Phát triển dòng nơtron phin lọc trên kênh ngang số 2 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
__________________________________________________________







BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ
Năm 2009-2011



PHÁT TRIỂN DÒNG NƠTRON PHIN LỌC TRÊN KÊNH
NGANG SỐ 2 CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT
(Mã số: ĐT.08/09/NLNT)


Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu hạt nhân
Chủ nhiệm đề tài: ThS. NCV Phạm Ngọc Sơn

9351




LÂM ĐỒNG, THÁNG 6/2012


2
Lời cảm ơn

Tập thể đề tài xin cảm ơn các tổ chức, đơn vị và cá nhân đã hỗ trợ, hợp tác
trong quá trình triển khai thực hiện đề tài. Tập thể đề tài xin cảm ơn Bộ Khoa
Học và Công Nghệ và Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã hỗ trợ kinh phí
và đồng ý cho thực hiện đề tài. Xin cảm ơn Cơ quan An toàn hạt nhân và bức xạ,
Phòng An toàn bức xạ của Viện NLNTVN và Hội đồng An toàn bức xạ của Viện
NCHN đã xem xét đánh giá và góp ý cho bản báo cáo phân tích an toàn của đề
tài. Xin cảm ơn Ban lãnh đạo Viện NCHN và Ban lãnh đạo Phòng KH-HTQT đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi và hỗ trợ trong quá trình thực hiện đề tài.

TM. Tập thể đề tài

Phạm Ngọc Sơn

CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI

Họ và tên Học hàm, hoc vị Cơ quan công tác
1. Vương Hữu Tấn
2. Nguyễn Nhị Điền
3. Phạm Ngọc Sơn
4. Nguyễn Xuân Hải
5. Trần Tuấn Anh
6. Hồ Hữu Thắng
7. Cao Đông Vũ
PGS. TS. NCVCC
PGS. TS. NCVCC
Ths. NCV
TS. NCV
Ths. NCV
CN. NCV
Ths. NCV
Viện NLNTVN
Viện NCHN
Phòng VL&ĐT, Viện NCHN
Phòng VL&ĐT, Viện NCHN
Phòng VL&ĐT, Viện NCHN
Phòng VL&ĐT, Viện NCHN
Trung tâm PT, Viện NCHN

3
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 6
PHẦN I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 10
I.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước 10
I.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước 12
PHẦN II. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 15
Chương 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN DÒNG NƠTRON VÀ CHE CHẮN BỨC XẠ 15
II.1.1. Khảo sát hiện trạng và cấu trúc thiết kế kênh ngang số 2 15
II.1.2. Thiết kế hệ dẫn dòng nơtron và chuẩn trực lắp đặt bên trong kênh 2 17
II.1.3. Thiết kế hệ đảm bảo kín nước cho kênh ngang số 2 20
II.1.4. Thiết kế hệ che chắn bức xạ lắp đặt bên ngoài kênh 2 22
II.1.5. Các phương pháp tính toán và mô phỏng Monte Carlo 26
Chương 2. CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN DÒNG NƠTRON VÀ CHE CHẮN BỨC XẠ 37
II.2.1. Chế tạo hệ dẫn dòng nơtron và chuẩn trực 37
II.2.2. Chế tạo hệ đảm bảo kín nước cho kênh ngang số 2 40
II.2.3. Chế tạo hệ che chắn bức xạ lắp đặt bên ngoài kênh 2 41
II.2.4. Chế tạo bộ phin lọc nơtron nhiệt 42
Chương 3. LẮP ĐẶT VÀ ĐO CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG NƠTRON 46
II.3.1. Lắp đặt hệ dẫn dòng nơtron và phin lọc vào bên trong kênh 2 46

II.3.2. Lắp đặt hệ kín nước và các ống chuẩn trực vào bên trong kênh 2 48
II.3.3. Lắp đặt hệ che chắn bức xạ, chắn dòng nơtron và gamma 50
II.3.4. Xác định thực nghiệm các thông số đặc trưng của dòng nơtron phin lọc trên kênh 2 51
PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61
III.1. Kết Luận 61
Các sản phẩm chính 61
Các sản phẩm thành phần của đề tài 61
Kết quả tham gia đào tạo 62
Các bài báo đã công bố 62
III.2. Kiến Nghị 63
Giải trình chi tiêu kinh phí 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 65
PHỤ LỤC 67
Phụ lục I. Báo cáo phân tích an toàn 67
Phụ Lục II. Quy trình mở và chắn dòng nơtron trên kênh 2 78
Phụ Lục III. Quy trình thay đổi phin lọc nơtron trên kênh ngang số 2 81
Phụ Lục IV. Các bước thực hiện khi lắp đặt hệ dẫn dòng
và che chắn bức xạ vào bên trong kênh 2 83
Phụ Lục V. Kết quả tính toán số liệu tiết diện nơtron toàn phần
của đơn tinh thể Silic và đơn tinh thể Bismuth 84

4
Danh mục các chữ viết tắt, ký hiệu

TT Ký hiệu Mô tả
1 PGNAA Phân tích kích hoạt nơtron gamma tức thời
2 IAEA Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế
3 HPGe Đầu dò đo gamma bằng vật liệu bán dẫn siêu tinh khiết Ge
4 BGO Đầu dò đo gamma bằng vật liệu nhấp nháy Bi và Ge
5 EXFOR Thư viện số liệu phản ứng hạt nhân thực nghiệm

6 NLNTVN Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam
7 NCHN Viện Nghiên cứu hạt nhân, Đà lạt
8 KYIV Viện Nghiên cứu hạt nhân Kiev, Ucraina
9 BNCT Phương pháp xạ trị bằng phản ứng bắt nơtron của Boron
10 K
0
Phương pháp sử dụng hệ số K
0
trong phân tích kích hoạt
11 LPỨ Lò phản ứng hạt nhân
12 CFNB Chương trình tính toán dòng nơtron phin lọc
13 ENDF File số liệu hạt nhân đã được đánh giá
14 JENDL Thư viện số liệu hạt nhân đã được đánh giá
15 MCNP5 Chương trình mô phỏng Monte Carlo
16
Φng
Đường kính ngoài (mm)
17
Φtr
Đường kính trong (mm)
18 D Độ dài (mm)
19 Dtotal Độ dài toàn phần (mm)
20
NHD
Người hướng dẫn
21
HV
Học viên

5
Tóm Tắt

Một hệ thiết bị dẫn dòng nơtron bằng kỹ thuật phin lọc bao gồm hệ phin lọc,
hệ đảm bảo kín nước kênh ngang, hệ chuẩn trực và cấu trúc che chắn bức xạ
đã được nhóm thực hiện đề tài tính toán thiết kế, tối ưu hóa bằng kỹ thuật
mô phỏng Monte-Carlo. Toàn bộ hệ thiết bị dẫn dòng nơtron này đã được
đề tài triển khai thiết kế, chế tạo và lắp đặt thành công trên kênh nơtron số 2
của lò phản ứng Đà lạt, để dẫn dòng nơtron từ lò phản ứng phục vụ các thí
nghiệm nghiên cứu cơ bản về vật lý hạt nhân, vật lý nơtron, số liệu phản
ứng hạt nhân, phân tích nguyên tố và đào tạo nhân lực. Sản phẩm chính của
đề tài là hệ thiết bị dẫn dòng nơtron bằng kỹ thuật phin lọc trên kênh ngang
số 2 của lò phản ứng hạt nhân Đà lạt. Các kết quả trung gian do đề tài tự

thiết kế chế tạo có thể kể đến là: Hệ dẫn dòng nơtron, bộ phin lọc nơtron
nhiệt, hệ thống các ống chuẩn trực bức xạ, hệ bảo đảm kín nước, hệ thống
che chắn bức xạ và số liệu khảo sát đặc trưng phân bố thông lượng nơtron
của dòng nơtron phin lọc mới trên k
ênh 2. Qua các kết quả khảo sát và thử
nghiệm có thể đánh giá một cách khách quan rằng sản phẩm chính và các
sản phẩm trung gian của đề tài có chất lượng tốt và đã đáp ứng đầy đủ (vượt
mức) các mục tiêu và nội dung của đề tài. Ngoài ra, ý nghĩa khoa học và
thực tiễn của đề tài còn được thể hiện qua kết quả tham gia đào tạo sau đại
học và các b
ài báo khoa học đã công bố trên các tạp chí và hội nghị chuyên
ngành ở trong nước và Quốc tế.



Abstract
An optimal structural system of filtered neutron beam and radiation
shielding has been designed and optimal calculated using the Monte-Carlo
code MCNP5. The constructions and installations of all components of the
neutron beam facility at the channel No. 2 of Dalat research reactor have
been implemented successfully in advance. The neutron beam is applicable
for experimental studies on nuclear physics, nuclear data measurements,
nuclear elemental analysis and personal training. The primary product of
this project is a filtered neutron beam facility on based on the radial channel
No.2 of Dalat research reactor. The component products developed under
this project could be account as: A new channel plug, a composition of filter
for thermal neutron beam, a neutron filter holding, an instrument for safety
of watertight channel, a system of radiation collimators, and a system of
radiation safety shielding for the channel No.2. From the results of testing
measurement and simulations, it could be state that all of these products

have satisfied completely the objectives and contents proposed in the
document of the project. Additionally, the signification of the project also
has been represented through the results of supporting in graduated
education and publishing of research papers in scientific journals and/or
conferences.


6
MỞ ĐẦU

Nghiên cứu phát triển các dòng nơtron trên cơ sở các kênh ngang của lò
phản ứng hạt nhân Đà Lạt và sử dụng các dòng nơtron này trong trong nghiên
cứu cơ bản và ứng dụng về vật lý hạt nhân, khoa học nơtron, che chắn bức xạ
và đào tạo nhân lực là nhiệm vụ quan trọng đã được triển khai tại Viện
Nghiên cứu hạt nhân từ những năm 1990 cho đến nay. Với sự đầu tư quan
tâm
của các cấp lãnh đạo, sự hợp tác Quốc tế và sự hợp tác của các cán bộ
khoa học chuyên ngành vật lý hạt nhân trong cả nước, các cán bộ khoa học
Phòng Vật lý điện tử hạt nhân đã đạt được nhiều kết quả nghiên cứu có ý
nghĩa nhất định trong các lĩnh vực số liệu hạt nhân, phát triển dòng nơtron
bằng kỹ thuật phin lọc, che chắn bức xạ, phát triển và ứng dụng phương pháp
phân tích kích hoạt nơtron ga
mmma tức thời (PGNAA) và trong công tác đào
tạo nhân lực về chuyên ngành vật lý hạt nhân. Trong đó, một số kết quả
nghiên cứu đã đạt đến trình độ quốc tế.
Thiết kế của Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt có 4 kênh ngang dẫn dòng
nơtron ra ngoài để xây dựng các thiết bị nơtron phục vụ nghiên cứu khoa học
và đào tạo cán bộ. Tuy nhiên, do khó khăn về kinh phí đầu tư nên cho đến nay
chỉ có 2 kênh được đưa vào sử dụng là kênh tiếp tuyến số 3 và kênh xuyên
tâm

số 4; còn 2 kênh xuyên tâm số 1 và số 2 đang được đóng kín bởi các nút
đóng kênh. Trong chương trình tăng cường tiềm lực nghiên cứu khoa học và
đào tạo nhân lực thực hiện Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì
mục đích hòa bình đến năm 2020, thông qua dự án IAEA, RER4028-80763N
- VIE/9/012, Viện Nghiên cứu hạt nhân đã được đầu tư một hệ phổ kế gamma
chống Com
pton và tạo cặp dùng một hệ đầu dò gồm một đầu dò HPGe ở
trung tâm và 12 đầu dò bao quanh loại BGO. Để đưa hệ thống thiết bị này vào
sử dụng một cách có hiệu quả, góp phần tăng cường tiềm lực về cơ sở vật chất
và năng lực cán bộ của đơn vị, cần thiết phải lắp đặt v
à vận hành hệ thống phổ
kế này trên một dòng nơtron từ kênh ngang của lò phản ứng. Về mặt kỹ thuật,
kênh ngang số 2 sẽ đáp ứng tốt cho mục đích này. Để đáp ứng yêu cầu thực tế
nêu trên, đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ "Phát triển dòng nơtron phin lọc
trên kênh ngang số 2 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt" đã được Viện
Nghiên cứu hạt nhân chủ trì thực hiện trong giai đoạn 2009-2011 với mục tiêu
và các nội dung đã đăng ký trong thuyết m
inh đề tài như sau:
Mục tiêu của đề tài:
 Đưa kênh nơtron số 2 của lò phản ứng Đà Lạt vào trạng thái hoạt động
và sẵn sàng phục vụ các thí nghiệm nghiên cứu về vật lý nơtron, vật lý
hạt nhân và đào tạo nhân lực.

 Phát triển dòng nơtron nhiệt có chất lượng tốt để lắp đặt hệ phổ kế
gamma-triệt Compton dùng hệ đầu dò HPGe và mở ra khả năng phát
7
triển các dòng nơtron phin lọc đơn năng khác trên kênh ngang số 2 của
lò phản ứng Đà Lạt.
Nội dung của đề tài:
Nội dung 1: Khảo sát cấu trúc thiết kế và hiện trạng thực tế của kênh 2.

 Xác định kích thước hình học của ống dẫn kênh và các nút đóng kênh,
 Kiểm tra và vận hành các thiết bị phục vụ việc tháo lắp các nút đóng
kênh.
Nội dung 2: Mô phỏng Monte-Carlo xác định các đặc trưng về vật liệu
và cấu trúc hình học của các hệ ch
e chắn chuẩn trực bảo đảm tiêu chuẩn
về an toàn bức xạ.
 Xây dựng các file số liệu input tương ứng với các mô hình che chắn,
chuẩn trực,
 Mô phỏng để chọn lựa mô hình tối ưu đối với các hệ che chắn bức xạ
và chuẩn trực dòng nơtron, bảo đảm được các yêu cầu về an toàn bức
xạ và chất lượng của dòng nơtron,
 Mô phỏng Monte-Carlo xác định phân bố phổ năng lượng và mật độ
thông lượng của dòng nơtron.
Nội dung 3: Thiết kế và chế tạo hệ che chắn và chuẩn trực mới (lắp đặt
bên trong kênh) bao gồm:

 Hệ che chắn giảm liều bức xạ nơtron và gamma,
 Hệ chuẩn trực dòng nơtron.
Nội dung 4: Tính toán thiết kế và xây dựng hệ che chắn bảo đảm a
n
toàn bức xạ (lắp đặt bên ngoài kênh) bao gồm:
 Hệ đóng mở dòng (beam catcher),
 Hệ dẫn dòng và chiếu mẫu,
 Hệ chắn dòng nơtron và gamma (beam stopper).
Nội dung 5: Chế tạo bộ phin lọc tạo dòng nơtron nhiệt (lắp vào ống
chuẩn trực bên trong kênh).
Nội dung 6: Tiến hành lắp đặt các khối che chắn dẫn dòng và phin lọc,
đo thực nghiệm
các số liệu đặc trưng của dòng nơtron:

 Đo thực nghiệm thông lượng dòng nơtron nhiệt, tỉ số Cadmi, suất
liều bức xạ,
 Đo phân bố thông lượng theo bán kính của dòng nơtron,
 Đo phân bố thông lượng theo khoảng cách tính từ lối ra của dòng
nơtron.




8
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Đề tài có ý nghĩa khoa học quan trọng trong việc phát triển mới dòng
nơtron phin lọc trên cơ sở kênh ngang số 2 của lò phản ứng hạt nhân Đà lạt,
góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học và ứng dụng trong lĩnh vực
khoa học và kỹ thuật hạt nhân. Trình độ nghiên cứu khoa học và năng lực của
tập thể đề tài đã có những bước tiến bộ mạnh mẽ trong lĩnh vực phát triển
dòng nơtron và che chắn bức xạ. Ý nghĩa khoa học của đề tà
i còn được khẳng
định qua 2 bài báo khoa học đã công bố trên tạp chí quốc tế và 7 bài báo công
bố trên các tạp chí và Hội nghị chuyên ngành ở trong nước. Ngoài ra, đề tài
cũng góp phần tăng cường hợp tác Quốc tế tại Viện NCHN trong lĩnh vực
phát triển dòng nơtron và nghiên cứu số liệu hạt nhân thông qua việc tham gia
trình bày và thảo luận tại một số hội thảo và hội nghị Quốc tế, cụ thể là
Hội
thảo về số liệu hạt nhân phục vụ phát triển lò phản ứng hạt nhân tiến tiến tại
ICTP, Ý năm 2010; Hội nghị về số liệu hạt nhân phục vụ khoa học và công
nghệ hạt nhân ND2010, tại Hàn Quốc năm 2010; Hội thảo về các ứng dụng
của lò phản ứng nghiên cứu tại KAERI năm
2011; Tổ chức thảo luận và thực
hành giữa nhóm thực hiện đề tài với chuyên gia đến từ JAEA, Nhật Bản năm

2009 về lĩnh vực số liệu phản ứng hạt nhân.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là góp phần nâng cao năng lực về cơ sở vật
chất phục vụ nghiên cứu khoa học và đào tạo nhân lực tại Viện NCHN, góp
phần thực hiện Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa
bình đến năm
2020 của Viện NLNTVN. Sản phẩm chính của đề tài là dòng
nơtron mới từ kênh ngang số 2 của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt với thông
lượng nơtron nhiệt cao hơn 10
6
n/cm
2
/s, và có khả năng ứng dụng để tạo ra các
chùm nơtron đơn năng khác nhau bằng kỹ thuật phin lọc, các dòng nơtron
phin lọc này sẽ có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong công tác đào tạo nhân
lực trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật hạt nhân; và có tiềm năng ứng dụng
vào thực tiễn là: phương pháp phân tích kích hoạt nơtron gamma tức thời
(PGNAA), phương pháp chụp ảnh nơtron, phương pháp chuẩn liều bức xạ
nơtron, phương pháp nhiễu xạ nơtron, phương pháp nghiên cứu hiệu ứng
tương tác của nơtron trên các sản phẩm
sinh học,
Đơn vị thực hiện chính:
Phòng Vật lý và Điện tử hạt nhân, Viện Nghiên cứu hạt nhân
Nguồn kinh phí và mức kinh phí được cấp:
- Từ ngân sách sự nghiệp khoa học của Bộ Khoa học và Công nghệ.
- Mức kinh phí là: 634 triệu đồng,
Trong đó: Nguyên vật liệu và năng lượng là: 320 t
riệu đồng.
Công lao động (khoa học, phổ thông) là: 214 triệu đồng.
Thiết bị máy móc là: 20 triệu đồng.
Chi khác là: 80 triệu đồng.

9
Bố cục của bản báo cáo tổng kết: ngoài phần tổng quan tình hình nghiên
cứu trong và ngoài nước, phần kết luận và kiến nghị, các nội dung chính của
đề tài được trình bày trong Phần II bao gồm: Chương I mô tả các nghiên cứu
tinh toán và thiết kế hệ thống dẫn dòng nơtron, hệ bảo đảm an toàn kín nước,
hệ che chắn bảo đảm an toàn bức xạ và hệ phin lọc nơtron nhiệt. Chương II
mô tả các nội dung triển khai chế tạo, gia công và thử nghiệm các hệ thống
dẫn dòng nơtron, hệ bảo đảm an toàn kín nước, hệ che chắn bảo đảm a
n toàn
bức xạ và các phin lọc nơtron nhiệt theo kết quả thiết kế. Chương III trình bày
các nội dung lắp đặt thực tế các hệ thống đã được chế tạo vào bên trong và
bên ngoài kênh 2, mô tả các kết quả đo thực nghiệm về suất liều bức xạ
gamma và nơtron tại các vị trí xung quanh hệ che chắn bức xạ bên ngoà
i kênh
2; các kết quả đo thực nghiệm thông lượng nơtron và tỷ số Cardmi R
Cd
tại vị
trí chiếu mẫu và đo phân bố thông lượng nơtron nhiệt theo chiều dọc và theo
tiết diện ngang của kênh.
Ngoài các nội dung nêu trên, bản báo cáo tổng kết này còn có Phụ lục I
trình bày báo cáo phân tích an toàn; Phụ lục II mô tả quy trình các thao tác
thực hiện mở và đóng dòng nơtron tại kênh 2; Phụ lục III mô tả quy trình thao
tác hực hiện thay đổi cấu hình phin lọc tại kênh 2; Phụ lục IV mô tả quy trình
các bước thực hiện lắp đặt các hệ thống dẫn dòng nơtron, hệ bảo đảm k
ín
nước và hệ che chắn bức xạ vào kênh 2 ; Phu lục V mô tả các kết quả tính
toán số liệu tiết diện nơtron toàn phần đối với đơn tinh thể Si và Bi trong
khoảng năng lượng từ 1×10
-7
eV đến 1eV.

10
Phần I
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Các nội dung cơ bản của đề tài đã được đề xuất và thực hiện dựa trên sự
phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu ở ngoài nước, tình hình nghiên cứu ở
trong nước và các kết quả đã đạt được về phát triển và ứng dụng các dòng
nơtron từ lò phản ứng tại Viện Nghiên cứu hạt nhân, Đà lạt.
I.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
Một trong những phương pháp tạo dòng nơtron chuẩn đơn năng cường
độ mạnh nhất hiện nay trong vùng năng lượng keV là các chùm nơtron phin
lọc trên cơ sở các kênh ngang của các lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu.
Phương pháp tạo ra các chù
m nơtron phin lọc đã được phát triển trên thế giới
trong vài thập niên qua. Các dòng nơtron phin lọc từ các lò phản ứng nghiên
cứu có vai trò quan trọng trong việc cung cấp số liệu thực nghiệm có độ chính
xác cao về tiết diện phản ứng hạt nhân trong vùng năng lượng từ 0.4keV đến
vài trăm k
eV. Xuất phát từ những ưu điểm quan trọng này, Hội đồng tư vấn
phát triển số liệu hạt nhân của IAEA đã đề xuất các chương trình hợp tác quốc

tế nhằm khuyến khích phát triển các dòng nơtron phin lọc và theo một tiêu
chuẩn thống nhất về phin lọc nơtron và bia mẫu [2], để cung cấp số liệu hạt
nhân thực nghiệm chất lượng cao cho chương trình phát triển hệ thống cơ sở
dữ liệu thực nghiệm về số liệu hạt nhân Quốc tế EXPOR.
Kỹ thuật phin lọc nơtro
n trên cơ sở các kênh nơtron từ lò phản ứng có ưu
điểm là cho phép người sử dụng nhận được các dòng nơtron đơn năng cao và
có cường độ tương đối cao so với nhiều kỹ thuật khác. Một số nghiên cứu ứng
dụng của các chù
m nơtron phin lọc trong các lĩnh vực đo tiết diện nơtron,
nghiên cứu phản ứng bắt bức xạ và nghiên cứu về liều bức xạ nơtron đã đạt
được nhiều thành tựu quan trọng. Ngoài ra, các chùm nơtron phin lọc từ lò
phản ứng còn có phông gamma thấp và được chuẩn trực rất tốt (đường kính
của chùm cỡ 4-40 mm). Các ưu điểm này cùng với cường độ chùm
nơtron cao
(thông lượng 10
6
-10
8
n/cm
2
/s) cho phép sử dụng các chùm nơtron phin lọc
trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng như nghiên
cứu vật liệu, đo đạc số liệu hạt nhân, nghiên cứu cấu trúc hạt nhân và phản
ứng hạt nhân, nghiên cứu vật lý thiên văn và y học hạt nhân, [5-13].
Viện Nghiên cứu hạt nhân Kiev (Ucraina), đã phát triển các tổ hợp phin
lọc nơtron sử dụng các loại vật liệu Ni, Fe, S, B, Al, Mn, Mg, Si, Sc và các
đồng vị Cr-52, Fe-54, Fe- 56, Ni-58, Ni-60, Ni-62, Ni-64, B-10, để làm phin
lọc và đã nhận được các dòng nơtron chuẩn đơn năng 0.498,
1.772 , 1.866,

4.302, 12.67, 17.63, 24.34, 58.8, 133.3, 148.3, 275.0 và 313.7 keV. Trên cơ
11
sở các chùm nơtron phin lọc này, các nghiên cứu thực nghiệm về tiết diện
phản ứng nơtron toàn phần đã được tiến hành trên một số hạt nhân và đã có
kết quả công bố trên một số hội nghị và tạp chí Quốc tế. Một số thông tin đặc
trưng về các dòng nơtron phin lọc và cấu trúc thiết kế của hệ dẫn dòng nơtron
bằng kỹ thuật phin lọc tại lò p
hản ứng hạt nhân nghiên cứu KYIV của Viện
Nghiên cứu hạt nhân Kiev của Ukraina được giới thiệu trong Bảng 1.1 và
Hình 1.1 [1].

Bảng 1.1. Các dòng nơtron phin lọc tại lò phản ứng nghiên cứu KYIV [1] của Ukraina.
Năng lượng
En (keV)
∆En
(keV)
Ф .10
6

(n/cm
2
. s)
Cường độ
tương đối
( % )
Thành phần phin lọc
0.498 2.700 6.17 83.5
60
Ni,
54

Fe, S, B
1.772 1.180 26.8 87 Sc, Ti, B
1.866 1.460 3.19 95.4
60
Ni,
54
Fe, Sc, S, B
4.302 6.510 26.1 88.4
60
Ni, S, B
12.67 1.20 0.29 85
58
Ni,
57
Fe, S, Si, Al, B
17.63 0.50 0.46 83 Mn,
57
Fe, S, Si, B
24.34 1.80 0.44 99 Fe, Al, S, B
24.27 1.70 0.60 97 Fe, Al, S
24.35 2.00 4.22 98
56
Fe, Al, S, B
32.92 1.10 0.28 75 Mn, Mg, Si, Ti, S, Al, LiF, B
56.37 0.55 0.13 91.6
Mn, V, S, B,
7
Li
58.80 2.70 1.80 94
58

Ni, S, V, Al, B
133.3 2.8 0.60 91
58
Ni,
52
Cr, Si, B
148.3 14.8 9.80 99 Si, Ti, B
313.7 2.1 0.20 75
60
Ni,
56
Fe,
54
Fe, Fe, B
602.5 1.4 39.5
60
Ni,
52
Cr, V, Mg,
6
Li, B

Các dòng nơtron phin lọc đơn năng đã phát triển tại lò phản ứng KYIV của
Ukraina có năng lượng trong khoảng từ 0.5keV đến 602 keV và thông lượng
nơtron đạt từ 0.2 đến 26.1×10
6
n/cm
2
/s. Các vật liệu làm phin lọc có độ tinh
khiết cao và các đồng vị như Fe-54, Fe-56, Fe-57, Ni-60, Ni-58 và Li-6 được

làm giàu với hàm lượng cao; kinh phí đầu tư cho các phin lọc này là tương
đối cao (vượt xa ngoài khả năng tài chính của một đề tài). Do đó trong đề tài
nghiên cứu này, mục tiêu chính đặt ra là tập trung phát triển hệ thống dẫn
dòng nơtron, hệ che chắn bức xạ và hệ phin lọc đối với dòng nơtron năng
lượng nhiệt sử dụng đơn tinh thể Si và Bi.

12

Hình 1.1. Cấu trúc hệ dẫn dòng nơtron bằng kỹ thuật phin lọc tại lò phản ứng nghiên cứu
KYIV [1] của Ukraina. 1) vành phản xạ Berili, 2) kênh ngang, 3) ống chuẩn trực trước
phin lọc, 4) cơ cấu đóng dòng, 5) các chuẩn trực chứa phin lọc, 6) ống chuẩn trực sau
phin lọc, 7) phin lọc nơtron, 8) vị trí chiếu mẫu, 9) cơ cấu thay mẫu.


Các ứng dụng điển hình của dòng nơtron phin lọc đơn năng trên cơ sở các
kênh ngang từ các lò phản ứng nghiên cứu có thể được tổng quát hoá thành 7
chủ đề như sau:
1. Nghiên cứu vật lý hạt nhân cơ bản (đo số liệu hạt nhân, hàm lực
gamma, ).
2. Phân tích nguyên tố và đồng vị bằng phương pháp đo phổ gamma tức thời,
3. Phương pháp chụp ảnh nơtron,
4. Phương pháp xạ trị bằng kỹ thuật BNCT (Boron neut
ron capture
theraphy),
5. Nghiên cứu các hiệu ứng sinh học của vật chất với nơtron,
6. Nghiên cứu cấu trúc vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ nơtron,
7. Chuẩn hoá thiết bị đo liều bức xạ nơtron.

I.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
Lò phản ứng hạt nhân Đà lạt có 4 kênh nơtron phục vụ cho các mục đích

nghiên cứu với đường kí
nh kênh là 15,2 cm, trong đó có 3 kênh xuyên tâm và
1 kênh tiếp tuyến. Cho đến nay mới có 2 kênh được đưa vào sử dụng là kênh
tiếp tuyến số 3 và kênh xuyên tâm số 4. Các dòng nơtron phin lọc từ kênh
ngang số 3 và số 4 đã được đưa vào sử dụng từ những năm 1990 phục vụ các
13
nghiên cứu cơ bản và ứng dụng [5]. Năm 1990 kỹ thuật phin lọc nơtron được
phát triển ở lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt cho phép nhận được các chùm
nơtron chuẩn đơn năng với thông lượng từ 10
5
-10
6
n/cm
2
/s thích hợp cho các
nghiên cứu số liệu phản ứng hạt nhân với nơtron. Các dòng nơtron đơn năng
cao trên kênh ngang số 4 bao gồm: nhiệt, 54keV, 148keV đã được phát triển
và đưa vào sử dụng từ những năm 1990; và các dòng nơtron đơn năng mới
24keV, 59keV và 133keV đã được phát triển vào năm 2008 [5]. Năm 1988
kênh tiếp tuyến số 3 được đưa vào sử dụng phục vụ cho phân tích kích hoạt
nơtron gamma tức thời (PGNAA), chụp ảnh nơt
ron và các thí nghiệm đo
nơtron truyền qua. Hiện nay, dòng nơtron nhiệt từ kênh ngang số 3 đang được
sử dụng cho mục đích nghiên cứu thực nghiệm về cấu trúc và mật độ mức hạt
nhân bằng phương pháp đo tổng biên độ các xung gamma trùng phùng từ
phản ứng bắt nơtron nhiệt. Đặc trưng của các dòng nơtron phin lọc tại lò phản
ứng hạt nhân Đà lạt được mô tả trong Bảng 1.2 [5]
.

Bảng 1.2: Thông số đặc trưng của các dòng nơtron phin lọc trên kênh nơtron số 4,
lò phản ứng Đà Lạt.
Năng
lượng
En
(keV)
ΔEn
(keV)
Φ.10
5

(n/cm
2
/s)
Cường độ
tương đối
(%)
Tổ hợp
vật liệu phin lọc
Kích thước/mật độ
24 1.8 6.1 96.72
10
B + Fe + Al + S
0.2g/cm
2
+20cm+30cm+35
g/cm
2

54 1.5 6.7 78.05

10
B + Si + S 0.2g/cm
2
+98cm+35g/cm
2

59

2.7 5.3 92.28
10
B + Ni +V +Al+S
0.2g/cm
2
+10cm+15cm+5c
m+100g/cm
2

133

3.0 3.2 92.89
10
B + Cr + Ni+Si
0.2g/cm
2
+50g/cm2
+10cm+60cm
148 14.8 39 95.78
10
B + Si + Ti 0.2g/cm
2

+98cm+1cm
nhiệt 5.0 R
Cd
=140
Si + Ti + S

98cm+1cm + 35g/cm
2


Trong một vài năm gần đây với sự đầu tư của Viện Năng lượng nguyên
tử Việt Nam cho hướng nghiên cứu này, một hệ phổ kế gamma chất lượng
cao phục vụ cho nghiên cứu phản ứng (n,γ) và hệ phổ kế tổng biên độ các
xung trùng phùng đã được lắp đặt trên các kênh ngang số 4 và số 3 của lò
phản ứng. Vì vậy, các hướng nghiên cứu về số liệu hạt nhân t
hực nghiệm dựa
trên phản ứng (n,γ), hướng nghiên cứu cấu trúc hạt nhân dựa trên phản ứng
(n,2γ) và các nghiên cứu về tính toán thiết kế che chắn bức xạ đã có những
tiến bộ vượt bậc, từng bước tiếp cận đến trình độ Quốc tế.

14

Hình 1.2: Sơ đồ mặt cắt ngang mô tả các kênh nơtron nằm ngang của lò
phản ứng Đà Lạt
Trên cơ sở các chùm nơtron đơn năng và nơtron nhiệt tại kênh ngang số
3 và số 4 lò phản ứng Đà lạt các hướng nghiên cứu về tiết diện nơtron toàn
phần, tiết diện bắt bức xạ nơtron, cấu trúc và mật độ mức hạt nhân, phổ
gamma của phản ứng bắt bức xạ trên các vật liệu cấu trúc lò phản ứng đối với
các dòng nơtron năng lượng khác nhau đã được tiến hành.

Các kết quả cụ thể như sau:
• Tạo ra các dòng nơtron phi
n lọc chuẩn đơn năng trên kênh ngang số 4
bằng kỹ thuật phin lọc: nơtron nhiệt, 25keV, 54 keV, 59keV, 133keV
và 148 keV.
• Hệ phổ kế gamma phục vụ cho nghiên cứu phản ứng (n,γ) và phân tích
kích hoạt nơtron ga
mma tức thời (PGNAA).
• Hệ phổ kế tổng biên độ các xung trùng phùng phục vụ nghiên cứu phản
ứng (n,2γ).
• Đo tiết diện bắt bức xạ nơtron đối với các hạt nhân
238
U,
12
C,
151
Eu,
153
Eu,
98
Mo,
158
Gd,
160
Gd,
186
W,
109
Ag,
69

Ga,
70
Ga,
27
Al,
56
Fe,….
• Đo phổ gamma từ phản ứng bắt bức xạ của một số vật liệu: Ti, Cl, Al.
• Nghiên cứu sơ đồ mức năng lượng và mật độ mức hạt nhân dựa trên
phản ứng (n,2γ) đối với một số đồng vị:
153
Sm,
172
Yb,
52
V,
48
Ti.




15
Phần II

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN


Chương 1

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN DÒNG NƠTRON
VÀ CHE CHẮN BỨC XẠ

II.1.1 Khảo sát hiện trạng và cấu trúc thiết kế kênh ngang số 2 trước khi
thiết kế hệ dẫn dòng nơtron mới
Từ trước đến ngày 01 tháng 11 năm 2011, hiện trạng của kênh ngang số
2 đang được đóng bởi hai nút đóng kênh (hay còn gọi là nút che chắn kênh –
Shielding Plug) của lò phản ứng. Để đưa kênh ngang số 2 vào trạng t
hái sử
dụng và khai thác dòng bức xạ nơtron hoặc gamma từ lò phản ứng, phục vụ
các nghiên cứu khoa học và ứng dụng liên quan như đã xác định trong mục
tiêu đã đặt ra của đề tài, cần thiết phải nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt
một hệ thống dẫn dòng và che chắn bức xạ đối với kênh ngang số 2. Việc
khảo sát chính xác cấu trúc thiết kế của kênh và các nút che chắn kênh là rất
quan trọng nhằm
cung cấp thông tin cần thiết cho một thiết kế có độ chính xác
hình học tốt, bảo đảm được chất lượng dòng nơtron và an toàn bức xạ.
Cấu trúc thiết kế kỹ thuật của của kênh ngang số 2 gồm hai phần chính:
a) Phần bên trong được cấu tạo bởi một ống hình trụ bằng nhôm có
đường kính trong 15,2 cm và có chiều dài 120 cm, mặt trong của kênh dừng
lại tại bề mặt của vành phản xạ Graphit. Trong vành phản xạ Graphit có một
lỗ khoan đường kính 15,2 cm tương ứng với vị trí của kên
h để dẫn dòng
nơtron từ vùng hoạt của lò phản ứng và chỉ bị ngăn cách bởi lớp vỏ bọc nhôm
của vành phản xạ và mặt trong của kênh; với đặc trưng này, kênh ngang số 2
có thông lượng ra của dòng nơtron cao bao gồm cả ba thành phần nơtron
nhiệt, nơrt
on trên nhiệt, nơtron nhanh và bức xạ gamma (tương đương với
kênh ngang số 4).
b) Phần bên ngoài được cấu tạo bởi một ống hình trụ bằng thép có đường

kính 20,3 cm và có chiều dài 155 cm. Trong thành bê tông của thành lò phản
ứng, tại vị trí khớp nối giữa phần trong và phần ngoài của kênh có lắp đặt bao
quanh bởi một đĩa thép dày 10,2 cm để tăng cường che chắn bức xạ.
Hiện nay kênh đang được đóng bởi hai nút che chắn, một k
hối cản xạ
và một cửa sắt có cấu tạo như Hình 2.1.1, cụ thể như sau:
16
Nút che chắn 1: có tổng chiều dài 122 cm, khối lượng 82 kg, đường kính
15,1 cm. Thành phần vật liệu bao gồm: một lớp Bo dày 3,18 mm, tiếp theo là
một lớp chì (Pb) dày 10,16 cm, tiếp theo là lớp bê tông pha Bo dày 102 cm.
Ngoài cùng là một lớp thép dày 12,7 cm có đường kính 20 cm, có gắn hai con
lăn (bánh xe) để việc tháo lắp được dễ dàng. Tại tâm của mặt thép có một lỗ
ren và vành khuyết hình nón để liên kết với thanh đẩy sử dụng khi tháo và lắp
nút che chắn này.
Nút che chắn 2:
là một khối hình trụ bằng gỗ có đường kính 20 cm, dài 122
cm, khối lượng 20 kg (được lắp đặt tiếp sau nút che chắn 1).
Khối cản xạ:
được lắp đặt tại vị trí lối ra của kênh là một khối hình vuông
bằng chì có vỏ bọc bằng thép, kích thước 22,4 x 22,4 cm, dày 11,4 cm. Khối
cản xạ có thể di chuyển lệch ra khỏi tiết diện ngang của kênh nhờ hai thanh
trượt bằng thép. Tác dụng chính của khối cản xạ này là hạn chế bức xạ
gamma khi tháo hoặc lắp đặt các nút che chắn bên trong kênh.
Cửa sắt:
cửa sắt hình vuông bằng thép dày 1 cm, bên trong có gắn một lớp
chì dày 3,2 cm. Tại các biên tiếp xúc giữa thành lò phản ứng và cửa sắt có lớp
roăng cao su có tác dụng chống mất nước trong thùng lò phản ứng khi có sự
cố rò nước qua kênh.

Hình 2.1.1: Mô tả vị trí lắp đặt và cấu tạo của các nút che chắn bên trong kênh ngang số 2
hiện nay.
1: Vành dẫn hướng bằng nhôm, 2: Lớp Boron dày 3.18 mm, 3: Lớp chì dày 10,16 cm, 4:
Betông pha Boron dài 102 cm, 5: Kkối chắn bức xạ bằng thép, 6: Lớp thép dày 12,7 cm, 7: Nút che
chắn bằng gỗ, 8: Khối cản xạ của kênh ngang số 2, 9: Cửa sắt của kênh ngang số 2, 10: Thành
bêtông của lò phản ứng.
17
II.1.2. Thiết kế hệ dẫn dòng nơtron và chuẩn trực bên trong kênh 2
Thiết kế hệ dẫn dòng nơtron bằng kỹ thuật phin lọc:
Trên cơ sở các số liệu về cấu trúc thiết kế của kênh ngang xuyên tâm số
2 của lò phản ứng Đà lạt, cấu trúc thiết kế của các nút che chắn kênh và trên
cơ sở đánh giá các ưu điểm và hạn chế của các hệ dẫn dòng trên kênh ngang
số 3 và số 4, hệ dẫn dòng nơtron trên kênh ngang số 2 đã được các thàn
h viên
thực hiện đề tài đề xuất thiết kế ban đầu. Bản thiết kế ban đầu này có ý nghĩa
quan trọng về mô hình tổng quát, các thông số chi tiết như tỷ lệ thành phần
vật liệu, cấu trúc hình học và kích thước của các yếu tố thành phần chỉ có tính
chất ước lượng gần đúng. Trên cơ sở mô hình thiết kế tổng quát này, đề tài đã
tiến hành chuyển đổi thành mô hình số và m
ô phỏng bằng phương pháp
Monte Carlo. Quá trình tính toán mô phỏng được thực hiện lặp lại nhiều lần
để điều chỉnh và chính xác hoá các các yếu tố chi tiết của mô hình thiết kế.
Sau khi tất cả các tham số đã được tính toán điều chỉnh phù hợp, bản thiết kế
ban đầu đã được tối ưu hoá trên cơ sở thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Suất liều gamma và nơtron bên ngoài kênh < 10μSv/h,

- Thông lượng nơtron nhiệt tại lối ra ≥ 10
6
n/cm
2

/s,
- Tiết diện ngang của dòng nơtron có đường kính 3cm,
- Giảm thiểu được cấu trúc che chắn phức tạp bên ngoài kênh,
- Có cơ chế tháo lắp dễ dàng,
- Khả thi trong giới hạn kinh phí của đề tài.

Hệ dẫn dòng nơtron được đề xuất thiết kế và tính toán tối ưu trong đề tài này
có các thông số đặc trưng như sau:
Hệ dẫn dòng nơtron có dạng hình trụ; tổng chiều dài là 153 cm; đường
kính trong là 9,4 cm; đường kính ngoài gồm 2 phần liên kết cố định với nhau:
phần thứ nhất (hướng vào phía vành phản xạ của lò phản ứng) có chiều dà
i
99,6 cm với đường kính ngoài là 15 cm khớp với đường kính trong (φ = 15,2
cm) của ống dẫn kênh 2 bằng nhôm (inner part) và phần thứ 2 có chiều dài
50,7 cm với đường kính ngoài là 20,1cm khớp với phần đường kính trong (φ
= 20,3 cm) của ống dẫn kênh 2 bằng thép (outer part).
Mặt ngoài của hệ dẫn dòng là một vỏ bọc được chế tạo bằng vật liệu
nhôm
dày 4mm; mặt trong là một ống nhôm dày 2,5 mm. Mặt đáy trong là
một vành bằng nhôm dày 3cm có dạng hình côn có tác dụng dẫn hướng, để
tạo ra sự dễ dàng trong quá trình lắp đặt, đường kính ngoài 15cm khớp với
mặt ngoài bằng ren vặn, đường kính trong là 6,5cm và chuẩn tâm cho mặt
trong. Mặt đáy trong ngoài chức năng dẫn hướng, còn có chức năng chính là
tạo ra sự liên kết kín giữa mặt trong và mặt ngoài, chốt phin lọc và ống chuẩn
trực không vượt ra khỏi hệ dẫn dòng. Mặt đáy ngoài là một vành tròn bằng
nhôm
dày 2,7cm, đường kính ngoài 15cm khớp với mặt ngoài bằng ren vặn,
18
đường kính trong là 9,4cm khớp và chuẩn tâm cho mặt trong. Trên mặt đáy
ngoài này có hai lỗ ren φ= 8mm và khe tiện theo rãnh hình chữ L có tác dụng

để tạo ra sự liên kết với thanh đẩy trong quá trình lắp đặt hoặc tháo ra. Ngoài
ra mặt đáy ngoài cũng có chức năng tạo ra sự liên kết kín và vững chắc giữa
mặt ngoài và mặt trong.
Phần không gian của hình trụ giữa các mặt trong và mặt ngoài được lấp
đầy bằng hợp chất hấp thụ nơtron SWX-277 (
chứa 1,56% Bo, 3.44x10
22
nguyên
tử Hydro/cm
3
) và 3 cm chì tiếp giáp với mặt đáy ngoài. Phần không gian hình
trụ bên trong và đồng trục với hệ dẫn dòng có đường kính 9,4cm được sử
dụng để lắp ống đựng các phin lọc nơtron (neutron filter holding tube). Tại vị
trí tiếp giáp giữa mặt đáy trong của hệ dẫn dòng và ống đựng phin lọc được
lắp hai vành khuyên Boron-Carbide dày 2mm x 2, đường kính ngoài 9,35cm,
đường kính trong 6,5cm và một vành trụ bằng chì dày 5cm, đường kính ngoài
9,35cm đường kính trong 6,5cm. Các vành Boron-Carbide và Chì này có chức
năng giảm thiểu được suất liều bức xạ nơtron và gamma qua các khe hở giữa
ống đựng phin lọc và hệ dẫn dòng, từ đó giảm t
hiểu được phông bức xạ và
khối lượng vật liệu che chắn bên ngoài kênh 2; ngoài ra chúng còn có tác
dụng hạn chế sự kích hoạt nơtron đối với ống đựng phin lọc và các vỏ bọc
phin lọc nơtron. Ống đựng phin lọc là một ống bằng nhôm dài 141,8cm,
đường kính ngoài 9,0cm, đường kính trong 8,4cm. Dọc theo ống đựng phin
lọc có gia công một rãnh thoát không liên tục có tác dụng thoá
t khí và chống
kẹt phin lọc ở bên trong, ở phía sát mặt trong có gia công một chốt chặn để cố
định vị trí phin lọc và ở sát mặt ngoài có gia công một lỗ khoan sử dụng khi
tháo lắp hoặc thay đổi phin lọc nơtron. Ống đựng phin lọc có tác dụng tạo ra
sự liên kết đồng trục cho các phin lọc nơtron và là cơ cấu lắp hoặc tháo phin

lọc vào hệ dẫn dòng một cách dễ dàng, giảm t
hiểu được tối đa thời gian thao
tác trên kênh khi lắp hoặc thay đổi cấu hình phin lọc nơtron. Chiều dài tổng
cộng của các phin lọc có thể lắp được là 140cm. Ngoài ra, ống đựng phin lọc
còn được sử dụng để lắp các nút chắn nơtron và gamma bảo đảm được an
toàn bức xạ khi thực hiện các thao tác kiểm tra bảo dưỡng hệ dẫn dòng, hệ kín
nước và các ống chuẩn trực. Bản vẽ thiết kế và m
ô hình của hệ dẫn dòng được
mô tả trên các Hình 2.1.2 - 2.1.4.

19

Hình 2.1.2: Bản vẽ thiết kế hệ dẫn dòng nơtron bằng kỹ thuật phin lọc, tại kênh ngang số
2.




Hình 2.1.3: Bản vẽ thiết kế hệ dẫn dòng nơtron qua phin lọc trên kênh ngang số 2.

20

Hình 2.1.4: Bản vẽ mô hình thiết kế hệ dẫn dòng nơtron qua phin lọc, lắp đặt trên kênh 2

Thiết kế hệ thống các khối che chắn chuẩn trực bên trong kênh 2
Sau khi truyền qua bộ phin lọc nơtron có chiều dài cực đại là 140cm,
dòng nơtron sẽ được chuẩn trực đến vị trí chiếu mẫu qua hệ thống các ống
chuẩn trực với đường kính chùm là 3cm. Hệ các ống chuẩn trực, có các mức
đường kính khác nhau là φ
ngoài

= 20,1cm, φ
giữa
= 12cm, φ
trong
= 3cm, bao gồm:
3 lớp vật liệu chuẩn trực dọc theo chiều của dòng nơtron. Các lớp chuẩn trực
được chế tạo từ vật liệu Pb tổng chiều dài là 30cm và 5 lớp chuẩn trực chế tạo
từ vật liệu Borated + Hydrogenated Concrete (SWX-277 chứa 1.56% B) tổng
chiều dài là 60 cm. Bản vẽ thiết kế ống chuẩn trực được mô tả trên Hình
2.1.5. Các lớp chuẩn trực khác loại được thiết kế xen kẽ nhau như t
rên Hình
2.1.3. Ở vị trí cách lối ra của kênh khoảng 30cm, là khối chuẩn trực bằng thép
không rỉ, dày 7cm, nặng 25kg, được thiết kế vừa có chức năng che chắn bức
xạ gamma vừa có chức năng bảo đảm kín nước chủ động cả khi kênh mở
cũng như khi kênh ở trạng thái đóng.


Hình 2.1.5: Bản vẽ thiết kế ống chuẩn trực Nơtron và Gamma trên kênh 2 (đơn vị mm).
21
II.1.3. Thiết kế hệ đảm bảo kín nước cho kênh ngang số 2
Hệ che chắn đảm bảo kín nước được khiết kế để áp dụng cho kênh
nơtron nằm ngang số 2 của Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Hệ này có chức
năng đảm bảo kín nước cho kênh ngang, chống mất nước cho lò phản ứng khi
có sự cố rò nước qua kênh. Hệ đảm bảo kín nước được các thành viên của đề
tài thiết kế bao gồm
3 hình trụ tròn bằng thép không rỉ có đường kính ngoài
20cm, đường kính trong 4cm, dày 7cm. Giữa hai khối thép chính hình trụ có
một lá tròn bằng nhôm dày 2 mm và 2 vòng roăng cao su lắp khớp vào rãnh
khuyết trên biên ngoài và biên trong của khối thép không rỉ. Trên các khối trụ
bằng thép có gia công 4 lỗ khoan và 4 Bulong vặn bằng thép không rỉ. Khi

vặn chặt 4 Bulong, hai khối thép chính hình trụ di chuyển trượt tương đối trên
khối thép thứ ba theo hướng tiến tới gần nhau hơn, quá trình này tạo ra lực ép
lên các roăng cao su. Khi roăng cao su được ép chặt nhờ 4 ốc vặn, sẽ tạo ra

hiệu ứng dãn nỡ về phía thành ống thép của kênh ngang làm cho kênh ngang
được đóng kín về mặt vật lý và mở về mặt bức xạ, hay nói cách khác là kênh
sẽ được đảm bảo đóng kín nước. Các thông số chi tiết về khối thép, lá nhôm
và roăng cao su được lắp khớp với nhau như mô tả trên bản vẽ thiết kế Hình
2.1.6. Thiết kế tổng thể của hệ dẫn dòng nơtron, hệ kín nước và các ống chuẩn
trực trong khung cảnh của kênh 2 và lò phản ứng được mô
tả trên Hình 2.1.7.



Hình 2.1.6: Bản vẽ thiết kế kỹ thuật hệ che chắn bảo đảm kín nước kênh 2
22
Các ưu điểm của hệ che chắn kín nước cho kênh ngang số 2 do nhóm thực
hiện đề tài thiết kế có thể được đánh giá như sau:
• Hệ được lắp đặt cố định trong lòng kênh nên yêu cầu về đảm bảo kín
nước cho kênh ngang luôn luôn được đáp ứng một cách chủ động kể cả
khi có hoặc không làm thí nghiệm trên kênh.
• Hệ mới này khắc phục được nhược điểm của hệ kín nước cũ (trên kênh
4) là: Không cần phải ở trạng thái mở khi
muốn lấy dòng nơtron ra
ngoài; không cần lắp đặt một hệ điều khiển điện tử; không cần cung cấp
nguồn điện cho các môtơ điện và hệ điều khiển góp phần tiết kiệm tiêu
thụ điện.
• Không cần thiết kế và xây dựng hệ che chắn bức xạ nơtron và gamma
riêng cho hệ kín nước.
• Các ưu điểm n

ày đã góp phần làm lợi được một khoản kinh phí lớn trong
việc chế tạo lắp đặt và vận hành. Nâng cao khả năng an toàn và kín nước
cho kênh lên nhiều lần.
• Hệ cũng có tác dụng giảm liều gamma từ vùng hoạt LPỨ do được cấu
tạo từ khối thép không rỉ có tổng bề dày 7 cm.


Hình 2.1.7: Mô tả vị trí lắp đặt hệ thống dẫn dòng nơtron và kín nước vào bên trong kênh
ngang số 2.
1: Hệ dẫn dòng nơtron, 2: Các phin lọc nơtron, 3: Vỏ nhôm của hệ dẫn dòng, 4: Khối
cản chắn bức xạ bằng thép, 5: Ống chuẩn trực nơtron và gamma, 6: Các khối che chắn bức xạ
gamma và nơtron, 7: Hệ bảo đảm kín nước, 8: Khối cản xạ của kênh ngang số 2, 9: Cửa sắt của
kênh ngang số 2, 10: Thành bê tông lò phản ứng.

23
II.1.4. Thiết kế hệ che chắn bức xạ lắp đặt bên ngoài kênh 2
Dòng nơtron và gamma sau khi truyền qua các khối chuẩn trực và kín
nước bên trong kênh sẽ được tiếp tục dẫn qua hệ che chắn đảm bảo an toàn
bức xạ bên ngoài kênh 2 và dừng lại tại khối chắn dòng (beam stopper). Hệ
thống có tổng chiều dài là 2,4m và được thiết kế để lắp đặt trên một hệ giá đỡ
bằng thép có các bánh xe di chuyển được dọc theo chiều của kênh.

Thiết kế hệ che chắn bức xạ bên ngoài kênh 2
Hệ che chắn dẫn dòng bên ngoài kênh 2 được thiết kế là một ống dẫn
hình vuông có chiều dài 1.7m kích thước mặt cắt ngang ngoài là 30x30cm,
kích thước mặt cắt ngang trong là 16x16cm, bao gồm lớp ngoài Pb dày 5cm
và lớp trong dày 2cm bằng vật liệu 5% borated polyethylene. Hệ che chắn này
được lắp đặt từ các khối nhỏ vuông bằng Pb có kích thước 30x40x5cm và
25x40x5cm, các khối nhỏ này được thiết kế có khớp nối âm dương 2,5cm.
Bản vẽ thiết kế kỹ thuật cho từng khối nhỏ và tổng toàn hệ được mô tả trên

các Hình 2.1.8-2.1.10.









Hình 2.1.8: Bản vẽ thiết kế các khối che chắn nơtron và gamma bên ngoài kênh 2.


24
Thiết kế hệ đóng mở dòng và chắn dòng bức xạ trên kênh 2 (beam
catcher and beam stopper)
Hệ chắn dòng bức xạ nơtron và gamma là một khối hình vuông có đáy
kín đặt vuông góc với hướng của chùm tia. Mặt đáy dày 35cm bao gồm một
lớp Pb ngoài dày 20 cm và 15 cm hợp chất Borated + Hydrogenated Concrete
chứa 1,56% B (SWX-227). Các mặt bên có lớp Pb ngoài dày 10 cm và lớp
trong là 7cm hợp chất Borated + Hydrogenated Concrete chứa 1,56% Boron.
Kích thước mặt cắt ngang của khối chắn dòng là 40x40x20x20cm Pb và
20x20x6x6cm hỗn hợp SWX-277. Bản vẽ thiết kế kỹ th
uật được mô tả trên
các Hình 2.1.9-2.1.10.
Hệ đóng mở dòng được thiết trên cơ sở kết hợp với khối cản xạ có sẵn
của kênh. Khối cản xạ được đóng, mở theo cơ chế trượt trên hai thanh dẫn
hướng cố định theo chiều ngang vuông góc với hướng ra của kênh. Bộ phận
thiết kế mới bổ sung để tăng cường bảo đảm an toàn bức xạ. Khối thiết bị

đóng mở dòng
này được thiết kế bằng phương pháp xoay ống chuẩn trực có
tâm lệch so với tâm của dòng nơtron. Hình vẽ thiết kế được mô tả trên Hình
2.1.11.




Hình 2.1.9: Bản vẽ thiết kế khối chắn dòng nơtron và gamma kênh 2



25

Hình 2.1.10: Bản vẽ thiết kế tổng thể hệ che chắn dẫn dòng nơtron và gamma kênh 2
(mặt cắt đứng theo chiều của chùm tia)




Hình 2.1.11: Bản vẽ mô hình thiết kế khối đóng mở dòng nơtron và gamma (beam
catcher) theo cơ chế xoay lệch tâm để lắp đặt trên kênh nơtron số 2.

Các mô hình thiết kế của hệ dẫn dòng nơtron, hệ chuẩn trực, hệ
đảm bảo
an toàn kín nước và hệ che chắn bức xạ
cho kênh ngang số 2 đã được Hội
đồng An toàn của Viện Nghiên cứu hạt nhân, Phòng cấp phép của Cục An
toàn bức xạ và hạt nhân và Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam xem xét và
phê duyệt thông qua bản Báo cáo phân tích an toàn được trình bày trong

Phụ
lục I.