khảo sát dao động offset dọc trục cho lò phản ứng wwer1000 sử dụng phần mềm wwer 1000

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



LƢU DIỄM MIÊN



KHẢO SÁT DAO ĐỘNG OFFSET DỌC TRỤC
CHO LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000
SỬ DỤNG PHẦN MỀM WWER-1000






LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ







TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2014
i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LƢU DIỄM MIÊN



KHẢO SÁT DAO ĐỘNG OFFSET DỌC TRỤC
CHO LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000
SỬ DỤNG PHẦN MỀM WWER-1000



Chuyên ngành.VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO
Mã số chuyên ngành. 60 44 05


LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. VÕ HỒNG HẢI




TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2014
ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, em đã nhận được
sự hướng dẫn, giúp đỡ vô cùng quý giá của các thầy cô, các anh chị, các bạn
và các em.
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô đã hết lòng
dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức vô cùng quý báu cho chúng em.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Võ Hồng Hải, người đã
hướng dẫn tận tình, truyền đạt những kinh nghiệm quý giá trong quá trình
nghiên cứu cũng như đã động viên em trong lúc khó khăn và tạo mọi điều kiện
thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phan Lê Hoàng Sang đã chỉ dẫn,
góp ý và hỗ trợ cho em rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này.
Qua đây em cũng gửi lời cảm ơn đến em Nguyễn Thị Thanh Tuyền
đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ những kinh nghiệm với em trong quá trình
nghiên cứu.
Xin cảm ơn gia đình đã luôn bên cạnh, dành thời gian quan tâm, chăm sóc
và tạo mọi điều kiện học tập để con đạt được như ngày hôm nay.
Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn luận văn vẫn còn nhiều sai sót,
em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để luận văn có thể
hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2014



Lưu Diễm Miên




iii

MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA i
LỜI CÁM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000
1.1. Tổng quan về lò phản ứng hạt nhân 3
1.2. Giới thiệu lò phản ứng WWER-1000 4
1.2.1. Lịch sử phát triển của NMĐHN WWER 4
1.2.2. Cấu tạo chung của NMĐHN WWER-1000 5
1.2.3. Những đặc tính chung của lò phản ứng WWER-1000 6
1.2.4. Nguyên lý hoạt động chung của lò WWER-1000 8
1.2.5. Cấu tạo chi tiết của lò phản ứng WWER-1000 8
1.2.5.1. Hệ thống làm mát lò 8
1.2.5.2. Bình áp suất của lò 10
1.2.5.3. Lõi lò 12
1.2.5.4. Hệ thống điều khiển bảo vệ bằng các thanh hấp thụ
(CPS-AR) 13
1.2.5.5. Máy điều áp 15
1.2.5.6. Bình sinh hơi 16
1.2.5.7. Máy bơm tuần hoàn chính 17
1.2.5.8. Hệ thống phụ trợ lò 18
1.2.5.9. Hệ thống tua-bin 18
1.2.5.10. Vòng mạch thứ cấp 19
1.2.5.11. Hệ thống làm mát và thổi khẩn cấp của bình sinh hơi 19
1.2.5.12. Hệ thống loại bỏ nhiệt thụ động 20
iv

1.2.5.13. Hệ thống truyền nhanh boron 21
1.3. Cơ sở lý thuyết về việc làm giàu nhiên liệu 21
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHIỄM ĐỘC XENON TRONG
LÒ PHẢN ỨNG
2.1. Cơ sở lý thuyết về nhiễm độc Xenon trong lò phản ứng 23
2.2. Nhiễm độc Xenon 23
2.3. Nhiễm độc Samari 31
2.4. Các dao động Xenon trong lò phản ứng WWER-1000 33
CHƢƠNG 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WWER-1000
3.1. Giới thiệu tổng quan phần mềm WWER-1000 37
3.2. Các trang giao diện của phần mềm WWER-1000 39
3.2.1. Trang điều khiển độ phản ứng (CPS) 39
3.2.2. Trang thông báo và hiển thị sự cố (TAB) 41
3.2.3. Trang mô phỏng vòng sơ cấp (1C) 42
3.2.4. Trang hệ thống cung cấp và thoát (TK) 44
3.2.5. Trang các hệ thống hỗ trợ xử lý (TQ) 46
3.2.6. Trang hệ thống nước làm mát (TF) 46
3.2.7. Trang mô phỏng vòng thứ cấp (2C) 47
3.2.8. Trang hướng dữ liệu (GRP) 49
3.2.9. Trang các thông số lõi lò (PAR) 49
3.2.10. Trang biểu đồ 3 chiều (3D) 50
3.3. Độ làm giàu nhiên liệu của lò phản ứng WWER-1000 trong phần mềm
mô phỏng WWER-1000 51
CHƢƠNG 4 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG OFFSET DỌC TRỤC TRONG
LÒ PHẢN ỨNG BẰNG PHẦN MỀM WWER-1000
4.1. Một số khái niệm 54
4.1.1. Offset dọc trục (AO) 54
4.1.2. Chu trình nhiên liệu 54
4.2. Các bước chạy chương trình mô phỏng 54

v

4.3. Kết quả và phân tích, đánh giá 57
4.3.1. Khảo sát dao động offset dọc trục 57
4.3.2. Khảo sát dao động offset dọc trục cho BOC và EOC đối với
loading 1 và loading 5 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

vi

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật
ngữ
Tiếng Anh
Tiếng Việt
ACC
Accumulator
Bộ tích trữ
AUU
Accelerated Unit Unloading
Giảm nhanh công suất
BOC
Begin Of fuel Cycle
Đầu chu trình nhiên liệu
BWR
Boiling Water Reactor
Lò phản ứng nước sôi
CANDU
Canada Deuterium Uranium

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

Điện hạt nhân
EP
Emergency Protection
Bảo vệ khẩn cấp
EOC
End Of fuel Cycle
Cuối chu trình nhiên liệu
FA
Fuel Assemblies
Bó nhiên liệu
GRP
Trends page
Trang chiều hướng
HPSI
High Pressure Safety
Injection
Hệ thống phun an toàn áp suất cao
IAEA
International Atomic Energy
Agency
Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế

LPSI
Low Pressure Safety
Injection
Hệ thống phun an toàn áp suất thấp
MCS
Main steam collector
Bộ thu gom hơi chính
MSV
Main steam valves
Những van hơi chính
MSIV
Main steam isolating valve
Van xả hơi chính
NMĐHN

Nhà máy điện hạt nhân
PCR
Power level limiting
regulator
Máy điều chỉnh giới hạn công suất
PP
Preventive protection
Bảo vệ ngăn ngừa
vii

PWR
Pressurized Water Reactor
Lò phản ứng nước áp lực
PHWR
Pressurized Heavy- Water-

moderated Reactor
Lò phản ứng áp lực nước nặng
SG
Steam Generator
Bình sinh hơi
TAB
Enunciators Page
Giao diện hiển thị 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
Giao diện cấp-thoát
TKxxSxx

Ký hiệu van dẫn nước sạch đến lò
RCP
Reactor coolant pump
Bơm tải nhiệt chính
VVER
Voda-Vodyanoi
Energetichesky Reaktor
Lò phản ứng hạt nhân nước - nước

(tiếng Nga)
WWER
Water Water Energy Reactor
Lò phản ứng hạt nhân nước - nước
viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các loại lò phản ứng [2] 3
Bảng 1.2. Tóm tắt lịch sử phát triển của lò WWER [11] 5
Bảng 1.3. Các thông số của lò phản ứng WWER-1000 [8] 7
Bảng 4.1. Hệ số tắt dần và chu kỳ dao động của thông lượng neutron và offset . 67

ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình chung nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò áp lực [10] 6
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân sử dụng công
nghệ nước áp lực [15] 8
Hình 1.3. Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER [8] 10
Hình 1.4. Một phần góc nhìn cắt của bình áp suất lò[8] 11
Hình 1.5. Sơ đồ thanh nhiên liệu [8] 13
Hình 1.6. Mặt cắt ngang bó thanh nhiên liệu [8],[2] 13
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống điều khiển bảo vệ bằng các thanh hấp thụ [8] 14
Hình 1.8. Bình điều áp [14] 16
Hình 1.9. Bình sinh hơi [2] 17
Hình 1.10. Sơ đồ của vòng tuần hoàn nước cung cấp [8] 19
Hình 2.1. Sơ đồ động học của đồng vị Xenon [4] 23
Hình 2.2. Sự phụ thuộc của
Xe
q
và
Xe

vào công suất lò [1]. 29
Hình 2.3. Hố Iod 31
Hình 2.4. Sơ đồ động học của đồng vị Samari [4] 33
Hình 2.5. Dao động Xenon tự do 34

Hình 3.1. Trang chọn mô phỏng và thiết lập điều kiện 37
Hình 3.2. Thanh điều khiển mô phỏng 38
Hình 3.3. Trang điều khiển độ phản ứng (CPS) 39
Hình 3.4. Trang thông báo và hiển thị sự cố (TAB) 42
Hình 3.5. Trang mô phỏng vòng sơ cấp (1C) 43
Hình 3.6. Trang hệ thống cung cấp và thoát (TK) 45
Hình 3.7. Trang các hệ thống hỗ trợ xử lý (TQ) 46
Hình 3.8. Trang hệ thống nước làm mát (TF) 47
Hình 3.9. Trang vòng mạch thứ cấp (2C) 48
Hình 3.10. Trang hướng dữ liệu (GRP) 49
Hình 3.11. Trang các thông số lõi lò (PAR) 50
Hình 3.12. Trang biểu đồ 3 chiều (3D) 51
x

Hình 3.13. Phân bố mật độ làm giàu đối với độ làm giàu loading 1 52
Hình 3.14. Phân bố mật độ làm giàu đối với độ làm giàu loading 5 53
Hình 4.1. Trang chọn mô phỏng và thiết kế 55
Hình 4.2. Trang CPS của mô phỏng ở những giây đầu 55
Hình 4.3. Trang CPS của mô phỏng ở giây thứ 10 56
Hình 4.4. Trang CPS của mô phỏng ở giây thứ 13 56
Hình 4.5. Trang CPS của mô phỏng sau giây thứ 16 57
Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của các thông số trong 100 giờ đầu ở đầu
chu trình với độ làm giàu loading 1 58
Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi các thông số ở cuối chu trình đối với
độ làm giàu loading 1 61
Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi các thông số ở cuối chu trình đối với
độ làm giàu loading 1 62
Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi các thông số ở đầu chu trình nhiên
liệu đối với độ làm giàu loading 5 63
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi các thông số ở cuối chu trình nhiên

liệu đối với độ làm giàu loading 5 64
Hình 4.11. Đồ thị fit kết quả mô phỏng 66






1

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay trên thế giới có trên 430 lò phản ứng năng lượng hạt nhân
thương mại đang hoạt động ở 31 nước với công suất trên 370000 MW và khoảng 70
lò phản ứng đang được xây dựng. Các nhà máy điện hạt nhân cung cấp hơn 11%
sản lượng điện năng của thế giới. Điện hạt nhân có tuổi thọ kéo dài và đầu tư vào
lĩnh vực điện hạt nhân là một nguồn lợi lớn để phát triển kinh tế của quốc gia.
Tuy nhiên, vấn đề được quan tâm nhất hiện nay đối với nhà máy điện hạt nhân là
an toàn của các lò phản ứng, đặc biệt là sau khi xuất hiện một số sự cố hạt nhân trên
thế giới. Vì vậy, việc vận hành an toàn nhà máy điện hạt nhân luôn được đặt lên
hàng đầu.
Việc đào tạo nguồn nhân lực làm việc trong lĩnh vực hạt nhân là rất cần thiết,
nhất là khi nước ta đang chuẩn bị xây dựng nhà máy điện nguyên tử Ninh Thuận
thì vấn đề nguồn nhân lực lại càng được quan tâm hàng đầu. Việc sử dụng các
phần mềm mô phỏng chuyên dụng là một trong những phương pháp đào tạo
khá hiệu quả.
Trong đề tài này, chúng tôi thực hiện khảo sát một số thông số đặc trưng cho
sự ổn định của lò trong quá trình hoạt động bằng phần mềm mô phỏng
WWER-1000. Các thông số được quan tâm ở đây là các dao động thông lượng
neutron, dao động offset dọc trục và dao động độ phản ứng ở đầu và cuối chu trình
nhiên liệu, ở các độ làm giàu khác nhau. Quá trình mô phỏng độc lập với hệ thống

an toàn của lò để có thể khảo sát được đặc tính của các dao động trên.
Luận văn được bố trí gồm 4 chương chính:
 Chương 1: Tổng quan về lò phản ứng hạt nhân WWER-1000.
Trong chương này, chúng tôi giới thiệu về lịch sử phát triển, cấu tạo và
nguyên lý hoạt động của lò phản ứng WWER-1000. Đồng thời cũng cung cấp
những thông số kỹ thuật và cấu tạo chi tiết của một số thiết bị chính trong
lò phản ứng WWER-1000.

2

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết về nhiễm độc Xenon trong lò phản ứng
Chương 2 chủ yếu xây dựng phương trình tính nồng độ Xenon trong lò
phản ứng, chứng minh được qui luật tăng giảm Xenon trong lò. Từ đó thấy được
ảnh hưởng của Xenon đối với hoạt động của lò.
Trong chương này chúng tôi cũng giới thiệu về dao động Xenon trong lò
phản ứng về khái niệm, phân loại và một số đặc tính của nó.
 Chương 3: Giới thiệu phần mềm mô phỏng WWER-1000.
Chương này đưa đến cho người đọc cái nhìn tổng quan về phần mềm
mô phỏng WWER-1000. Qua đây chúng tôi giới thiệu các trang giao diện chính
cùng chức năng của mỗi trang và cách thức chạy một bài mô phỏng bằng phần mềm
WWER-1000.
 Chương 4: Khảo sát dao động offset dọc trục trong lò phản ứng bằng
phần mềm WWER-1000.
Chương 4 trình bày cách thức chạy các bài mô phỏng đã được thiết kế sẵn để
khảo sát dao động offset trong lò. Từ kết quả của việc mô phỏng và vận dụng
những kết quả đã được chứng minh ở chương 2, chúng tôi tiến hành giải thích sự
hình thành một số dao động trong lò như dao động của thông lượng neutron,
dao động của độ phản ứng và dao động offset dọc trục.
Cũng trong chương này, chúng tôi khảo sát một số đặc tính của quá trình
dao động như biên độ dao động, hệ số tắt dần và chu kỳ dao động của các thông số

nói trên.






3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN WWER-1000
1.1. Tổng quan về lò phản ứng hạt nhân
Hiện nay, công nghệ lò phản ứng phát triển rất phong phú và đa dạng, có trên
10 loại lò phản ứng đang được nghiên cứu và sử dụng. Mỗi loại lò có những ưu thế
riêng vì vậy việc sử dụng và phát triển loại lò nào phụ thuộc vào ý đồ chiến lược,
trình độ khoa học-kỹ thuật của mỗi quốc gia.
Căn cứ vào chất làm chậm, chất tải nhiệt và cấu trúc của lò, lò phản ứng được phân
loại như trong bảng 1.1.[11]
Bảng 1.1. Các loại lò phản ứng [11]
STT
Loại lò
Tên gọi
Nhiên liệu
Chất
làm chậm
Chất
tải nhiệt
1
PWR
Lò nước áp lực

Urani làm giàu nhẹ
2- 5%
2
HO

2
HO

2
BWR
Lò nước sôi
Urani làm giàu nhẹ
2- 5%
2
HO

2
HO

3
WWER
Lò nước áp lực
Urani làm giàu nhẹ
2- 5%
2
HO

2
HO

4
PHWR-
CANDU
Lò nước nặng
kênh áp lực
Urani tự nhiên
0,7%
2
DO

22
,D O H O

5
GCR
Lò khí grafit
Urani tự nhiên
0,7%
Grafit
Khí He
6
LWGR
Lò nước grafit
kênh áp lực
Urani tự nhiên
0,7%
Grafit
2
HO

7
AGR
Lò khí grafit cải
tiến
Urani tự nhiên
0,7%
Grafit
Khí He
8
FBR
Lò nhanh tái sinh
Urani làm giàu
hoặc Plutoni
Không
Na

4

Mặc dù có nhiều loại lò như vậy nhưng trên thực tế chỉ có 3 loại lò
được phát triển nhiều nhất là PWR, BWR và PHWR- CANDU. Trong đó, loại lò
nước áp lực PWR chiếm tỉ lệ lớn nhất, từ 60%-70%.
1.2. Giới thiệu lò phản ứng WWER-1000
WWER là từ viết tắt của Water Water Energy Reactor (nước Nga kí hiệu là
VVER (Voda Voda Energo Reactor)) có nghĩa là một lò phản ứng năng lượng
sử dụng nước vừa là chất làm chậm vừa là chất tải nhiệt. Lò WWER sử dụng
nguồn nguyên liệu làm giàu Uranium 3,92% thuộc họ lò nước áp suất, được
sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Thiết kế 1000MW tiên tiến của WWER
(WWER-1000) có nhiều biến thể ở các nước khác nhau, tuy nhiên tất cả đều được
lấy từ mẫu cơ bản WWER V-392 [8]. Mô hình của những nhà máy này có những
thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu của đất nước sử dụng.

1.2.1. Lịch sử phát triển của nhà máy phát điện hạt nhân WWER
Hiện tại có trên 50 lò phản ứng hạt nhân loại VVER-440 và WWER-1000
đang hoạt động ở Nga, Ukraine, Hoa Kỳ, Phần Lan, Bulgaria, Hungary, Czech,
Slovakia, Trung Quốc và Iran [2]. Có thể tóm tắt sự phát triển của NMĐ sử dụng
loại lò WWER theo Bảng 1.2[2] .












5

Bảng 1.2. Tóm tắt lịch sử phát triển của lò WWER [2]
Năm
Tên lò
Đặc điểm
1956 -
1970
V-230
Công suất 444 MW, các hệ thống an toàn có độ dư
gấp 2.
1970 – 1976
V-213

Công suất 444 MW, các hệ thống an toàn có độ dư
gấp 3.
1970 – 1980
WWER-1000
Công suất 1000 MW, ứng phó được với sự cố
cùng lúc vỡ ống đường kính lớn, động đất theo
thiết kế cơ bản và mất điện hoàn toàn.
Sau tai nạn
Chernobyl
VVER-88
Công suất 500 MW và 1000 MW, có thể đối phó
với trường hợp mất điện kéo dài 24 h; kiểm soát
lượng Hydro sinh ra trong lò;…
VVER-91
(AES-91)
Công suất 1000 MW, thế hệ thứ 3, sử dụng các
thiết bị điều khiển phương Tây.
VVER-92
(AES-92)
Công suất 1000 MW, thế hệ thứ 3+, có tính kinh tế
cao và hoàn thiện triệt để vấn đề an toàn, xác suất
nóng chảy vùng hoạt 5,6x10
-8
.
AES-2006
Công suất 1200 MW, kết hợp tối ưu các hệ thống
an toàn chủ động và an toàn thụ động trên cơ sở
kinh nghiệm từ AES-91 và AES-92.

1.2.2. Cấu tạo chung của nhà máy điện hạt nhân WWER

 Nhà lò: toàn bộ lò phản ứng chứa trong nhà lò. Bao gồm 1 thùng lò, 4 bình
sinh hơi, 1 bình điều áp, 4 máy bơm tuần hoàn chính.
 Nhà chứa tua-bin phát điện: bao gồm toàn bộ turbine và hệ thống cung cấp
nước cho lò phản ứng.
 Hệ thống phụ trợ: giúp bảo vệ hệ thống an toàn cho lò. Bao gồm hệ thống
phun an toàn áp suất cao, hệ thống phun an toàn áp suất trung bình, bộ tích trữ
và hệ thống phun an toàn áp suất thấp.
6



Hình 1.1 Mô hình chung nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò áp lực [10]
1.2.3. Những đặc tính chung của lò phản ứng WWER-1000
Lò phản ứng là phần cơ bản nhất của nhà máy điện hạt nhân, là nơi diễn ra
các phản ứng phân hạch dây chuyền, giải phóng năng lượng. Lò phản ứng
WWER-1000 là loại lò nước áp lực sử dụng nước làm chất tải nhiệt và chất làm
chậm. Nguồn nguyên liệu sử dụng là urani được làm giàu nhẹ từ 2%-5%.
Lò WWER có chu kì nguyên liệu khoảng 3 năm và cần được nạp lại nhiên liệu
hàng năm, lượng bằng 1/3 lõi, vào khoảng 55 bó nguyên liệu (như lò phản ứng
VVER KudanKulam ở Ấn Độ)[8]. Lò phản ứng bao gồm 4 vòng và 1 hệ thống áp
suất được nối với lò phản ứng. Mỗi vòng chứa 1 máy tạo hơi nước nằm ngang, một
máy bơm tuần hoàn chính và 1 phần phụ của hệ thống làm mát lõi lò. Các vòng
được kết nối với hệ thống điều áp bằng đường ống kết nối. Nhà máy phản ứng bao
gồm hệ thống bảo vệ và quản lý lò, những đặc tính an toàn được thiết kế trước, hệ
thống phụ trợ, hệ thống chứa và xử lý nhiên liệu,… Những đặc tính của lò phản ứng
WWER-1000 được thể hiện trong bảng 1.3[8].
7

Bảng 1.3. Các thông số của lò phản ứng WWER-1000 [8]
Công suất nhiệt

3000MW
Công suất điện
1000MW
Số vòng loop
4
Áp suất trong vòng sơ cấp
15,7MPa
Nhiệt độ chất làm mát danh định
Tại đầu vào
Tại đầu ra

0
291 C

0
321 C

Tốc độ chảy của chất làm mát qua lò
3
86000 /mh

Áp suất của máy bơm làm mát chính
0,64MPa
Bình sinh hơi (nằm ngang)
4
Áp suất hơi
6,27MPa
Lưu lượng dòng hơi nước
408,33 x 4 kg/s
Bình điều áp

Thể tích hơi thông thường
Thể tích nước bình thường
1
3
24m

3
55m

Đường kính của đường ống dẫn chất làm
mát
850mm
Đường kính trong của lò
4134mm
Chiều cao tổng của lò
11185mm
Số bó nhiên liệu hình lục giác
163
Số thanh điều khiển
121
Thời gian sống
40 năm
Sức chứa của lò
Gấp đôi đường ống thép sơ cấp
Tua-bin máy phát điện
1000MW
8

1.2.4. Nguyên lý hoạt động chung của lò WWER-1000

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của nhà máy điện hạt nhân sử dụng công nghệ
nước áp lực [15]
Ở vòng sơ cấp, nước áp lực được bơm tuần hoàn đưa vào vùng hoạt của lò,
nhận nhiệt lượng từ các bó nhiên liệu rồi được dẫn đến bình sinh hơi. Sau khi
trao đổi nhiệt tại bình sinh hơi, nước trong vòng sơ cấp hạ nhiệt độ và được bơm
tuần hoàn chính đưa trở lại lõi lò.
Ở vòng thứ cấp, nước được bơm vào bình sinh hơi và bị hóa hơi. Hơi nước
được dẫn đến làm quay tua-bin của máy phát điện. Sau đó, hơi nước được làm lạnh,
chuyển về pha lỏng tại bình ngưng tụ rồi được bơm trở lại bình sinh hơi.
Nước trong vòng sơ cấp có thể đạt đến
0
325 C
, vì vậy trong vòng sơ cấp
được trang bị bình điều áp để duy trì áp suất nước trong vòng sơ cấp cao gấp
150 lần áp suất khí quyển nhằm ngăn cản nước sôi. Nước trong vòng thứ cấp
có áp suất thấp hơn nhiều so với vòng sơ cấp [12].
1.2.5. Cấu tạo chi tiết của lò phản ứng WWER-1000 [8]
1.2.5.1. Hệ thống làm mát lò
Mục đích chính của hệ thống làm mát lò là truyền tải nhiệt được tạo ra từ
lõi lò đến với máy tạo hơi nước, nơi mà hơi nước được tạo ra để chạy tua-bin
máy phát điện.
9

Nước làm mát của hệ thống đã được khử khoáng và thêm borat được dùng để
điều khiển và phản xạ neutron, đồng thời cũng là dung môi cho các chất hấp thụ
neutron dùng trong hệ thống xử lý hóa học.
Giới hạn áp suất của hệ thống làm mát tạo ra một rào cản phòng ngừa
việc đưa phóng xạ tạo ra trong lò ra ngoài. Giới hạn này còn được thiết kế để
đảm bảo tính toàn vẹn cao trong suốt quá trình sử dụng. Hệ thống làm mát lò
WWER-1000 bao gồm bình áp suất, 4 vòng làm mát và hệ thống áp suất,

được kết nối đến 1 vòng làm mát. Mỗi vòng làm mát bao gồm 1 máy bơm làm mát
sơ cấp, một bình sinh hơi nằm ngang và 1 đường ống làm mát sơ cấp. Hệ thống
bình điều áp tạo ra một điểm tựa cho hệ thống, bình sinh hơi và máy bơm làm mát
được chế tạo từ vật liệu có tính đàn hồi để thích ứng với giãn nở vì nhiệt.
Máy điều áp, được nối với chân nóng của 1 vòng bằng đường điều áp, dùng để
duy trì áp suất trong hệ thống làm mát và bù đắp cho những thay đổi nhanh về
thể tích của chất làm mát.
Chất làm mát của vòng sơ cấp được giữ dưới áp suất để duy trì nhiệt độ hơi
mát trong quá trình vận hành. Thiết kế nhiệt-thủy lực của hệ thống ngăn ngừa sự sôi
hạt nhân trong bó nhiên liệu, đồng thời đảm bảo tối ưu việc lựa chọn kích cỡ
bình sinh hơi và năng suất của máy bơm chất làm mát. Việc phân nhỏ hệ thống
làm mát thành một số vòng giúp người dùng có thể tiếp tục vận hành hệ thống lò
bằng 2 hoặc 3 vòng ở mức năng suất tương ứng thấp hơn, trong trường hợp
một hoặc hai máy bơm chất làm mát của lò bị hư hỏng.
Sơ đồ hệ thống làm mát lò hay vòng sơ cấp được mô tả như hình 1.3 [8]
10


Hình 1.3. Những bộ phận chính trong vòng sơ cấp lò WWER [8]
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.
1.2.5.2. Thùng lò áp lực
Bình trong lò được thiết kế để chứa thành phần bên trong của lò và
các bó nhiên liệu của lõi. Lò phản ứng cùng với các thanh điều khiển có chiều cao
tổng thể là 19m và đường kính 4,5m. Bình áp suất của lò là 1 bình chứa hình trụ
thẳng đứng, làm từ vòng hợp kim ép nén có độ tinh khiết cao, bền, và dày 200mm,
được hàn vào nhau. Bình áp suất không có các mối hàn trong vùng lõi, bề mặt trong
có lớp phủ thép không rỉ có khoáng chất Auxtenit. Bình có một nắp và những
thành phần niêm kín bình có thể tách rời. Phần trên bình của lò có 2 hệ thống
miệng ống ở 2 bề mặt. Ở bề mặt trên, có 4 miệng ống đưa chất làm mát ra khỏi lò;

ở bề mặt dưới có 4 miệng ống đưa chất làm mát vào lò. Mỗi miệng ống tương ứng
với một vòng tuần hoàn của chất làm mát.
Bình của lò chứa thùng lõi, thùng lõi chứa tất cả những thành phần của lõi
bao gồm cả bó nhiên liệu. Thùng lõi có những lỗ hổng đục ở dưới đáy, nó cho phép
nước tuần hoàn có thể đi vào lõi lò. Thùng lõi còn có những lỗ hỏng đục ở phía trên
để nước nóng đi ra khỏi lõi. Tất cả thành phần của lõi đều được làm bằng thép
không rỉ có Auxtenit.
11

Lò phản ứng và nắp trên được giữ trong một hố bê tông trong hầm chứa.
Hệ thống đầu (chứa cơ chế chạy các thanh điều khiển) được đặt trên bình,
được đóng chốt vào vành lò bằng 54 đinh tán. Lò được gia cố trên mặt bê tông,
thông qua đai siết trên bề mặt phía ngoài của bình, phía dưới vùng miệng ống.
Đệm kín xi-phông (được hàn vào vành lò) đóng kín hố bê-tông. Toàn bộ bề mặt
ngoài của lò được phủ 1 lớp cách nhiệt. Hình 1.4 cho thấy một phần góc nhìn cắt
của bình áp suất lò với các thành phần bên trong [8].












Hình 1.4. Một phần góc nhìn cắt của bình áp suất lò [8].
Bên trong lò được thiết kế chủ yếu dùng cho việc dẫn chất làm mát lò, che chắn

bình khỏi những phóng xạ từ lõi, trợ lực và giữ các bó nhiên liệu, giữ mẫu vật
phóng xạ và cuối cùng là hướng dẫn cơ học máy móc các bó điều khiển
và đường dẫn khí cụ đo kiểm.
 Thùng lò: là 1 bình hình trụ có đáy hình elip và được đục những lỗ
nhỏ. Bó nhiên liệu được đặt cố định vào những vị trí cụ thể tại đáy thùng lò.
Thùng còn điều khiển chất làm mát theo một mạch chảy đồng bộ. Đỉnh thùng được
trợ lực ở vùng vành của bình lò. Cả bình được ngăn không cho rung động ở đáy
bằng 8 chốt trục ở bề mặt trong của bình, được đặt trong những ngăn trên thùng.
12

Ở phần trên của thùng, những lỗ có đường kính 180mm được đục để thoát chất làm
mát ra ngoài.
 Vách ngăn của lò: được đặt trong thùng lò ở khu vực trung tâm.
Nó tạo không gian cho những bó ở rìa và chắn dòng neutron để bảo vệ bình lò.
Nó còn bao gồm 5 vòng được ép nén và liên kết với nhau một cách cơ học.
Vòng ở đáy được cố định vào vành đai của thùng lõi. Những trục dọc ở bề mặt
trong của thùng được khớp với những rãnh nằm ở mặt ngoài của đáy.
Những lỗ chiều dọc được đục để đảm bảo việc làm mát vách ngăn của lò.
 Bó các ống bảo vệ được thiết kế để sắp xếp những bó nhiên liệu vào
vị trí, phòng ngừa việc chúng nổi lên, để hợp nhất hệ thống theo dõi trong lõi,
để bảo vệ việc chạy các thanh điều khiển khỏi dòng chất làm mát, cuối cùng là để
tạo một dòng chảy thoát chất làm mát ra đồng bộ, chảy vào thùng lõi và bình lò.
Nó bao gồm 2 đĩa được nối với nhau bằng 1 vỏ đục lỗ với những ống cho các những
bó thanh điều khiển và hệ thống theo dõi. Nó được cố định vào vị trí phía trên
của vành thùng lõi. Phần đáy được đặt vào đầu của những bó nhiên liệu.
1.2.5.3. Lõi lò
Lõi lò có 163 bó nhiên liệu được xếp thành hình lục giác với sự trợ giúp
của cấu trúc hỗ trợ bằng thép không rỉ. Mỗi bó nhiên liệu có 331 vị trí, trong số đó
18 vị trí dành cho thanh điều khiển, 1 vị trí dành cho ống đo đạt và cân bằng, 311
vị trí có chứa viên nhiên liệu uranium dioxide làm giàu nhỏ, được đặt trong những

ống Zr-Nb. Nguồn nguyên liệu làm giàu uranium tối đa 4,1% được đặt trong khuôn
hình lục giác. Những viên nhiên liệu có lõi đồng trục trung tâm. Sơ đồ thanh
nhiên liệu và bó nhiên liệu được biểu diễn ở hình 1.5 [8].
Những khuôn ngăn bằng thép không rỉ được đặt cách nhau mỗi 255mm trong
suốt chiều cao của lõi. Bên trong các bó nhiên liệu, ở phía trên có một lò xo để giữ
cho các bó nhiên liệu ở đúng vị trí. Việc nạp và tháo dỡ nhiên liệu được thực hiện
với sự trợ giúp của những máy nạp nhiên liệu được thiết kế đặc biệt, được đặt trên
lò.
13

Việc sắp xếp những bó nhiên liệu với những thanh hấp thu có thể cháy được
nằm trong lõi cho vòng xoay đầu tiên được vẽ ở hình 1.6.


Hình 1.6. Mặt cắt ngang bó thanh nhiên liệu[8],[2]
1. Thanh nhiên liệu, 2. Ống chứa thanh điều khiển,
3. Ống trung tâm đặt dụng cụ đo kiểm.
Hình 1.5. Sơ đồ thanh nhiên liệu [8]
1. Pin, 2. Nắp đậy, 3. Kênh dẫn
4. Ống trung tâm, 5. Thanh nhiên liệu
6. Khuôn ngăn bằng thép
7. Khuôn lưới thấp, 8. Đoạn nối cuối.
1.2.5.4. Hệ thống điều khiển bảo vệ bằng các thanh hấp thụ (CPS-AR)
Các thanh hấp thụ có thể được chèn vào lõi thông qua những ống hướng dẫn
được cung cấp ở phần đỉnh của lõi. Một hệ thống CPS-AR gồm 1 chuỗi 18 thanh
hấp thụ được xếp theo hình 1.7 [8]. CPS-AR có thể được chèn vào 1 bó nhiên liệu.

14













Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống điều khiển bảo vệ bằng các thanh hấp thụ [8].
1. Nắp kẹp, 2. Khe CPS AR, 3. Lò xo giảm xóc, 4. Lớp phủ hợp kim,
5. Thanh bằng thép hoặc hợp kim, 6. Chốt bọc lưới niken,
7. Bột hấp thụ
4
BC
, 8. Bột hấp thụ
2 3 2
Dy O TiO
.
CPS AR bao gồm 1 nắp kẹp và từng lò xo giảm xóc cho mỗi chi tiết hấp thụ.
Nắp kẹp gồm một ống lót trục bằng thép với những khớp điều khiển được kết nối
với trục. Những chi tiết hấp thụ di chuyển qua những lỗ trên bên hông. Lò xo

giảm xóc được cài vào những đỉnh trên của những chi tiết hấp thụ ở cả 2 bên của
phần hông. Nắp của CPS-AR có 1 bộ phận tiếp nhận để nối lưỡi lê với trục nối dài
của thanh điều khiển, nắp còn có 1 đường rãnh xuyên suốt để đặt cố định pin để
tránh việc xoay chuyển ngoài ý muốn của trục nối dài, có thể dẫn đến hiện tượng
tách rời.
Nguyên liệu hấp thụ là bột nén vibro có boron carbide B
4
C, nhưng ở đáy
thì được thay thế bằng dysprosium titanate (lên đến độ cao tối đa là 30cm).
Hệ thống thanh điều khiển điện từ: được thiết kế để tạo chuyển động
từng bước một của những bó điều khiển bên trong lõi lò, nhằm mục đích:
 Tự động điều chỉnh để đạt 1 mức năng lượng lò được đặt trước