khảo sát dao động offset dọc trục cho lò phản ứng wwer 1000 ở đầu boc và cuối eoc chu trình nhiên liệu sử dụng phần mềm wwer 1000

I HC QUC GIA THÀNH PH H CHÍ MINH
NG I HC KHOA HC T NHIÊN
KHOA VT LÝ  VT LÝ K THUT
B MÔN VT LÝ HT NHÂN



KHOÁ LUN TT NGHIP I HC

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG OFFSET DỌC TRỤC
CHO LÒ PHẢN ỨNG WWER-1000 Ở ĐẦU (BOC)
VÀ CUỐI (EOC) CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU
SỬ DỤNG PHẦN MỀM WWER-1000


SVTH: Nguyn Th Thanh Tuyn
GVHD: ThS. Phan Lê Hoàng Sang
TS. Võ Hng Hi
GVPB: TS. Lê Bo Trân



Thành ph H Chí Minh  
LỜI CẢM ƠN
c tiên em xin gi li cn toàn th quý Thi hc
Khoa hc T nhiên Thành ph H Chí Minh  quý Thy Cô khoa Vt lý  Vt lý
K thut  quý Thy Cô cùng anh ch cán b tr B môn Vt lý Ht nhân y d,
truyt nhng kin thc vô cùng quý báu, không ch là kin thc sách v mà c
kin thc trong cuc sng dành cho sinh viên chúng em trong sui
hc.
Em vô cùng bii li ci th

trc tip ng dn em hoàn thành khoá lun tt nghiy Võ Hng
Hi thng dng và luôn có nhng li
nhc nh, góp ý vô cùng quý báu dành cho em. Và thy Phan Lê Hoàng Sang,
i th cn, trc tip ch dng dn em tng chi tit giúp em
hiu rõ rt nhiu trong sut thi gian em thc hin làm khoá lun này.
Em xin gi li cn cô Lê Bi gian  c và
giúp em chnh sa khoá lun. Bên c cho em nhng gi ý, nhc nh
quan trng giúp em hoàn thành khoá lun tt nghip này.
Xin c bên cnh chia s và có nhng lng viên tinh
thn.
c bit, c và ch gái luôn dành thy d và
to mu kin hc t con hc tp t
Xin c

Nguyn Th Thanh Tuyn

i

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC VIẾT TẮT iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÒ VÀ LÝ THUYẾT VỀ NHIỄM ĐỘC
XENON TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN WWER-1000 2
1.1. c lch s 2
1.2. Tng quan lò phn ng WWER-1000 3
1.3. Lý thuyt v s nhic xenon trong lò phn ng WWER-1000 4
1.4. ng xenon trong lò phn ng WWER-1000 10

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WWER-1000 14
2.1. Gii thiu tng quan phn mm WWER-1000 14
2.2. Các giao din mô phng ca phn mm WWER-1000 15
2.2.1. u khi phn ng (CPS) 16
2.2.2.  xut (TAB) 19
2.2.3. Trang vòng mp (1C) 20
2.2.4. Trang h thng cung c 21
2.2.5. Trang các h thng h tr x lý (TQ) 22
2.2.6. Trang h thc làm mát (TF) 23
2.2.7. Trang vòng mch th cp (2C) 23
2.2.8. ng d liu (GRP) 25
2.2.9. Trang các thông s lõi lò (PAR) 25
ii

2.2.10. Trang bi 3 chiu (3D) 26
CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG OFFSET DỌC TRỤC Ở ĐẦU
(BOC) VÀ CUỐI (EOC) CHU TRÌNH Ở CÁC MỨC LÀM
GIÀU NHIÊN LIỆU KHÁC NHAU CỦA LÒ PHẢN ỨNG
WWER-1000 28
3.1. Các khái nim 28
3.2. c ch 31
3.3. Kt qu 32
3.4. Phân tích và nhn xét 37
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO 41
iii

DANH MỤC VIẾT TẮT
Ch vit tt
Ting Anh

Ting Vit
WWER
Water Water Energy Reactor
Lò phn c áp lc
PWR
Pressurized Water Reactor
Lò phn c áp lc
BWR
Boiling Water Reactor
Lò phn c sôi
CANDU
CANada Deuterium Uranium

PHWR-
CANDU
Pressurized Heavy Water Reactor-
CANDU
Lò phn c nng
BOC
Begin Of fuel Cycle
u chu trình nhiên liu
EOC
End Of fuel Cycle
Cui chu trình nhiên liu
CR
Control Rod
Thanh u khin
ACP
Automatic Power Controller
B u khin công sut t

ng
EP
Emergency Protection
Bo v khn cp
PP
Preventive Protection
Bo v d phòng
AUU
Accelerated Unit Unloading
Gim nhanh công sut
CPS
Reactivity Control Page
u khin chính
TAB
Enunciator Page
 xut
1C
Primary Circulation Loop Page
Vòng mp
iv

2C
Secondary Circulation Loop Page
Vòng mch th cp
TK
Feed And Bleed System Page
Trang h thng cung cp và

TQ
Process Support Systems Page

Trang các h thng h tr x lý
TF
Extraction Water Cooling System
Page
Trang h thc làm mát
GRP
Trends Page
ng d liu
PAR
Reactor Core PARameters Page
Trang các thông s lõi lò
3D
Three Dimension Diagram Page
 th 3 chiu

v

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Phân loi lò phn ng [4] 2
Bảng 1.2. Các thông s ng Xenon dc trng
Xenon xuyên tâm [10] 12
Bảng 3.1. Kt qu fit h s tt và chu k ng ca thông s Offset dc trc
ng neutron 37


vi

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang

Hình 1.1.  nguyên lý hong ci vi loi lò WWER [11] 4
Hình 1.2.  ng hc cng v Xe
135
. 5
Hình 1.3. S ph thuc c nhi m phn ng
ng neutron [2] 9
Hình 1.4. Hình biu ding Xenon dc trc 12
Hình 1.5. Hình biu ding Xenon xuyên tâm 12
Hình 1.6. Hình biu ding Xenon dc trc và xuyên tâm 13
Hình 2.1. Các task và các thit lp mô phu 14
Hình 2.2. Thanh công c mô phng 16
Hình 2.3. u khi phn ng (CPS) 17
Hình 2.4.  xut (TAB) 19
Hình 2.5. Trang mp (1C) 20
Hình 2.6. Trang h thng cung c 21
Hình 2.7. Trang các h thng h tr x lý (TQ) 22
Hình 2.8. Trang h thc làm mát (TF) 23
Hình 2.9. Trang vòng mch th cp (2C) 24
Hình 2.10. ng d liu (GRP) 25
Hình 2.11. Trang các thông s lõi lò (PAR) 26
Hình 2.12.  th 3 chiu (3D) 27
Hình 3.1. Phân b m làm giàu nhiên lii vi loading 1 29
Hình 3.2. Phân b m làm giàu nhiên lii vi loading 5 30
Hình 3.3. Trang các task chn mô phng 31
Hình 3.4. Trang giao din chính CPS  giây th 14 32
Hình 3.5.  th biu din s bii ca các thông s  u chu trình
nhiên liu v làm giàu loading 1 33
vii

Hình 3.6.  th biu din s bii ca các thông s  cui chu trình

nhiên liu v làm giàu loading 1 34
Hình 3.7.  th biu din s bii ca các thông s  u chu trình
nhiên liu v làm giàu loading 5 35
Hình 3.8.  th biu din s bii ca các thông s  cui chu trình
nhiên liu v làm giàu loading 5 36
1

LỜI MỞ ĐẦU
Theo Tn lc Vit Nam EVN, t nay n 
Vit Nam s còn xy ra tình trng thin và phi mt vi nhng th thách to
lncông tác chun b cho d n ht nhân u tiên  c ta
cc tri sng, nhng nhu cng
cho công cuc công nghip hoá, hii hc. Trong d n
h     c ta d kin xây dng theo công ngh lò phn ng
c h tr bi Nga. Vic tìm hiu v công ngh WWER-1000 là quan
trng và cn thi 2012, ng nguyên t quc t IAEA h tr
các gói phn mm mô phng   i hc Khoa hc T nhiên-TpHCM,
    -1000. Gói phn m     c trin khai
nghiên cu ti BM. Vt lý Ht nhân, phc v cho công tác ging dy, o trong
n ht nhân.
Trong khoá lun này, chúng tôi thc hin kho sát mt thông s quan trng
th hin tính nh ca vùng hot trong lò phn ng. Chúng tôi thc hin  tài
kho sát thông s Offset dc trc cho lò phn ng WWER-1000 s dng phn mm
WWER-1000 ca IAEA. M là tìm nguyên nhân, gi hình thành
và kho sát bn cht cng Offset. C th chúng tôi tin hành kho sát các
 ng Offset dc trc,    ng neutron   phn ng  u
(BOC) và cui v làm giàu th làm giàu cao.
Khoá lu
ng quan lò và lý thuyt v nhic Xenon trong lò phn ng
ht nhân WWER-1000.

i thiu phn mm mô phng WWER-1000.
ng Offset  u và cui chu trình  các mc làm
giàu nhiên liu khác nhau ca lò phn ng WWER-1000.
2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÒ VÀ LÝ THUYẾT VỀ NHIỄM ĐỘC XENON
TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN WWER-1000
1.1. Sơ lược lịch sử
Hin nay, trên th gii có nhiu loi lò phn ng hc s dng. Mi
loi lò s có nh khác nhau. Vic la chn s dng và phát trin loi lò
nào cn ph thu chi khoa hc  công ngh ca mi quc
gia. Có nhiu cách phân loi lò phn ng khác nhau. Bng 1.1 trình bày v các loi
lò phn ng hin nay, da vào cht làm chm và cht ti nhit.
Bảng 1.1. Phân loi lò phn ng [4]
STT




làm ch


1
PWR


2 - 5%
H
2
O

H
2
O
2
BWR


2 - 5%
H
2
O
H
2
O
3
WWER


2 - 5%
H
2
O
H
2
O
4
PHWR-
CANDU




D
2
O
D
2
O, H
2
O
5
GCR
Lò khí grafit

Grafit
Khí He
6
LWGR



Grafit
H
2
O
7
AGR
Lò khí grafit


Grafit

Khí He
8
FBR
Lò nhanh tái sinh

Plutoni
Không
Na
Trong lò phn ng ht nhân, nhit sinh ra do phn ng phân hch dây chuyn
bi mt s nhiên liu h U
235
, Pu
239
. Các sn phm phân hch là mnh
v ca nhiên liu ht nhân. , Xenon c xem là cht nhic trong lò
phn ng, mà cht này hp th neutron trong lò. Vic nghiên cu v c
xem là rt quan trng và   n tính  nh ca lò phn ng. Mt s
nghiên cu v Xenon c th 
3

   ng X     lò l   c
kho sát  lò phn ng Savannah River Site (SRS) [6].
ng Xenon bu tiên.
Các phân tích tip tc c m rng bi Randal
 [6].
u v ng Xn mnh trên
c lý thuyt và thc nghim [6].
Nhng nghiên cu  u cho thy  u kin d n vic xy ra
ng Xenon  c lõi lò ln và m ng cao ng
yu t luôn có trong các lò phn ng hin nay.

1.2. Tổng quan lò phản ứng WWER-1000
WWER (hoc VVER) là vit tt ca Water Water Energy Reactor, là
loi lò phn ng c áp lc s dc nh va làm cht làm chm va làm
cht ti nhit. Loi lò này do Nga thit k da trên mô hình ca loi lò PWR vi
công sut t 440 MW  1200 MW. Lò phn ng WWER-1000 có công sut là 1000
MW.
Lò phn ng WWER có 2 vòng mi là vòng p
(1C) và vòng th cp (2C). Nguyên lý hong ca hai vòng mch này c trình
i.
4


Hình 1.1.  nguyên lý hong ci vi loi lò WWER [11]
Ti p, c áp lc máy n hoàn vào lõi lò,
t, tip nhn nhit do quá trình phân rã ht nhân sinh ra làm cho nhit
 i nhit vc
 vòng th cp, nhi s h xung và tip ti lõi lò.
Ti vòng th cp, c cc c
 c n tua- làm quay tua-bin tn. Trong
quá trình quay tua-c  vào b  và c tip tc
p  quay vào lõi lò.
1.3. Lý thuyết về sự nhiễm độc xenon trong lò phản ứng WWER-1000
Khi quá trình cháy nhiên liu ht nhân din ra thì s kéo theo mt lot các
phn ng ht nhân và hình thành mt s nhóm sn phm kèm theo mi phn ng.
Các sn phu hp th neutron  mt m nhnh, ng gi là các x.
Mt s cht trong các sn phm phân h
135
, Sm
149
s có tit din

hp th neutron ln, gây m phn ng không mong muc gi là cht
c. Quá trình tích lu các nuclit có thi gian sng ngn và tit din hp th ln ó
gi là hing nhic lò phn ng. Hing nhic lò phn ng này
5

ch th hin rõ trong các loi lò phn ng neutron nhit, còn trong các loi lò phn
ng neutron trung gian xy ra yu và hy ra trong các lò phn ng
neutron nhanh. Vì ch có Xe
135
mng công sut trong không gian
lõi lò nên ch xét nhic Xenon.
a Xenon:
 Tit din bt neutron nhit rt ln 



 (tit din ln nht trong
tt c các cht).
 n n cân bng, Xe
135
sau 30h  40h (gây m phn
ng).
  nhic sau khi dng lò phn ng.
 c suy gi phn ng tm thi n Xe
135
sau
i công sut lò phn ng.

Hình 1.2.  ng hc cng v Xe
135

.
Ta thy, phn ln Xe
135
c sinh ra t phân rã I
135
và t phân hch U
235
, sau
o x hoc là phân rã 
-
to thành Cs
135
. I
135
có th c to thành t
phân hch U
235
(vì Te
135
có thi gian bán rã ngn).
N I-














(1.1)
N X

n
U
235
Te
135
I
135
Xe
135
Cs
135
Ba
135

Xe
136
p = 0,003
p = 0,056
2 phút
6,57 h
9,14 h
2,6x10
6


(n,f)












6























(1.2)

 



: n I-t và Xenon
 

 

: hiu sut phát I-t và Xenon t phn ng phân hch
 

 





: hng s phân rã ca I-t và Xenon
 





: tit din phân h
 



: tit din hp th vi mô ca Xenon
 





ng neutron nhit ti công sunh mc.
T c biu thnh n Xenon ti thi
m t bt k  sau [2]:






 























 






















(1.3)
Nu coi  t giá tr 

khá nhanh so vi s i n 

thì
biu thc (1.3) tr thành [2]:

















































(1.4)
Vi: 









Khi  ta thu c n X

































(1.5)
7

Trong  Xenon ph thuc vào  làm giàu nhiên
liu và ng neutron ph thung neutron phc tp

ng hp 

nh: n X
Xe
0
t l v làm giàu nhiên

liu ng.
ng hp 

ln, 





: n Xenon  ph thu
làm giàu nhiên liu. Biu thi:






























(1.6)
V n vt lý, có th gii ng neutron
ln, t cháy ca Xe
135
n, vì vy có th b qua t phân rã ca Xe
135
.
ng hp này, c t hình thành và t nh bng
giá tr 

và gng nhau. Do vy, n Xe
135
s  làm
giàu Urani, t  xy ra nhiu phân h và các ht
nhân I
135
, Xe
135
c to thành nhi
 nhic Xenon là t s gia s neutron b hp th bi Xenon và s

neutron b hp th bi nhiên liu ht nhân.  nhic X:







































(1.7)
ng hng neutron ln c biu th nhic
X c















(1.8)

 







: tit din hp th  ca Xenon
8

 





: tit din hp th  ca nhiên liu
 m phn ng do nhic Xenon:
















(1.8)
 






là h s s dng neutron nhit.
Vì   m phn ng có th gng vi
 nhic Xenon và trái du.
 trên, ta xét s nhi c X   ng neutron 

. Nu
ng neutron t 

sang 

thì biu thc (1.3) tr thành [2]:


































































(1.9)
Khi  ta thu c n X trng thái mi là:

















(1.10)
ng hp gim công sut t, t ng neutron bng 0, s
sinh I
135
và Xe
135
t phân hch vi s t cháy Xe
135
chm dt. N Xe
135
c















(1.11)
Biu thc nng Xenon ti thm t bt k là [2]:










































(1.12)
 nhic Xenon là [2]:
9







































(1.13)
Vì s sinh Xe
135
t phân rã I
135
là liên tng thi t phân rã ca I
135

l   phân rã Xe
135
d n s tích t nhanh ca Xe
135
. S tích t t
ci khong 10  11 gi sau khi tt lò, dn s m phn ng rt ln
gi là h I-t.  sâ rng ca h I-t ph thung neutron
c khi dp lò. Hình 1.3 biu din s ph thuc c nhi
m phn ng neutron.

Hình 1.3. S ph thuc c nhic Xenon  m phn ng vào
ng neutron [2]
 T thm 0  t
1
c
10

 T t
1
 t
2

: ti t
1
lò bu hong, công sut và ng c
duy trì nh. N Xe
135
t n 
ch s ng nhic Xenon q
Xe
t giá tr bão
hoà q
Xe
= q
Xe
0
ng phn ng gim mng -.
 T t
2
tr n ng dng ti thm t
2
. Hiu ng gi phn
ng d tr sau khi dng lò do nhic xenon gi là h I-t.
Ta thy s hp th neutron ca Xe
135
 phn ng âm không
có li cho hong ca lò. Vic ki phn c thc hin bi
u khin hou ting boron bên trong lõi lò. Tuy nhiên, khi dch
chuyu khin lên xung dc theo trc lõi lò s làm công sut gim theo.
Khi này, n Xe
135
 sinh Xe

135
l t hu Xe
135
sau
t ci khi t sinh bng t hu và n Xe
135
li gim xung khi
t sinh Xe
135
nh  hu Xe
135
ng neutron li tip t
lên, quá trình lp li tng.
1.4. Các dao động xenon trong lò phản ứng WWER-1000
 ng Xenon là s phân b li công sut trong nhng vùng không
gian lõi lò, nguyên nhân ca s xut hing Xenon là do s chênh lch tun
hoàn gia phân b  a I-t, Xenon và m   ng neutron b nh
ng trc tip t viu khiu khin  a lò phn
ng WWER-1000.
ng Xenon gm các dng dc trc (axialng to
tròn (radial), dao d (azimuthal).
ng dc trc xut hin khi [10]:
 i v u khin và h thng an toàn khi công sut
i.
 i công sut khi v u khin i.
 C công sut và v u khin i.
11

ng to tròn xut hin khi [10]:
 u khin  v c h xung lõi và rút ra.

 u khin  trung tâm hoc  c h
xng lõi và rút ra.
ng xuyên tâm xut hin khi [10]:
 u khin riêng phn  v c h xung lõi và
rút ra.
 xut hin khi [10]:
 H xu u khin có v i xng
nhau qua tâm (theo ching h).
 H u khin vào lõi và duy trì trong mt thi gian sau
u khin mt có v i xng qua tâm (chiu
ng h).
ng dc trc là chi. 
ng Xenon t do có dng biu din [10]:
















(1.14)


 y(t): các giá tr Xenon tc thi
 A
0
 cng Xenon t do (%)
 

: h s tt dn cng Xenon t do (s)
 

: chu k cng Xenon t do (s)
 t: thi gian (s)
 H s nh cng Xenon t do là -

(s
-1
)
12

ng Xenon t do có hai thành phn, mt thành
phn cha chu k 

ng tun hoàn và mt thành phn cha h
s tt dn 

ng tt dn. Dng biu din các ng Xenon
dc trc và xuyên tâm c minh ho trong hình 1.4  1.5. Hình 1.6 là biu din
cng dc trc và xuyên tâm trên cung m th vi các thông s c
ly thc nghim c cho trong bng 2.
Bảng 1.2. Các thông s ng Xenon dc trng Xenon

xuyên tâm [10]




(h)



(h)

A
0
(%)

27.6
29.6
17.4
xuyên tâm
27.2
23.4
0.262


Hình 1.4. Hình biu ding Xenon dc trc

Hình 1.5. Hình biu ding Xenon xuyên tâm
-10
-5
0

5
10
15
20
0 50 100 150 200 250 300 350


-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0 50 100 150 200 250 300 350


13


Hình 1.6. Hình biu ding Xenon dc trc và xuyên tâm
Da vào nhng tính toán ca nhóm chuyên gia ti Vin nghiên cu khoa hc
Kurchatov  Nga, s dng     t mt chu k  ng
Xenon t do là 31 gi.
i vi lò phn ng WWER-c thit k hình trquá
trình dch chuyu khi u khin t phân hch trong lò s gây
ra s phân b u ca m ng trong các vùng không gian
lõi lò. Và quá trình này ng mnh nhi vi ng Xenon dc trc,
biu din c th cho s phân b i thông s Offset

dc trc.

-10
-5
0
5
10
15
20
0 100 200 300 400


Dọc trục
Xuyên tâm
14

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WWER-1000
2.1. Giới thiệu tổng quan phần mềm WWER-1000
Phn mm mô phng WWER-c cung cp b phc v cho
công tác ging dn ht ni dùng
làm quen vi các cu to, nguyên lý hong trong lò phn ng ht nhân WWER-
1000. T ng nghiên cu sâu rng  các din bin xy ra trong lõi lò.
Trong phn mm WWER- bu mô phng, cn thit lu kin
bau. Hình 2.1 trình bày v các chn lu kiu, c th:

Hình 2.1. Các task và các thit lp mô phu
T n A16 là nhng task mô phng các s c n hong
ca các h thng gây  phn ng.
15

Task C01  C12: mô phng các s c n vi phm v ng
ca cht ti nhip.
Task D01  D07: mô phng các s c n các vi phu
kin làm ngui t vòng th cp.
Task cui ng hong ca lò
phn u kin không xy ra s c. Nu mô phi s
dng có th thit k s c  kho sát.
2.2. Các giao diện mô phỏng của phần mềm WWER-1000
Sau khi la chn bt k mt thit lp mô phng nào  trên hình 2.1 thì ngay
 có mt ca s mc m ra, là các trang giao hin mô phng. Có tng
cng 10 trang giao din mô phng sau:
 u khi phn ng (CPS),
  xut (TAB),
 Trang vòng mp (1C),
 Trang h thng cung c,
 Trang h thng h tr x lý (TQ),
 Trang h thc làm mát (TF),
 Trang vòng mch th cp (2C),
 Trang u ng d liu (GRP),
 Trang các thông s lõi lò (PAR),
 Trang bi ba chiu (3D).
t lên phn trên cùng ca mi trang trên giao din mô phng s
xut hin mt thanh công c nm ngang c mình ha  hình 2.2. Thanh công c
này cho phép i dùng thc hichy, tm dng, thoát và mt
s t mô phng khác.
16


Hình 2.2. Thanh công c mô phng
1. Nút thoát mô phng,

2. Các nút thu phóng to nh,
3. Nút chy hoc dng tm thi mô phng,
4. Nút tu chnh thi gian mô phngi dùng có th u
chnh nhanh chm thi gian mô phng th  d dàng quan sát các din
bin trong quá trình chy mô phng,
5. Nút chn trang  th Protocol: khi chn nút này, trên phn mm s m ra
mt ca s  th mi, ca s này hin th song song vi ca s các giao din
mô phng gi là Protocol. Ti dùng có th chn các thông s cn
t d liu ca các thông s cn quan tâm ra file text.
2.2.1. Trang điều khiển độ phản ứng (CPS)
n chính ca mô phng. Các thành phn cc
trình bày trong hình 2.3. Trang này th hin toàn b các thông s ca lò phn ng.
Ti dùng có th có nhu khiu chnh tc
 phân hy ra trong lõi lò. Trang gm có: