Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử docx

Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
CHƯƠNG I : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ.
1. Tìm hiểu về nhà máy điện nguyên tử.
Có thể khi mới nghe hai tiếng "nguyên tử" có thể trong đầu bạn đã lóe lên những
hình ảnh trái ngược, có thể là những nhà máy bê tông kiên cố tỏa hơi lên mây hay ghê
hơn là một thảm họa và đám mây hình nấm bốc cao lên bầu trời ? Một số người khen
ngợi kỹ thuật mới này nhằm hạ giá năng lượng, là loại ít khí thải nhằm thay thế cho các
thứ nhiên liệu hóa thạch, trong khi đó những người khác lại đang lo sợ tới những hậu
quả xấu từ những chất phóng xạ nguyên tử và cùng các tai nạn chẳng hạn như các vụ
Three Mile Island (Hoa Kỳ) và Chernobyl (Liên Xô). Có nhiều điều bàn cãi về vai trò
của điện năng nguyên tử ảnh hưởng tới đời sống con người, nhưng dù sao chúng ta cũng
nên tìm hiểu một ít về bề trong các nhà máy điện nguyên tử có những gì ?
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.
Tính tới tháng 7 năm 2008, chúng ta có tổng cộng 430 nhà máy điện nguyên tử trên
thế giới cung cấp tới 15% tổng số điện năng thế giới của năm 2007. Trong số 31 nước
có nhà máy điện nguyên tử thì có nhiều nước lệ thuộc nhiều vào lượng điện nguyên tử
cung cấp, lấy thí dụ : nước Pháp 77% lượng điện tiêu thụ do điện nguyên tử cung ứng
(NEI). Lithuania đứng hạng nhì khoảng 65%. Tại Hoa kỳ, có tới 104 nhà máy điện
nguyên tử sản xuất tới 20% lượng điện toàn quốc, trong đó có vài tiểu bang tỷ lệ dùng
lại cao hơn các tiểu bang khác.
Khi quá trình sản xuất vả xử lý chất thải được bảo đảm an toàn cao, nhà máy điện
nguyên tử sẽ có thể sản xuất năng lượng điện tương đối rẻ và sạch so với các nhà máy
sản xuất điện khác, đặc biệt nó có thể ít gây ô nhiễm môi trường hơn các nhà máy nhiệt
điện đốt than hay khí thiên nhiên.

Hình 1.1. Hình ảnh nhà máy điện nguyên tử ở Cattenom - Pháp.
1
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử

Nhà máy điện nguyên tử ở Cattenom, Pháp. Các ống khói đang nhả ra hơi nước
không phóng xạ từ tháp làm nguội. Lò phản ứng hạt nhân được đặt trong các ngôi nhà
hình ống tròn.
Sản xuất điện năng là giai đoạn đầu tiên trong quá trình cung cấp điện năng đến
người tiêu dùng, các giai đoạn tiếp theo là truyền tải và phân phối điện năng. Thực chất
của sản xuất điện năng là sự biến đổi các dạng năng lượng khác sang năng lượng điện
hay điện năng, dòng điện xuất hiện sau khi lưới điện được nối với mạng tiêu thụ.
Điện năng được sản xuất ra theo nhiều cách khác nhau, phần lớn được sản xuất bởi
các máy phát điện tại các nhà máy điện, chúng có chung nguyên tắc hoạt động là các
nguyên lý điện động (định luật cảm ứng điện từ của Michael Faraday), các hình thức
khác như trong pin, ắc quy, nhiên liệu hay từ năng lượng mặt trời,
Các loại máy điện nguyên tử phổ biến hiện nay thực tế là nhà máy nhiệt điện, chuyển
tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện năng. Đa số thực hiện
phản ứng dây chuyền có điều khiển trong lò phản ứng nguyên tử phân hủy hạt nhân với
nguyên liệu ban đầu là đồng vị Uran 235 và sản phẩm thu được sau phản ứng thường là
Pluton, các neutron và năng lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt lượng này, theo hệ thống làm mát
khép kín (để tránh tia phóng xạ rò rỉ ra ngoài) qua các máy trao đổi nhiệt, đun sôi nước,
tạo ra hơi nước ở áp suất cao làm quay các turbine hơi nước, và do đó quay máy phát
điện, sinh ra điện năng.
Trong chương này chúng ta thử tìm hiểu tiến trình của phản ứng phân hạch xảy ra
làm sao để tạo ra một lượng nhiệt lượng lớn để đun nóng hơi nước làm quay tuabin phát
ra điện năng cung cấp vào lưới điện như thế nào ???
2. Nhà máy điện nguyên tử.
Bộ phận chính của nhà máy này là lò phản ứng hạt nhân, ở đó phản ứng phân hạch
xảy ra theo dây chuyền và được khống chế ở mức tới hạn.
Lò có những thanh nhiên liệu hạt nhân A thường làm bằng hợp kim chứa urani đã
làm giàu. Những thanh này đặt trong chất làm chậm B (nước nặng, hoặc than chì,
Berili); nơtrôn phát ra trong phân hạch là nơtrôn nhanh, chúng va chạm vào các hạt
nhân của chất làm chậm, mất dần động năng và trở thành nơtrôn chậm, dễ bị urani hấp
thụ. Lò phản ứng còn có các thanh điều chỉnh C làm bằng những chất hấp thụ nơtrôn

(mà không phân hạch) như Bo, Cadimi. Khi hạ thấp các thanh này thì hệ số nhân nơtrôn
giảm, nâng lên cao thì tăng. Khi lò hoạt động thì các thanh điều chỉnh được tự động giữ
ở độ cao sao cho. Phản ứng phân hạch toả ra năng lượng dưới dạng động năng của các
mảnh hạt nhân và các hạt khác. Động năng này chuyển thành nhiệt năng của lò. Nhiệt
này được mang đi bằng chất tải nhiệt, thường là một chất lỏng chạy qua lò và sau khi
nóng lên thì cung cấp nhiệt cho lò sinh hơi D. Hơi nước làm chạy tua bin phát điện
giống như trong nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện nguyên tử có thiết kế khác với các
nhà máy điện khác : thành bằng thép, tường bằng bê tông ( đảm bảo chỉ tiêu, chất
lượng, độ dày), để chặn các tia phóng xạ lò phản ứng khi phản ứng phân hạch trở thành
vượt hạn.
Nhiều nhà máy điện nguyên tử đã được xây dựng ở các nước công nghiệp và cung
cấp một lượng điện năng đáng kể: trên 35% tổng điện năng sản xuất hàng năm ở Pháp,
Thụy Điển, Phần Lan…, 30% ở Nhật, 12% ở Mĩ, 7% ở Liên Xô cũ…Tuy nhiên sự cố
2
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
xảy ra ở nhà máy điện nguyên tử Trécnobưn (ucraina) đã buộc một số nước cân nhắc lại
việc xây dựng các nhà máy điện nguyên tử.
Nước ta có một lò phản ứng hạt nhân nhỏ ở Đà Lạt, dùng để nghiên cứu khoa học và
sản xuất đồng vị phóng xạ (công suất 500 kW, có 89 thanh nhiên liệu là hợp kim chứa
urani đã làm giàu tới 3,6% U235.
Lò phản ứng hạt nhân cũng đã được đặt trên các tàu thuỷ, tàu ngầm; chỉ cần một lần
nạp nhiên liệu là các tàu này có thể hoạt động liên tục vài năm. Người ta đang nghiên
cứu giảm khối lượng của lò để có thể đặt trên máy bay.
Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân hạch
để thu được năng lượng nhiệt do phản ứng phân hạch tạo ra. Lò phản ứng hạt nhân là
thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân hạch để thu được năng lượng
nhiệt do phản ứng phân hạch tạo ra.
Các yếu tố cấu thành lò phản ứng bao gồm :
- Nhiên liệu hạt nhân tạo ra sự phân hạch.

- Chất làm chậm với chức năng làm giảm tốc độ của các nơtron sinh ra từ phản ứng
phân hạch để dễ dàng tạo ra sự phân hạch tiếp theo.
- Chất tải nhiệt với chức năng thu nhiệt sinh ra do phân hạch hạt nhân từ tâm lò
phản ứng để chuyển ra bộ phận bên ngoài.
- Các thanh điều khiển để điều chỉnh quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân.
Nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân có thể sử dụng các chất có khả năng phân hạch
như Uranium hoặc Plutonium. Uranium tự nhiên chỉ chứa 0,7% U-235 phân hạch nên
chỉ sử dụng làm nhiên liệu cho lò phản ứng hấp thụ nơtrôn và sử dụng chúng một cách
hiệu quả như lò nước nặng hoặc lò phản ứng làm nguội bằng khí và dùng chất làm chậm
là than chì. Nước nhẹ có thể dễ điều chế và rẻ tiền nhưng khả năng hấp thu nơtrôn
không hiệu quả nên không thể sử dụng Uranium tự nhiên làm nhiên liệu cho lò phản
ứng nước nhẹ. Lò phản ứng nước nhẹ sử dụng nhiên liệu Uranium được làm giàu trên
dưới 4% ở dạng ôxit Uranium. Còn Plutonium thì thích hợp làm nhiên liệu cho lò phản
ứng tái sinh nhanh.
Để dễ dàng tạo ra phản ứng phân hạch hạt nhân dây chuyền, cần phải hãm bớt tốc độ
của nơtron tốc độ cao thành nơtron nhiệt. Như vậy, vật liệu làm chậm nơtrôn được gọi
là chất làm chậm.
Tính chất của chất làm chậm như sau :
- Hấp thụ nơtron hiệu quả.
- Giảm tốc độ của nơtron với hiệu suất cao.
Vì vậy, vật liệu thích hợp cho chất làm chậm thường là những nguyên tố có số nguyên
tử nhỏ. Các loại chất làm chậm thông thường :
+ Nước nhẹ (nước thông thường) có hiệu suất làm chậm rất tốt, giá thành rẻ nhưng
có nhược điểm là hấp thu nơtron một cách lãng phí.
+ Nước nặng cũng có hiệu suất làm chậm tốt do không hấp thụ nơtron một cách lãng
phí nên có thể nói đây là chất giảm tốc lý tưởng nhưng giá thành rất cao và khó điều
chế.
3
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử

+ Than chì (Graphite) tuy hiệu suất làm chậm thấp nhưng lại ít hấp thụ nơtron và giá
tương đối rẻ.
Chất thu nhiệt sinh ra trong lò phản ứng và chuyển ra bên ngoài được gọi là chất tải
nhiệt. Lò phản ứng nước nhẹ dùng chất tải nhiệt là nước nhẹ; lò nước nặng dùng chất tải
nhiệt là nước nặng; còn lò khí thì sử dụng chất tải nhiệt là khí CO2 hoặc Heli và lò tái
sinh nhanh thì sử dụng chất tải nhiệt là Natri.
Chất điều khiển có tác dụng điều chỉnh công suất của lò phản ứng (tốc độ phản ứng
phân hạch) và có khả năng hấp thu nơtron. Chất điều khiển được sử dụng phổ biến là
Boron hoặc Cadmium.
Lò phản ứng được phân loại theo nhiên liệu hạt nhân, chất làm chậm và chất tải nhiệt.
Dưới đây là một số loại lò hiện nay đang được sử dụng trên thế giới :
- Lò khí : Lò khí là loại lò sử dụng khí làm chất tải nhiệt, loại lò này chủ yếu phát
triển ở Anh. Chất làm chậm là than chì và nhiên liệu có thể sử dụng Uranium tự nhiên.
Lúc đầu, loại lò này được dùng để sản xuất plutonium (cho mục đích quân sự) và dùng
không khí làm chất tải nhiệt. Để phát triển loại lò này thành lò phản ứng phát điện, cần
phải nâng nhiệt và áp lực của khí – chất tải nhiệt. Vì không thể sử dụng được không khí
nên khí CO2 được dùng làm chất tải nhiệt. Từ đó đã ra đời loại lò khí kiểu Anh sử dụng
trong nhà máy điện nguyên tử. Để cạnh tranh được với lò nước nhẹ đang dần trở nên
phổ biến, người ta nâng thêm nhiệt độ và áp lực của khí (chất tải nhiệt). Tuy nhiên nhiệt
độ của khí CO2 tăng cao tới mức độ nào đó sẽ không ổn định và vì thế mà không thể sử
dụng được. Người ta đã phát triển loại lò khí tiên tiến hơn sử dụng chất tải nhiệt là Heli
có thể ổn định ngay cả khi nhiệt độ cao nhưng lại gặp khó khăn về kỹ thuật và kinh tế
nên không thể cạnh tranh được với lò nước nhẹ. Tuy vậy, các kinh nghiệm về lò khí vẫn
được người ta vận dụng và việc phát triển lò khí nhiệt độ cao hiện đang được triển khai.
Lò này sử dụng chất tải nhiệt là Heli nhằm nâng nhiệt độ của khí đầu ra của lò lên hơn
C và nâng cao hiệu suất nhiệt. Loại lò này cũng đang có kế hoạch sử dụng đa mục đích
như sử dụng trong công nghiệp hoá học.
- Lò nước nặng : Lò nước nặng là lò phản ứng sử dụng nước nặng làm chất làm
chậm. Loại lò này chủ yếu do Canada phát triển. So với nước nhẹ, nước nặng hấp thu
rất ít nơtron nên có thể sử dụng Uranium tự nhiên làm nhiên liệu.

- Lò nước nhẹ : Lò nước nhẹ là lò phản ứng sử dụng nước nhẹ làm chất làm chậm và
chất tải nhiệt. Có 2 loại lò nước nhẹ là PWR (Pressurized Water Reactor – Lò nước áp
lực) và BWR (Boiling Water Reactor – Lò nước sôi). PWR được phát triển cho mục
đích quân sự, ví dụ như tạo sức đẩy cho tàu thuyền mà đặc biệt là sử dụng cho tầu
ngầm. Hệ thống thứ nhất của lò phản ứng được thiết kế không làm sôi nước mà truyền
nhiệt sang hệ thống thứ 2 để tạo hơi nước, do vậy hơi nước làm quay tuabin không bị
nhiễm xạ. BWR ngay từ đầu đã được phát triển cho mục đích hoà bình là phát điện.
Nước được làm sôi trong hệ thống thứ nhất của lò phản ứng và dùng hơi nước đó làm
quay tuabin, do vậy tuabin bị nhiễm xạ trong khi vận hành. Nhưng do không có hệ
thống thứ 2 nên cấu tạo lò đơn giản. Uranium tự nhiên không thể sử dụng làm nhiên
liệu cho lò nước nhẹ. Nhiên liệu sử dụng là dạng oxit Uranium làm giàu thấp, khoảng
4%.
- Lò phản ứng tái sinh nhanh.
4
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
Ngoài ra còn có một số loại lò phản ứng khác được thiết kế nhưng vẫn chưa được đưa
vào sử dụng.
3. Công nghệ sản xuất điện năng trong nhà máy điện nguyên tử (NĐNT).
Uranium là nguyên tố thông dụng trên địa cầu chúng ta. Nó hiện hữu từ khi hành tinh
chúng ta được thành lập. Uranium -238(U-238) có thời gian bán rã (thời gian cần có cho
một nửa số lựơng các nguyên tử Uranium mục nát) rất dài có thể tới 4.5 tỷ năm. Đó là
lý do nó tồn tại với số lượng lớn. U-238 đạt tới 99% số lượng Uranium trên địa cầu,
trong khi đó Uranium 235 (U-235) chỉ có khoảng 0.7% của số còn lại trong tự nhiên
thôi. Uranium 234 lại còn hiếm hơn nữa, thành lập từ sự thoái hóa U-238 mà ra. U-238
tiếp tục qua nhiều giai tầng thoái hóa trong suốt cuộc đời của nó cho đến thời điểm cuối
cùng ổn định thành chì, như thế U-234 là một giai tầng trong suốt tiến trình thoái hóa
của U-238.
U-235 có một thuộc tính đặc biệt vì nó vừa là nguyên liệu cho cả hai lĩnh vực là nhà
máy điện nguyên tử (phục vụ mục đích dân sinh, xã hội) và làm bom nguyên tử (phục

vụ mục đích chiến tranh, quân sự). U-235 thoái hóa tự nhiên cũng giống U-238 nhưng
U-235 chỉ hợp với phản ứng phân hạch : một nơtrôn tự do sẽ bắn vào nhân của U-235
và bị thu hút ngay tạo nên tình trạng bất ổn định và bị chẻ đôi ra tức thời. Xác suất
nguyên tử U-235 bắt giữ nơtrôn tự do đang bắn vụt qua rất cao. Sự thật, trong điều kiện
các lò phản ứng một nơtrôn khi bị tách ra do phản ứng phân hạch này sẽ tiếp tục gây ra
phản ứng dây chuyền ngay tức khắc bằng cách gây ra cả loạt phân hạch liên tục nhau.
Ngay vừa khi các hạt nhân của nguyên tố tóm được nơtrôn tự do này hạt nhân này sẽ bị
chẻ đôi ra thành hai nguyên tố nhẹ hơn và lại bắn ra hai hay ba nơtrôn tự do khác (tùy
thuộc vào cách mà nguyên tố U-235 bị tách ra). Tiến trình thu giữ và bị chẻ đôi này rất
nhanh ngoài trí tưởng tượng của chúng ta thời gian chỉ vài picoseconds. (1 picosecond=
1/ 10^12[1 giây chia ra 10^12( lũy thừa 12) lần].
NĐNT sản xuất điện năng từ nhiệt năng do phản ứng hạt nhân tạo ra. Nhiên liệu hạt
nhân có khả năng tạo nhiệt rất cao. Sự phân rã của một nguyên tử U-235 phóng thích
khoảng 200 MeV (triệu elctron volts). Coi bộ không bao nhiêu nhưng với vô số nguyên
tử (Atom) Uranium trong 1 pound uranium thì con số này thực sự rất lớn khi so sánh 1
pound uranium đã tinh luyện (làm giàu) nó cung cấp một năng lượng đồ sộ tương
đương với 1 triệu gallons dầu khí, phân hủy 1kg U-235 tạo nhiệt năng tương đương
2900 tấn than đá. Sự tách đôi của một nhân nguyên tử phóng thích một nhiệt năng
khổng lồ cùng tia phóng xạ gamma tia phóng xạ tạo ra từ quang tử (photons) năng
lượng cao. Hai nguyên tử mới do sự bắn phá kể trên lại phóng thích ra tia beta (âm điện
tử siêu nhanh) cùng tia gamma của chính nó như vừa nói trên.
5
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử

Hình 1.3.1. Sơ đồ nguyên lý lò phản ứng hạt nhân.
1 - Phần tác dụng (có nhiên liệu hạt nhân); 2 – Thân lò; 3 – Màn chắn;
4 – Cơ cấu điều chỉnh; 5,6 – Bảo vệ sinh học; 7 – Vòng chu trình tản nhiệt.
Năng lượng phóng thích từ phản ứng phân hạch tạo ra hai nguyên tố nhẹ hơn và một
số trung hòa tử (nơtrôn) phân ly khối lượng so với nguyên tử U-235 nguyên thủy sẽ ít

hơn. Khối lượng bị biến mất này vì nó đã chuyển biến thành năng lượng với phưong
trình EINSTEIN :
E = M. (J)
E = năng lượng (JOULES).
M = khối lượng nguyên liệu đã mất (KG).
C = tốc độ ánh sáng (299,792,458 M/SEC)[hay gần bằng 300,000,000 mét/giây].
Muốn nhà máy điện nguyên tử hoạt động phải tinh luyện hay làm giàu tới trên 3% U-
235 mới hoạt động. Còn so với vũ khí nguyên tử thì lượng U-235 phải làm giàu
(enriched) ít nhất 90% mới thực hiện nổi.
Còn Plutonium thì sao?Uranium 235 không phải là nguyên liệu duy nhất cho nhà
máy điện nguyên tử. Có một nguyên tố khác cho phản ứng phân hạch nữa đó là
plutonium 239. Plutonium 239 tạo thành từ sự bắn phá U-238 bằng các trung hòa tử,
phản ứng năng gặp trong các lò phản ứng nguyên tử.
6
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
Để chuyển hóa phản ứng phân hạch thành điện năng, bước đầu ta phải biết cách thức
điều khiển nguồn năng lượng khổng lồ thu được từ nguồn Uranium đã được "làm giàu"
(enriched) đun nóng nguồn nước tạo thành nguồn lực từ hơi nước lớn làm quay tuabin
máy phát điện để có thể tạo ra điện năng.
Uranium đã được "làm giàu" phải đúc theo một khuôn mẫu nhất định dài 2.5 centimet,
mỗi viên có đường kính bằng đồng 10 xu (dime)= 1.791mm.
Bước kế những viên nhỏ hình trụ này được xếp thành từng thanh dài, và những thanh
dài này được bó với nhau thành từng bó. Chúng ta tạm gọi là thanh nhiên liệu. Những
thanh nhiên liệu này được nhúng vào trong nước đựng trong những nồi áp lực. Tác
dụng của nước dùng để làm nguội. Để lò phản ứng hoạt động được những thanh nhiên
liệu nói trên phải ở trạng thái siêu đạt một phần nào.
Nếu chỉ đơn giản vậy thôi cứ để yên vậy uranium sẽ quá nóng và cuối cùng nóng
chảy ra. Muốn tránh tình trạng quá nóng, chúng ta phải có nhiều thanh điều phối tạo ra
từ những chất liệu có tính hấp thụ các nơtrôn và những thanh này lại được nhét vào

trong các thanh nhiên liệu cùng với kỹ thuật người ta có thể gia tăng hay giảm hiệu
năng hấp thụ của các thanh điều phối này. Việc tăng giảm hiệu năng hấp thụ từ các
thanh điều phối này cho phép các điều khiển viên kiểm soát được tỷ lệ phản ứng nguyên
tử. Khi muốn các thanh nhiên liệu cung ứng tối đa nhiệt năng thì các thanh điều phối
này được rút ra khỏi các thanh nhiên liệu. Trái lại muốn bớt nhiệt năng thì các thanh
điều phối này được thả sâu vào trong các thanh nhiên liệu uranium nói trên. Cho đến
khi các thanh điều phối ấn sâu hoàn toàn vào các thanh nhiên liệu Uranium thì xem như
phản ứng bị đóng lại hoàn toàn dành cho trường hợp tai nạn nhà máy hay khi thay thế
nhiên liệu nguyên tử.
Những thanh nhiên liệu uranium có tác nhân như là nguồn nhiệt rất lớn cho lò phản
ứng. Nó đun nóng nguồn nước tạo thành hơi. Các luồng hơi chạy thẳng vào các tua-bin
làm quay động cơ thế là tạo ra điện năng.
Tại vài nhà máy điện nguyên tử khác, luồng hơi nước từ lò phản ứng đầu tiên sẽ đi
qua bộ phận trung gian hay còn gọi là thứ cấp, luồng năng lượng này lại làm bốc hơi lò
nước thứ cấp luồng hơi thứ cấp này mới đi tới chuyện vận tuabin. Lợi điểm phương
pháp này là chúng ta tránh được nước hay hơi có nhiễm phóng xạ giai đoạn 1 không bao
giờ tiếp xúc với tuabin. Cũng thế, có vài nhà máy khác chất lỏng làm nguội (coolant
fluid)trực tiếp tiếp xúc với các thanh nguyên tử được thay bằng khí (carbon dioxide)
hay kim loại lỏng (sodium potassium ). Những nhà máy như vậy cho phép các thanh
nhiên liệu hoạt động ở nhiệt độ cao hơn nhiều.
Lò phản ứng hạt nhân nơtron thường dùng là loại lò - nước, mà sơ đồ nguyên lý của
nó được biểu diễn trên hình 1.3.2a. Quá trình sản xuất điện năng của nó: nước thuộc chu
trình thứ nhất lưu chuyển vào bơm tuần hoàn 7. Tại bộ trao đổi nhiệt 2 xảy ra sự truyền
nhiệt của nước chu trình thứ nhất cho nước ở chu trình thứ hai. Đối với chu trình nhiệt
thứ hai tương tự như chu trình nhiết của nhà máy điện ngưng hơi.
7
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
Lò phản ứng hạt nhân nước – nước có nhược điểm là không có khả năng tạo ra hơi
với thông số cao, nên hiệu suất của nhà máy không cao. Hình 1.3.2b giới thiệu sơ đồ

phản ứng hạt nhân loại nước – than chì: nước chỉ đóng vai trò chất tải nhiệt lượng còn
than chì đóng vai trò chất hãm. Chu trình nhiệt thứ hai phần lớn howinuowcs tiếp xúc
trực tiếp với lò phản ứng, nên nâng cao hiệu quả kinh tế làm việc của nhà máy; tuy
nhiên có tính phóng xạ yếu.

a) b)
Hình 1.3.2. Sơ đồ nguyên lý NT hai chu trình nhiệt.
1 – Lò phản ứng; 2 – Bộ trao đổi nhiệt; 3 – Tuabin; 4 – Máy phát điện;
5 – Bình ngưng; 6 – Bơm ngưng tụ; 7 – Bơm tuần hoàn.
Ngoài U – 235 còn dùng các nhiên liệu hạt nhân khác trong NĐNT. Hiệu quả nhất là
dùng nguyên liệu hạt nhân Plutoni PU tạo từ U – 238. Vùng hiệu quả của lò phản ứng
bao gồm Uran tuyển khoáng U – 235 và các nơtron nhanh tác động lên U – 238 để biến
thành Plutoni PU. Phương pháp tái sinh nhiên liệu hạt nhân như thế rất hiệu quả vì đồng
thời trong lò phản ứng thoát ra một nhiệt lượng rất lớn, nâng cao hiệu suất sản xuất điện
năng. Đây chính là lò phản ứng tăng lượng.
8
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
Hình 1.3.3. Sơ đồ nguyên lý NT ba chu trình nhiệt với lò phản ứng hạt nhân năng lượng.
1 – Lò phản ứng; 2 – Bộ trao đổi nhiệt; 3 – Tuabin; 4 – Máy phát điện;
5 – Bình ngưng; 6 – Bơm ngưng tụ; 7 – Bộ trao đổi nhiệt Natri;
8 – Bơm Natri không phóng xạ; 9 – Bơm Natri phóng xạ.
Trong NĐNT ba chu trình nhiệt, chu trình nhiệt thứ nhất (gọi là chu trình lò) và chu
trình nhiệt thứ hai (gọi là chu trình trung gian) chất tải nhiệt là Natri dạng lỏng, còn chu
trình thứ ba dùng chất thải nhiệt là nước. Vì Natri dạng lỏng gây phản ứng mãnh liệt với
nước dạng hơi lên phải có chu trình nhiệt trung gian với chất tải nhiệt là Natri dạng lỏng
không phóng xạ.
NĐNT có một số đặc điểm là có khả năng làm việc độc lập, khối lượng nhiên liệu
nhỏ; vận hành linh hoạt; đồ thị phụ tải tự do; không thải khói ra ngoài khí quyển; vốn
xây dựng lớn; hiệu suất cao hơn nhà máy nhiệt điện.

NĐNT hiện nay đang được chú ý phát triển vì năng lượng tích trữ trong nguyên tử rất
lớn và các nguyên liệu khác để sản xuất điện năng đang ngày cạn kiệt. Người ta thống
kê được rằng năng lượng của Uran và Thôri trên thế giới hiện nay gấp khoảng 23 lần
năng lượng của tất cả cộng lại.
9
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
Hình 1.3.4. Mô hình chu trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện nguyên tử.
CHƯƠNG II : CHỨC NĂNG CỦA HỆ DCS.
Hệ DCS có hai chức năng chính là :
- Chức năng điều khiển.
- Chức năng vận hành & giám sát.
1. Chức năng điều khiển.
10
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
Chức năng chính và cũng là chức năng qua trọng nhất của hệ DCS là điều khiển toàn
bộ các quá trình trong nhà máy.
Chức năng điều khiển do các bộ điều khiển đảm nhiệm, các bộ điều khiển được đặt
tại phòng điều khiển trung tâm hoặc các trạm điều khiển.
a) Chức năng điều khiển cơ bản : DCS thực hiện tất cả các chức năng diều khiển cơ bản
của một nhà máy. Các thành phần thực hiện các chức năng cơ bản trong DCS gọi là các
khối hàm “ Function block”. Mỗi khối hàm đại diện cho một bộ phận nhỏ nhất trong bài
toán điêù khiển.
b) Chức năng truyền thông, trao đổi thông tin với các hệ thống phụ - Subsytem.
Trong các nhà máy lớn bên cạnh hệ DCS luôn có các hệ PLC đảm nhận các công
việc điều khiển cho từng công đoạn nhỏ như: trạm bơm cấp nước, nước thải… và tất cả
các tham số này cũng cần đưa vào hệ thống DCS chung của toàn nhà máy để tập trung
cơ sở dữ liệu phục vụ giám sát và quản lý.
2. Chức năng vận hành và giám sát.

- Hiển thị trạng thái hoạt động của toàn bộ nhà máy.
- Chức năng hiển thị các biến quá trình dưới dạng đồ thị. Các tham số quá trình được
hiển thị dưới dạng đường cong gọi là trend.
- Chức năng cảnh báo quá trình : Chức năng này được chia làm nhiều mức độ khác
nhau :
+ Cảnh báo nguy cơ (Warning).
+ Báo động ( Alarm).
+ Báo lỗi (Failure) : Đây là trạng thái nguy hiểm, phải thực hiện ngay các tác
động để ngăn cản các rủi ro và tổn thất cho hệ thống. Thông thường khi xảy ra lỗi, hệ
thống cũng đã thực hiện trước một số hành động để ngăn chặn hiểm họa có thể xảy ra.
- Chức năng lập báo cáo.
- Chức năng an toàn hệ thống : Để ngăn chặn các lỗi trong vận hành hệ thống và đảm
bảo an toàn cho hệ thống, DCS cung cấp khả năng phân chia quyền truy cập hệ thống.
CHƯƠNG III : ĐẶC ĐIỂM CHUẨN TRUYỀN THÔNG CAN.
CAN ( Controller Area Network ) xuất phát là một phát triển chung của hãng Bosch và
Intel phục vụ việc nối mạng trong các phương tiện giao thông cơ giới để thay thế các
nối điểm – điểm cổ điển, sau được chuẩn hóa quốc tế trong Iso 11898. Chuẩn truyền
thông CAN có 7 đặc điểm :
- Kiến trúc giao thức.
- Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn.
- Cơ chế giao tiếp.
- Cấu trúc bức điện.
- Truy cập bus.
11
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
- Bảo toàn dữ liệu.
- Mã hóa bit.
1. Kiến trúc giao thức.
CAN định nghĩa lớp liên kết dữ liệu gồm 2 lớp con ( LLC và MAC ) cũng như phần

chính của lớp vật lý.
Hình 3.1. Phạm vi định nghĩa của CAN trong mô hình OSI.
- Lớp vật lý đề cập tới việc truyền tín hiệu, vì thế định nghĩa cụ thể phương thức định
thời, tạo nhịp bit (bit timing), phương pháp mã hóa bit và đồng bộ hóa. Tuy nhiên chuẩn
CAN không quy định các đặc tính của các bộ thu phát, với mục đính cho phép lựa chọn
môi trường truyền cũng như mức tín hiệu thích hợp cho từng lĩnh vực ứng dụng.
- Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) là phần cốt lõi trong kiến trúc giao thức
CAN. Lớp MAC có trách nhiệm tạo khung thông báo, điều khiển tuy nhập môi trường,
xác nhận thông báo và kiểm soát lỗi.
- Lớp điều khiển liên kết logic (LLC) đề cập tới các dịch vụ gửi dữ liệu và yêu cầu dữ
liệu từ xa, thanh lọc thông báo, báo cáo tình trạng quá tải và hồi phục trạng thái.
2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn.
CAN thực chất chỉ là chuẩn giao thức từ phần trên của lớp vật lý cho tới hết lớp liên
kết dữ liệu, vì vậy không quy định cụ thể về chuẩn truyền dẫn cũng như môi trường
truyền thông. Trong truy cập bus CSMA/CA, tốc độ truyền tối đa là 1Mbit/s ở khoảng
cách 40m và 50kbit/s ở khoảng cách 1000m, chiều dài đường nhánh hạn chế dưới 0.3m.
Số trạm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng , cáp truyền và đặc tính điện học của các bộ
12
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
thu phát, thông thường hạn chế ở con số 64 đối với cấu trúc đường thẳng sử dụng đôi
dây xoắn.
CAN phân biệt hai trạng thái logic của tín hiệu là mức trội (dominant) và mức lặn
(recessive), tuy nhiên không quy định rõ giá trị bit nào ứng với tín hiệu nào. Trạng thái
vật lý (ánh sáng, điện áp) thể hiện mức logic không được định nghĩa trong chuẩn.
3. Cơ chế giao tiếp.
Đặc trưng của CAN là phương pháp định địa chỉ và giao tiếp hướng đối tượng. Mỗi
thông tin trao đổi trong mạng được coi như một đối tượng, được gán một mã số căn
cước. Thông tin được gửi trên bus theo kiểu truyền thông báo với đọ dài có thể khác
nhau.

Các thông báo không được gửi tới một địa chỉ nhất định mà bất cứ trạm nào cũng có
thể nhận theo nhu cầu. Nội dung mỗi thông báo được các trạm phân biệt qua một mã
căn cước (IDENTIFIER). Mã căn cước không nói lên địa chỉ đích của thông báo mà chỉ
biểu diễn ý nghĩa của dữ liệu trong thông báo. Các trạm có thể tiếp nhận và xử lý thông
báo hoặc không tiếp nhận thông báo thông qua bộ lọc thông báo (Message Filtering).
Mỗi trạm có thể yêu cầu một trạm khác gửi dữ liệu bằng cách gửi một khung
REMOTE FRAME. Trạm có khả năng cung cấp nội dung thông tin đó sẽ gửi trả lại một
khung dữ liệu DATA FRAME có cùng mã căn cước với khung yêu cầu.
Một trạm CAN không cần biết thông tin cấu hình hệ thống nên việc bổ sung hay bỏ
đi một trạm trong mạng không đòi hỏi bất cứ một sự thay đổi nào về phần cứng hay
phần mềm ở các trạm khác. Trong mạng CAN có thể chắc chán rằng một thông báo
hoặc được tất cả các mạng quan tâm tieeos nhận đồng thời, hoặc không được mạng
nào tiếp nhận. Tính nhất quán dữ liệu được đảm bảo qua các phương pháp gửi đồng loạt
và xử lý lỗi.
4. Cấu trúc bức điện.
CAN sử dụng phương pháp định địa chỉ theo đối tượng. Mỗi đói tượng thông báo có
một tên riêng biệt hay nói cách khác là căn cước (IDENTIFIER), được sử dụng để truy
cập trên bus. Mỗi bức điện sẽ có một ô chứa căn cước của đối tượng với chiều dài 11 bit
(dạng khung chuẩn theo CAN2.OA, Standard Frames) hoặc 29 bit (dạng khung mở rộng
theo CAN2.OA, Extended Frame).
CAN định nghĩa có 4 kiểu bức điện sau :
- Khung dữ liệu (DATA FRAME) mang dữ liệu từ một trạm truyền tới các trạm
nhận.
- Khung yêu cầu dữ liệu (REMOTE FRAME) được gửi từ một trạm yêu cầu truyền
khung dữ liệu với cùng mã căn cước.
- Khung lỗi (ERROR FRAME) được gửi từ bất kỳ trạm nào phát hiện lỗi bus.
13
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
- Khung quá tải (OVERLOAD FRAME) được sử dụng nhằm tạo một khoảng cách

thời gian bổ sung giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu trong trường hợp một
trạm bị quá tải.
Hình 3.2. Cấu trúc khung dữ liệu ở CAN.
Hình 3.3. Cấu trúc khung quá tải ở CAN.
14
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
Hình 3.4. Cấu trúc khung lỗi ở CAN.
5. Truy cập bus.
CAN sử dụng phương pháp truy nhập môi trường CSMA/C, tức điều khiển phân
kênh theo từng bit. Phương pháp phân mức ưu tiên truy nhập bus dựa theo tính cấp thiết
của nội dung thông báo. Mức ưu tiên này phải được đặt cố định trước khi hệ thống đi
vào hoạt động.
Bất cứ một trạm nào trong mạng cũng có thể bắt đầu gửi thông báo mỗi khi đường
truyền rỗi. Mỗi bức điện đều bắt đầu bằng một bit khởi điểm và mã căn cước. Trong
trường hợp thực hiện bit giá trị 0 ứng với mức trội và bit giá trị 1 ứng với mức lặn, bit 0
sẽ lấn át. Vì vậy, mội thông báo có mã căn cước nhỏ nhất sẽ được tiếp tục phát. Trong
trường hợp xảy ra va chạm giữa một thông báo mang dữ liệu (DATA FRAME) và một
thông báo yêu cầu gửi dữ liệu (REMOTE FRAME) với cùng mã căn cước, thông báo
mang dữ liệu sẽ được ưu tiên.
6. Bảo toàn dữ liệu.
Nhằm đảm bảo an toàn tối đa trong truyền dẫn dữ liệu, mỗi mạng CAN đều sử dụng
kết hợp nhiều biện pháp để tự kiểm tra, phát hiện và báo hiệu lỗi.
Tất cả các trạm nhận thông báo phải kiểm tra sự nguyên vẹn của thông tin và xác
nhận thông báo. Khi phát hiện ra sự sai lệch trong thông báo, các trạm đều có trách
nhiệm truyền khung lỗi. Các thông báo bị lỗi đó sẽ bị dừng và được tự động phát lại.
Thời gian hồi phục từ khi phát hiện lỗi đến khi gửi thông báo tiếp theo tối đa la 31 thời
gian bit, nếu như không có lỗi xảy ra tiếp theo.
Các trạm CAN có khả năng phân biệt giữa nhiễu tức thời với lỗi kéo dài, ví dụ như
lỗi một trạm có sự cố. Các trạm hỏng sự bị tự động tách a khỏi mạng (về mặt logic).

7. Mã hóa bit.
Trước khi được chuyển đổi thành tín hiệu trên đường truyền, CAN sử dụng phương
pháp nhồi bit (bit stuffing). Dãy bit đầu vào cần nhồi bao gồm bit khởi đầu khung, ô
phân xử, ô điều khiển, dữ liệu và dãy CRC. Khi năm bit liên tục giống nhau, bộ phát sẽ
tự động bổ xung một bit nghịch đảo vào cuối. Bên nhận sẽ phát hiện ra bit được nhồi và
tái tạo thông tin ban đầu. Việc nhồi bit không được thực hiện với các phần còn lại của
khung dữ liệu và khung yêu cầu dữ liệu, cũng như với các khung lỗi và khung quá tải.
Cuối cùng dãy bit được mã hóa theo phương pháp Non-Return-to-Zero (NRZ).
15
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
16
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG
CÂN BẰNG GIÓ LÒ.
Để phân tích được cấu trúc của hệ thống cân bằng gió lò thì ta phải biết được hệ
thống cung cấp gió gồm có những phần từ nào. Các phần tử của hệ thống cung cấp gió
gồm có : Quạt gió vào; Quạt gió ra; Quạt gió sơ cấp; Quạt hút; Bộ gia nhiệt không khí;
Hệ thống các đường ống dẫn khói; Hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân bằng gió lò.
Như chúng ta đã biết gió ngoài trời có nhiệt độ từ C - C sẽ được hút trực tiếp vào lò
thông qua quạt gió vào. Lưu lượng của lượng gió vào được điệu chinh bới van cánh
hướng và tốc độ của quạt. Sau khi đưa qua quạt gió không khí được đưa qua bộ gia
nhiệt, đồng thời khói lò cũng được đưa đến bộ gia nhiệt này. Tại đây không khí và khói
lò sẽ trao đổi nhiệt với nhau làm cho nhiệt đọ không khí tăng lên trên C còn nhiệt độ
của khói lò sẽ giảm xuống còn khoảng C. Không khí sau khi đi qua bộ gia nhiệt được
đưa trực tiếp vào lò tham gia trực tiếp vào quá trình cháy. Đầu ra của bộ gia nhiệt là
khói thải ra môi trường. Lưu lượng khói thải ra môi trường sẽ được điều chỉnh bởi quạt
hút khói. Điều khiển gió và khói lò đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo quá

trình cháy của nhiên liệu : tức là đảm bảo sự chuyển đổi nhiên liệu thành nhiệt năng
theo yêu cầu công nghệ. Đại lượng điều khiển là dòng gió lưu thông và khói cháy. Đối
tượng điều khiển là quạt gió và van cánh hướng, thông tin được sử dụng điều khiển là
lượng nhiên liệu, áp suất chân không và lưu lượng của khói.
Ta đi tìm hiểu một đối tượng điều khiển trong cấu trúc của hệ thống cân bằng gió lò
là: hệ thống điều khiển độ mở van cánh hướng để biết được sự cân bằng gió trong lò
thông qua điều khiển độ mở của van cánh hướng như thế nào.
17
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử
Hình 4.2. Điều khiển độ mở van cánh hướng.
Van cánh hướng là thiết bị sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống điều khiển khói và
gió lò. Với mỗi một độ mở nhất định của van thì tương ứng với một lưu lượng khói và
gió đi qua. Cánh hướng gồm hai nửa liên kết với nhau bởi một bản lề phía giữa và có
thể quay được gần . Khi góc mở của cánh hướng giảm thì lưu lượng gió tương ứng đi
qua nó cũng giảm và ngược lại. Để điều khiển độ mở van cánh hướng ta sử dụng sơ đồ
điều khiển như sau :
Hình 4.3. Sơ đồ điều khiển độ mở van cánh hướng.
Cơ cấu điều khiển độ mở van cánh hướng thường được sử dụng hệ thống khí nén
hoặc hệ thống điện. Vị trí hay độ mở của van cánh hướng được đo và phản hồi về, sau
đó được đưa qua bộ so sánh với tín hiệu đặt (lưu lượng hoặc góc mở). Đầu ra của bộ so
sánh là tín hiệu sai lệch được đưa vào bộ điều khiển động cơ và đầu ra của bộ điều
khiển động cơ là tín hiệu đặt của động cơ và cơ cấu chuyển đổi để điều khiển góc mở
của van. Mục đích của hệ thống điều khiển này nhằm đảm bảo cho lưu lượng gió và
khói được ổn định. Đây cũng chính là mục đích ổn định quá trình cháy, nâng cao hiệu
suất cháy của nhiên liệu.
Tài liệu tham khảo !!!
18
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ
Bài tập : Nhà máy điện Nhà máy điện nguyên tử

- Mạng truyền thông công nghiệp. Tác giả : Hoàng Minh Sơn.
- Tài liệu môn Điều Khiển Nhà Máy Điện. Tác giả : Nguyễn Hữu Thung.
Lê Quốc Dũng.
- tailieu.vn.
- .
- /> - /> - /> 19
SV:Nguyễn Mạnh Tuấn Đ3-CNTĐ