thanh điều khiển
61
Chiều cao của phần nóng ( ở trang thái lạnh)
3,53 m
Khoảng cách giữa các bó nhiên liệu
0,236 m
Tiết diện phần gia nhiệt của lõi lò

4,17 m
2
Lưu lượng chất tải nhiệt qua lõi lò
17650 kg/s
Công suất nhiệt
3000 MW






7


Lõi lò Bó thanh nhiên liệu
1. Thanh nhiên liệu
2. Các ống chứa thanh điều khiển
3. Ống chứa thiết bị đo trung tâm.

Hình 1.4. Hình dạng của lõi lò và các bó thanh nhiên liệu [8]

Bó thanh nhiên liệu của lò phản ứng WWER-1000 là một cụm các thanh nhiên
liệu phân bố đều. Trong mỗi bó nhiên liệu có 312 thanh, 18 ống dẫn dành cho các
thanh hấp thụ neutron của thanh điều khiển, một ống trung tâm, 14 mạng định vị [1].

Bảng 1.3. Các đặc tính chính của bó nhiên liệu của lò WWER-1000 [8]
Số lượng thanh nhiên liệu
312
Bước phân bố các thanh

12,75 mm
Số ống chứa các chất hấp thụ
18
Chiều dài phần hoạt động của bó thanh nhiên liệu
3530 mm
Số lượng mạng định vị
14


8

Bảng 1.4. Các đặc tính của viên nhiên liệu [8]
Đường kính
9,1 mm
Bề dày thành ống
0,69 mm
Chất liệu thành ống
Alloy-Zr110
Đường kính trong
7,53 mm
Nhiên liệu
UO
2
Đường kính lỗ giữa viên
2,3 mm
Khối lượng riêng của nhiên liệu
10,4 g/cm
2
Độ làm giàu tiêu chuẩn
3,3% ; 4,4% ; 3,0% và 4,0%


1.2.3. Bơm tuần hoàn chính
Máy bơm tuần hoàn chính (RCP-Reactor Coolant Pump) trong vòng sơ cấp –
một trong những thiết bị quan trọng nhất ở NMĐHN, đảm bảo sự tuần hoàn cưỡng
bức chất tải nhiệt qua lò phản ứng và nhận nhiệt từ vùng hoạt lò phản ứng WWER-
1000, rồi truyền nhiệt vào bình sinh hơi [1].
Máy bơm tuần hoàn chính cần phải hoạt động một cách tin cậy và bền vững ở
các thông số của môi trường xung quanh vòng sơ cấp mà không cần bất cứ sự can
thiệp nào của kỹ thuật viên trong khoảng thời gian dài, ít nhất là bằng chu kỳ giữa
các lần dừng lò phản ứng. Bởi vì, máy bơm tuần hoàn chính được bố trí trong khu
vực bảo vệ kín, nên thực tế là không có khả năng sửa chữa nó trong thời gian lò phản
ứng hoạt động [1].
Việc hoạt động ổn định của máy bơm tuần hoàn chính phần lớn phụ thuộc vào
độ tin cậy của các hệ thống phụ trợ. Vì vậy số lượng các hệ thống này cần nhỏ nhất
có thể [1].
Tất cả các chi tiết và đầu mối của máy bơm tuần hoàn chính tiếp xúc với chất
tải nhiệt, nước làm mát đều được chế tạo bằng thép không bị ăn mòn [1].
9

Máy bơm tuần hoàn chính có thể hoạt động liên tục trong mọi chế độ khoảng
10.000 giờ, thời gian đã làm việc trung bình ở chế độ bình thường không dưới 18.000
giờ, tuổi thọ trung bình trước khi thanh lý không dưới 30 năm. Có thể sửa chữa RCP
[1].
1.2.4. Bình sinh hơi
Bình sinh hơi có nhiệm vụ truyền năng lượng sinh ra từ vùng hoạt lò phản ứng
vào vòng thứ cấp. Việc truyền năng lượng từ vòng sơ cấp sang vòng thứ cấp được
thực hiện trên bề mặt gia nhiệt của bình sinh hơi thông qua quá trình sinh hơi nước
trong nước của vòng thứ cấp, mà sau đó hơi này được sử dụng để sản xuất năng lượng
nhiệt ở máy phát tuabin [1]. Bình sinh hơi, cùng với lò phản ứng và máy bơm tuần
hoàn chính thuộc loại thiết bị cơ bản của NMĐHN.


Hình 1.5. Cấu tạo bình sinh hơi [2]
10

1.2.5. Hệ thống điều hòa áp suất
Hệ thống điều hòa áp suất có nhiệm vụ tạo ra và duy trì áp suất trong vòng sơ
cấp ở các chế độ tĩnh và hạn chế sai lệch áp suất trong các chế độ chuyển tiếp và chế
độ khẩn cấp [1].
Nhiệm vụ trọng tâm của hệ thống điều hòa áp suất là không để cho chất làm mát
sôi. Nếu áp suất trong vòng sơ cấp giảm, hệ thống điều áp sẽ nung nóng các thanh
đốt điện dạng ống và một phần nước sẽ trở thành hơi, và dĩ nhiên áp suất sẽ được tăng
lên. Ngoài ra, khi áp suất trong vòng tuần hoàn này tăng lên, việc làm giảm áp suất
trong vòng tuần hoàn này đạt được nhờ phun nước từ “chân lạnh” của vòng một; nước
lạnh sẽ làm hơi nước ngưng tụ và việc này sẽ làm giảm áp suất [1].
Hệ thống điều hòa áp suất là một bình hình trụ thẳng đứng có đáy elip, bề mặt
bên trong của hệ thống được phủ thép không gỉ. Ở phần dưới của bình có bố trí 28
khối thanh đốt điện (heater) với công suất của mỗi khối thanh là 90 kW và tổng công
suất của 28 khối thanh là 2520W. Mỗi khối thanh đốt điện lại có 9 thanh đốt dạng
ống chữ U với đường kính ngoài là 13,6mm. Để thuận tiện trong việc điều khiển và
điều chỉnh áp suất trong vòng sơ cấp, các thanh đốt dạng ống được chia thành 4 nhóm
[1].
1.3. Trang thiết bị vòng thứ cấp
1.3.1. Ống nối dẫn hơi và ống góp hơi
Nước làm mát từ vòng sơ cấp sẽ đi qua các nhóm ống dẫn nằm ngang nằm phía
trên bình sinh hơi (SG), những nhóm ống dẫn đó chính là ống nối dẫn hơi (MSC).
Thông qua hệ thống gom hơi nước chính, hơi được sinh ra từ bình sinh hơi (SG) sẽ
được đưa đến ống góp hơi (MSH) và sau đó đi đến tua-bin [8].
11

1.3.2. Van điều chỉnh hơi nước tua-bin

Trong điều kiện bình thường, hơi đi đến tua-bin thông qua van điều chỉnh hơi
nước tua-bin (Turbine governors valve). Việc mở các van điều chỉnh hơi nước tua-
bin làm thay đổi dòng hơi vào tua-bin, giá trị tải của tua-bin và tác động đến áp suất
hơi trong vòi phun hơi chính (MSH) và bình sinh hơi (SG) [8].
1.3.3. Van đệm khí và van nối tắt tua-bin
Nếu áp suất trong mạch sơ cấp (2C) vượt quá giới hạn cho phép, van đệm khí
sẽ được mở ra để xả bớt hơi, và như vậy áp suất sẽ giảm xuống. Nếu áp suất trong
mạch thứ cấp vẫn thiếp tục tăng, thì van nối tắt tua-bin sẽ mở ra, và hơi nước lúc này
sẽ đi trực tiếp đến hồ ngưng tụ và sẽ được chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng [8].
1.3.4. Các bộ phận khác
Hơi nước được hình thành trong bình sinh hơi (SG) được gom lại trong ống góp
hơi và phân phối tiếp đến các ống nối dẫn hơi khác. Trong điều kiện hoạt động bình
thường, đa số hơi nước đi qua van điều chỉnh hơi nước tua-bin, sau đó đi đến xi-lanh
áp suất cao (High pressure cylinder) của tua-bin. Tiếp theo, hơi nước thoát ra khỏi xi
lanh áp suất cao và vào bộ phận phân tách (Seperator) để giảm độ ẩm. Sau khi bị sấy
khô, hơi nước được đi qua bộ phận gia nhiệt (Reheater), bộ phận cung cấp nhiệt cho
hơi nước, và sau đó hơi nước được đưa vào xi-lanh áp suất thấp (Low pressure
cylinder) [8].
Mỗi xi lanh áp suất thấp được nối với một bồn ngưng tụ (Condenser) riêng biệt,
nơi mà hơi nước được ngưng tụ khi được tiếp xúc với những ống dẫn nước làm mát.
Bắt đầu từ bồn ngưng tụ, phần ngưng tụ được gia nhiệt từ nhiệt lượng sinh ra từ tua-
bin. Sau đó, phần ngưng tụ sẽ được đi đến bộ phận khử khí (Deaerator), tất cả những
khí không ngưng tụ sẽ được loại bỏ. Cuối cùng, nước cấp được bơm vào bình sinh
hơi (SG) bằng máy bơm cấp nước (FWP) [8]. .

12

CHƯƠNG 2
ĐỘNG HỌC THÀNH PHẦN NUCLIT CỦA LÒ PHẢN ỨNG
2.1. Quá trình cháy nhiên liệu hạt nhân

2.1.1. Nhiên liệu hạt nhân
Trong nhiên liệu hạt nhân chứa các nuclit phân hạch và nuclit nguyên liệu,
chúng đảm bảo cho phản ứng dây chuyền xảy và đảm bảo thời gian làm việc của
nhiên liệu hạt nhân thứ cấp [1].
2.1.2. Quá trình cháy nhiên liệu
Quá trình cháy nhiên liệu hạt nhân là quá trình chuyển hóa các hạt nhận của các
nuclit phân chia được thành các nuclit khác không phân chia được do quá trình phân
hạch và phóng xạ nơtron [1].
2.1.3. Độ cháy
2.1.3.1. Một số định nghĩa về độ cháy
Độ cháy B
1
là tỷ số giữa khối lượng nuclit phân hạch được đã cháy m cháy
(kg) và khối lượng nuclit phân hạch được nạp từ lúc đầu mU (kg) [1]:













Độ cháy B
2
là tỷ số giữa khối lượng nuclit phân hạch được đã cháy m cháy (kg)

và tổng khối lượng nhiên liệu ban đầu m n.l (tấn urani) [1]:









(2.1)
(2.2)
13

2.1.3.2. Định nghĩa phổ biến nhất
Độ cháy của nhiên liệu trong vùng hoạt của lò phản ứng được xác định bằng tỷ
số giữa năng lượng sản xuất ra được Q
k
= Wt (MW.ngày) và tổng khối lượng nhiên
liệu nạp vào lò 

(Tấn urani) [1]:









Độ cháy thể hiện được độ bền vững về mặt công nghệ của các thanh nhiên liệu,
độ làm giàu nhiên liệu, dạng chất tải nhiệt, vật liệu vỏ bọc và kết cấu thanh nhiên liệu.
Trong lò phản ứng hiện đại WWER-1000 với độ làm giàu 3%-5%, khi tuổi thọ
3-5 năm, có thay đảo nhiên liệu thì B đạt đến 40-50 MW.ngày/kg, còn trong các thanh
nhiên liệu cực đại thậm chí còn lớn hơn [1].
2.2. Quá trình tạo xỉ của lò phản ứng
2.2.1. Định nghĩa
Trong quá trình cháy nhiên liệu hạt nhân xảy ra một loạt các phản ứng hạt nhân,
kết quả là hình thành một số nhóm sản phẩm của các phản ứng đó. Kết quả phân hạch
là tạo ra các mảnh vỡ phóng xạ có khối lượng vào khoảng A = 1-200. Chúng cũng
như các sản phẩm phân rã khác thường mang tên là các xỉ [1].
2.2.2. Quá trình tạo xỉ
Quá trình tạo xỉ của lò phản ứng hạt nhân được hiểu là quá trình tích lũy trong
nhiên liệu các nuclit ổn định và sống lâu, tham giá vào quá trình bắt nơtron không có
lợi và dẫn đến suy giảm độ phản ứng. Khi lò phản ứng hoạt động, nồng độ của chúng
tăng lên dần dần, sau đó khi dừng lò thì không giảm đi [1].
Trong số các sản phẩm phân hạch của U
235
bằnng nơtron nhiệt, có hơn 250 các
hạt nhân khác nhau, gần một phần tư số đó là xỉ [1].
(2.3)
14

2.2.3. Công thức xác định mất mát độ phản ứng do xỉ và giá trị tới hạn của xỉ
Mất mát độ phản ứng do tạo xỉ được xác định bởi công thức (2.4) [1]:





















Ở đây, 

là số khối lượng của quá trình tạo xỉ (hấp thụ có hại tương đối trong xỉ);


là hệ số sử dụng nơtron nhiệt trong nhiên liệu không có xỉ;



là tiết diện hấp thụ nơtron nhiệt vì mô do xỉ thứ I;



là tiết diện hấp thụ 


;
n là số xỉ được tạo ra trong nhiên liệu.
Công thức (2.5) xác định giá trị tới hạn của xỉ [1]:

















Với σ
a
(5)
= σ
f
(5)
+ σ
ɣ
(5)


σ
a
(5)
là tiết diện hấp thụ U235;
σ
f
(5)
là tiết diện phân hạch;
σ
ɣ
(5)
là tiết diện bắt phóng xạ;
p
i
là nồng độ nuclit.
2.3. Sự nhiễm độc Xe và Sm của lò phản ứng
2.3.1. Định nghĩa
Sự nhiễm độc vùng hoạt lò phản ứng là quá trình tích lũy các nuclit sống ngắn
có tiết diện hấp thụ cao, các nuclit này tham gia tích cực vào quá trình bắt nơtron
không có ích (nhiễm độc cân bằng nơtron của lò phản ứng) [1].
(2.4)
(2.5)
15

2.3.2. Đối tượng quan tâm
Khi lò phản ứng hoạt động, trong nhiên liệu hạt nhân tích lũy một loạt các đồng
vị gây độc cho lò phản ứng (như, Rh
105
, I
131

, Ba
140
, …). Tuy nhiên, ảnh hưởng của
các chất đó đến độ phản ứng là không đáng kể, vì chúng có hoặc là tiết diện bắt nơtron
nhiệt 

nhỏ, hoặc là hiệu suất riêng tương đối nhỏ. Vì vậy, khi nói về sự nhiễm độc
thường ngụ ý sự tích lũy Xe
135
và Sm
149
[1].
2.3.3. Đặc điểm đặc trưng cho sự nhiễm độc lò phản ứng
Hiện tượng nhiễm độc và giải nhiễm vùng hoạt chỉ được thể hiện rõ ràng trong
các lò phản ứng nơtron nhiệt (trong các lò phản ứng nơtron trung gian, nó yếu, còn
trong các lò phản ứng nơtron nhanh nói chung, không có). Sự nhiễm độc lò phản ứng
làm phức tạp đáng kể cho quá trình điều khiển lò phản ứng [1].
Có thể đưa ra bốn đặc điểm đặc trưng cho sự nhiễm độc lò phản ứng do một
trong số các đồng vị gây nhiễm độc [1]:
a/ Tiết diện bắt nơtron nhiệt rất lớn (nó lớn hơn 3-5 bậc so với các xỉ thông thường).
b/ Nhanh đạt đến nồng độ cân bằng (đối với Xe
135
, cân bằng đạt được sau 30-40 giờ,
đối với Sm
149
là sau 8-10 ngày).
c/ Gia tăng nhiễm độc sau khi dừng lò phản ứng hạt nhân.
d/ Gia tăng hoặc suy giảm tạm thời độ phản ứng r do thay đổi nồng độ Xe
135
và Sm

149
,
sau khi thay đổi công suất lò phản ứng hạt nhân.






16

CHƯƠNG 3
ĐIỀU CHỈNH ĐỘ PHẢN ỨNG
3.1. Những khái niệm chung
 Định nghĩa độ phản ứng:




Với k là hệ số nhân neutron [5].
 Cơ chế điều chỉnh độ phản ứng trong lò WWER-1000 là thay đổi tốc độ hấp thụ
neutron, có hai phương pháp điều chỉnh chính là:
- Điều chỉnh bằng các chất hấp thụ neutron dạng rắn, dịch chuyển được. Đó có thể
là các thanh hấp thụ riêng rẽ (thanh điều khiển), nhóm các thanh hấp thụ hình
dạng khác nhau. Điều chỉnh tốc độ hấp thụ neutron được thực hiện bằng cách đưa
các thanh điều khiển vào hoặc rút ra khỏi vùng hoạt.
- Điều chỉnh hóa học bằng chất lỏng, nhờ thay đổi nồng độ chất hấp thụ trong chất
tải nhiệt hoặc trong các chất làm chậm dạng lỏng. Phương pháp này được phổ
biến rộng rãi để điều hòa các hiệu ứng thay đổi độ phản ứng diễn ra chậm trong
lò phản ứng WWER.

 Ưu điểm của phương pháp này là việc điều hòa độ phản ứng bằng phương
pháp hóa học không làm sai lệch sự phân bố tỏa năng lượng trong thể tích
vùng hoạt [1].
3.2. Điều chỉnh độ phản ứng bằng các thanh điều khiển
Hệ thống điều khiển và bảo vệ lò phản ứng là các thanh hấp thụ dịch chuyển
được, trong các thanh này có vật liệu hấp thụ neutron rất mạnh (trong trường hợp lò
WWER là neutron nhiệt) [1].
3.3. Điều chỉnh độ phản ứng bằng chất lỏng
Trong lò phản ứng WWER, việc điều chỉnh bằng dung dịch acid boric được sử
dụng rộng rãi. Bản chất của phương pháp điều chỉnh này là bổ sung một lượng acid
(3.1)
17

boric vào nước tuần hoàn trong vòng sơ cấp. Vòng sơ cấp là nơi thực hiện đồng thời
vai trò của chất tải nhiệt và chất làm chậm [1].
Ưu điểm cơ bản của của điều chỉnh acid boric là việc đưa acid boric vào không
làm sai lệch trường mật độ neutron trong vùng hoạt của lò phản ứng vì acid boric
phân bố đều trong nước [1]. Khi đó, hệ thống điều hòa độ phản ứng bằng cơ khí (các
thanh điều khiển) chỉ có nhiệm vụ làm giảm hiệu ứng nhiệt độ và nhiễm độc lò phản
ứng, và sau khi đưa lò phản ứng vào chế độ làm việc thì hệ thống này được đưa ra
khỏi vùng hoạt. Trong vùng hoạt chỉ còn lại các thanh thực hiện vai trò điều khiển,
vận hành, độ hiệu dụng tổng thể của các thanh này không lớn.
Điều chỉnh acid boric điều hòa những thay đổi chậm của độ phản ứng có liên
quan đến quá trình cháy nhiên liệu, quá trình nhiễm độc tĩnh xenon và samari cũng
như quá trình gia nhiệt và làm mát lò phản ứng [1].
Nồng độ acid boric trong chất tải nhiệt thay đổi được là nhờ hệ thống “phun-bù
vòng sơ cấp”. Do đó tốc độ thay đổi nồng độ acid boric trong thời gian vận hành là
rất nhỏ, điều này tốt cho an toàn hạt nhân, nhưng không đáp ứng các yêu cầu điều
chỉnh công suất lò phản ứng khi làm việc bình thường và nhất là trong các tình huống
khẩn cấp có liên quan đến sự thay đổi nhanh của độ phản ứng [1].

3.4. Tỏa nhiệt dư trong nhiên liệu
Lò phản ứng hạt nhân có một đặc điểm rất đặc biệt: tỏa năng lượng trong lò
không chấm dứt ngay sau dừng phản ứng dây chuyền và còn quán tính nhiệt bình
thường. Việc tỏa nhiệt dư kéo dài nhiều ngày, hàng tuần và hàng tháng do chính các
quá trình phân rã hạt nhân, điều này sinh ra một loạt những vấn đề phức tạp về kỹ
thuật và tạo ra mối nguy hiểm cho thiết bị, con người và môi trường xung quanh (ví
dụ trong sự cố NMĐHN Three Mile Island) [1].
Do vậy, sẽ có ý nghĩa khi xem xét điểm đặc biệt này của lò phản ứng hạt nhân
và giải thích những quy luật cơ bản của các quá trình tỏa nhiệt dư.