Tiểu luận Tìm hiểu về nhà máy điện nguyên tử BOILING WATER REACTOR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

Đề Tài:
Thành Phố Hồ Chí Minh – Năm 2010
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

Đề Tài:
GVHD: ThS. Trần Thiện Thanh
NSVTH: Lê Huy Ba Duy
Nguyễn Văn Quang
Nguyễn Thị Kim Xuyến
Nguyễn Thị Thanh
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM. KHOA VẬT LÝ. LỚP LÝ 4 CN (K33)
NHÓM SUNRISE TRANG 2
VT Lí NEUTRON ThS. TRN THIN THANH
LễỉI GIễI THIEU
Trờn phm vi ton cu, nng lng nguyờn t l vụ cựng cn thit v mun hay
khụng cng phi phỏt trin nng lng nguyờn t (NLNT) vỡ s tn ti v phỏt trin
ca nhõn loi. Nh chỳng ta ó bit, dõn s th gii hin nay l hn 6 t ngi v hng
nm tng thờm khong 80 triu ngi, tng ng vi dõn s Vit Nam hin nay.
Dõn s tng ng nhiờn dn ti tng mc tiờu th nng lng.
Hin nay, ngun nng lng phc
v cho con ngi ch yu ly t cỏc
ngun nng lng hoỏ thch nh than
ỏ, du m v khớ thiờn nhiờn. Ngi ta
cng ó tranh lun rt nhiu xung
quanh vn nguyờn liu hoỏ thch cũn
tn ti c bao lõu? Cú mt iu chc

chn l ngun nng lng hoỏ thch
cng ch cú hn. Theo tớnh toỏn ca cỏc
chuyờn gia nng lng quc t thỡ than ỏ, mc dự cú tr lng tng i phong phỳ,
nhng cng ch khai thỏc c trong vũng 230 nm l cn kit, cũn du m l 43 nm
v khớ thiờn nhiờn l 62 nm. Trong khi ú, nhiờn liu Uran nu tỏi x lý cú th s
dng hng ngn nm, cha k Thori cng cú th dựng lm nhiờn liu cho nh mỏy in
ht nhõn.Vn s dng cỏc dng nng lng mi nh giú, mt tri, thu triu, in
nhit cng ó c nghiờn cu. Tuy nhiờn, cỏc ngun nng lng ny cng ch
chim mt t l rt nh.
Vỡ vy, tr li cõu hi v gii phỏp ngun nng lng mi. V tỡm hiu xem
h ó lm th no dn thay th nng lng húa thch ngy cng cn kit. Hóy cựng
nhúm SUNRISE ca chỳng tụi tỡm hiu v nh mỏy in nguyờn t BOILING
WATER REACTOR.
NHểM SUNRISE TRANG 3
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU 3
MỤC LỤC 4
CHƯƠNG I. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA LỊ PHẢN ỨNG 5
CHƯƠNG II. CƠNG NGHỆ , NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO CỦA LỊ
BWR 11
CHƯƠNG III. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA LỊ BWR 18
TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
NHĨM SUNRISE TRANG 4
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
CHƯƠNG I.
CHƯƠNG I.
SỰ HÌNH
SỰ HÌNH
THÀNH

THÀNH
VÀ PHÁT TRIỂN CỦA LÒ
VÀ PHÁT TRIỂN CỦA LÒ
PHẢN ỨNG
PHẢN ỨNG
I.1. GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN
I.1.a. Thế hệ I (1950 – 1960)
Các lò phản ứng thế hệ thứ nhất được xây dựng vào những năm 1955-1965, tập
trung chủ yếu ở Hoa Kỳ, Liên Xô, Nhật Bản, Thụy Điển và Vương quốc Anh. Các lò
thuộc thế hệ này bắt nguồn từ những mẫu thiết kế ban đầu được phát triển để sử dụng
trên tàu biển cuối những năm 1940. Thiết kế ban đầu có công suất khoảng 5.000 KW.
Bao gồm những nguyên mẫu ban đầu lò phản ứng hạt nhân từ những năm 1950 và
1960, ví dụ như Shippingport, Dresden-1, Magnox và Calder Hall-1 ở Vương quốc
Anh.
Một số lò phản ứng điển hình của các lò thế I.
Shippingport
 Lò phản ứng Shippingport được đưa vào
vận hành năm 1957 tại Shippingport,
Pennsylvania, Hoa Kỳ và hoạt động tới
năm 1982.
 Là lò phản ứng nước áp lực.
 Làm chậm và làm lạnh bằng nước nhẹ
H
2
O.
 Nhiên liêu: hợp kim Uranium UO
2
làm
giàu cao.
 Công suất 60 MW.

NHÓM SUNRISE TRANG 5
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
Dresden-1
 Lò phản ứng nước sôi thương mại đầu tiên.
 Bắt đầu xây dựng vào năm 1956 và được nối
với mạng diện vào năm 1960.
 Ngưng hoạt động ngày 31/10/1978.
 Làm chậm và làm lạnh bằng nước nhẹ H
2
O.
 Nhiên liêu: hợp kim Uranium UO
2
làm giàu
cao.
 Công suất tổng: 207 MW.
I.1.b. Thế hệ II
Bắt đầu vận hành vào những năm 1970 và bao gồm phần lớn trong số trên 400 lò
phản ứng vận hành thương mại kiểu nước dưới áp lực (PWR) và kiểu nước sôi
(BWR). Các lò phản ứng này, thường được gọi là lò phản ứng nước nhẹ (LWR), sử
dụng các phương pháp an toàn “chủ động” truyền thống bao gồm các tác động điện
hoặc cơ khí thực hiện theo lệnh. Một số hệ thống theo thiết kế còn vận hành kiểu thụ
động (VD: sử dụng van giảm áp) và làm việc không cần đến người điều khiển hoặc
mất nguồn điện tự dùng. Gồm các kiểu lò PWR (Pressurized Water Reactor – lò phản
ứng áp lực) và BWR (Boiled Water Reactor – lò phản ứng nước sôi) của châu Âu, Hoa
Kỳ, Nhật; WER và RBMK (của Nga); Candu nước nặng (của Canada, Ấn Độ), HTGR
(High Temperature Helium Gas), LMFR (Liquid metal cooled reactor).
• Lò nước sôi:
Chỉ duy trì có một hệ thống nước. Nước vừa hấp
thụ nhiệt từ các phản ứng hạt nhân trong lò để biến
nước thành hơi nước và hơi nước với áp suất được dẫn

thẳng đến tuabin để quay máy phát điện. Trong loại lò
phản ứng này, nước được truyền qua lõi lò phản ứng,
hoạt động như những dung dịch trung hòa và môi
NHÓM SUNRISE TRANG 6
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
trường làm nguội, là nguồn hơi nước để làm quay tuabin. Lò BWR hoạt động ở điều
kiện áp suất 70 atm, ở đó, nhiệt độ sôi của nước là 285
o
C. Môi trường nhiệt độ này
làm cho hiệu suất Carnot chỉ đạt được 42%, thực tế nguồn điện năng sinh ra chỉ có
khoảng 32%, thấp hơn so với loại lò nước dưới áp suất (PWR).
• Lò nước áp suất:
Gồm hai hệ thống nước tách biệt và nước
không pha trộn vào nhau. Hệ thống chính có nhiệm
vụ hấp thụ nhiệt từ các phản ứng trong lò dưới áp
suất rất cao và dòng nước nóng này được chảy qua
hệ thống ống trong bình giải nhiệt. Tại đây, nhiệt
được hệ thống nước thứ hai nhận và biến nước
thành hơi nước. Dưới áp suất cao, dòng hơi nước
này được dẫn vào tuabin để chạy máy phát điện.
Lợi thế của loại lò này là sự rò rỉ nhiên liên sẽ không xảy ra ở hệ thống chứa chạy vào
tuabin và máy nén.
I.1.c. Lò thế hệ III và III+:
Các lò chuyển tiếp thế hệ III được phát triển trong những năm 1990 với ưu thế
đặc thù là khả năng tự động cao hơn thế hệ II, công nghệ nhiên liệu được cải tiến, năng
suất nhiệt cao, thiết kế gọn hơn, độ an toàn cao hơn. Nó vận hành mà không cần đòi
hỏi sự can thiệp của người vận hành. Thêm vào đó, các thiết kế trọng lực hoặc đối lưu
tự nhiên nâng cao khả năng tự bảo vệ của chúng dưới tác động của các sự cố đột ngột
xảy ra mà vẫn cho hiệu suất điện cao hơn. Nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng
thế hệ III được xây dựng đầu tiên ở Nhật Bản. Phần Lan là nước duy nhất ở EU đang

xây dựng một nhà máy điện hạt nhân thế hệ III EPR, mua của Pháp với giá ban đầu dự
toán 2,5 tỷ Euro, sau đó, vì lý do an toàn phải chấp nhận tăng giá lên 4 tỷ Euro và
chậm tiến độ 3 năm. Ngoài ra, hiện chỉ có Điện lực Pháp có dự kiến đặt mua một số lò
thế hệ III EPR để thay thế các lò hết thời hạn vận hành vào khoảng các năm 2017-
2022.
NHÓM SUNRISE TRANG 7
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
Một số kiểu lò điển hình:
• Ap600
AP600 là một mô hình tương đối nhỏ, nhà máy
điện hạt nhân công suất 600 MWe được thiết kế bởi
Công ty Westinghouse Electric. AP600 này có các
tính năng an toàn thụ động đặc trưng như các thế hệ
lò phản ứng III.
• ABWR (Advanced Boiling Water Reactor)
Là lò phản ứng thế hệ thứ ba dựa trên lò phản
ứng nước sôi, khởi đầu do General Electric (GE) thiết
kế. Thiết kế chuẩn của nhà máy sử dụng lò ABWR có
công suất khoảng 1.350 MW điện.Các bơm tuần hoàn
bên trong bể áp suất lò phản ứng (RPV) là một cải tiến
quan trọng so với các thiết kế nhà máy lò phản ứng GE
trước đó, thay thế toàn bộ hệ thống bơm phun nằm
ngoài có khả năng rò rỉ.Các lò phản ứng đầu tiên ứng
dụng công nghệ bơm tuần hoàn trong do ASEA-Atom
thiết kế (giờ đây do Toshiba sở hữu) và xây dựng ở
Thuỵ Điển. Nhờ loại bỏ hệ thống bơm ngoài, nhà máy đạt hiệu suất cao hơn, tiết giảm
chi phí và an toàn hơn.
I.1.d. Lò thế hệ IV
Về ý tưởng thiết kế, lò phản ứng thế hệ IV có mọi đặc điểm của các lò thế hệ
III+, cộng thêm khả năng hỗ trợ sản xuất hyđro, thu hồi nhiệt, và thậm chí cả việc khử

muối mặn trong nước. Các lò tương lai này có khuynh hướng tiến tới chu kỳ kín, nghĩa
là các lò phải có khả năng đốt cháy phần lớn chất thải (lò nhanh) để đáp ứng 4 tiêu
chuẩn chính là tiết kiệm tài nguyên; tiết kiệm về chu kỳ nhiên liệu; hạn chế chất thải
phóng xạ; hạn chế sự lan rộng vũ khí nguyên tử. Ngoài ra, các thiết kế này còn bao
gồm việc quản lý các nguyên tố actinit. Actinit là các nguyên tố hoá học có số thứ tự
NHÓM SUNRISE TRANG 8
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
nguyên tử từ 89 (Actini) tới 103 (Lôrenxi); thuật ngữ này thường áp dụng cho các
nguyên tố nặng hơn Uran, còn được gọi là các chất siêu Uran. Các nguyên tố actinit
đều là chất phóng xạ, thường có chu kỳ bán rã dài, và chiếm tỉ lệ đáng kể trong nhiên
liệu thải từ các lò LWR. Nhìn chung, các hệ thống thế hệ IV bao gồm việc tái chế hoàn
toàn các nguyên tố Actinit và các công trình chu kỳ nhiên liệu tại chỗ, dựa trên các
phương án xử lý tiên tiến dùng nước (Aqueous), nhiệt luyện kim (pyrometallurgical)
hoặc phương pháp khô khác. Tái xử lý tại chỗ cho phép giảm vận chuyển vật liệu hạt
nhân, một vấn đề làm tăng rủi ro phổ biến hạt nhân.
I.2. PHÂN LOẠI CÁC LOẠI LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
Có nhiều cách phân loại lò phản ứng hạt nhân, dưới đây là cách phân loại phổ
biến nhất, dựa vào các chất làm chậm và chất truyền nhiệt sử dụng trong lò phản ứng.
I.2.a. Lò phản ứng nước – nước:
Các thanh nhiên liệu được xếp trong hộp đặt trong vùng phản ứng. Nước vừa làm
chất truyền nhiệt, vừa làm chất làm chậm. Nước làm chất truyền nhiệt được đưa vào
bên trong lò phản ứng, chạy dọc theo vùng phản ứng từ dưới lên trên. Áp suất trong lò
phản ứng nước – nước khoảng 1-2MPa.
Lò nước áp lực tạo hơi gián tiếp: Chất tải nhiệt vòng sơ cấp, được giữ ở trạng thái
lỏng dưới áp suất cao, mang nhiệt từ lò hạt nhân tới thiết bị sinh hơi, tại đây diễn ra
trao đổi nhiệt với vòng thứ cấp và hơi được tạo ra rồi dẫn tới tuabin.
Lò nước sôi sinh hơi trực tiếp bằng cách làm sôi chất tải nhiệt trong lò. Hơi được
tách ra khỏi chất lỏng trong một thiết bị phân tách đặt phía trên vùng hoạt động, sau đó
được đưa tới tuabin.
I.2.b. Lò phản ứng graphite:

Graphite được sử dụng làm chất làm chậm, chất truyền nhiệt trong lò phản ứng
Graphite có thể là nước nhẹ, nước nặng, gas, hoặc kim loại nóng chảy.
Các thanh nhiên liệu được xếp trong các ống dẫn cùng các chất truyền nhiệt. Bao
quanh các ống dẫn là Graphite. Ở nhiệt độ cao, Graphite xảy ra phản ứng với không
NHÓM SUNRISE TRANG 9
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
khí, do đó chất làm chậm Graphite được xếp vào trong các hộp kín làm bằng kim loại.
Lớp bảo vệ sinh học được làm bằng bê tông dầy, khí trơ Heli hoặc CO
2
bơm vào bên
trong lò phản ứng.
I.2.c. Lò phản ứng sử dụng neutron kích hoạt năng lượng lớn (neutron
nhanh):
Nguyên liệu sử dụng trong lò là hỗn hợp U-235 và Pu-239 được làm giàu (15%).
Phản ứng dây truyền xảy ra dưới tác động kích hoạt của các neutron nhanh. Bao quanh
vùng phản ứng là các tấm U-238 hoặc Th-232 có nhiệm vụ hấp thu toàn bộ các hạt
neutron nhanh, còn gọi là vùng tái sinh nguyên liệu. Các tấm U-238 và Th-232 khi hấp
thụ neutron sẽ trở thành Pu-239, U-233, nó sẽ tách ra trong quá trình tái chế. Trong lò
phản ứng sử dụng neutron nhanh kích hoạt, không cần dùng chất làm chậm neutron.
kim loại lỏng (Na, K, hoặc hỗn hợp Na – K) được sử dụng làm chất truyền nhiệt. Lò
phản ứng sử dụng neutron nhanh kích hoạt không cần chất làm chậm, sử dụng các
thanh nguyên liệu được làm giàu, và sắp xếp gần nhau, nên nhiệt lượng tỏa ra rất lớn
(1000 kW/l), do đó công suất của loại lò phản ứng này lớn. Chất truyền nhiệt phải có
khả năng trao đổi nhiệt nhanh, thường được sử dụng là kim loại lỏng (Na, K, hoặc hỗn
hợp Na – K) được sử dụng làm chất truyền nhiệt. Cũng do sử dụng nguyên liệu là các
thanh Uran được làm giàu nên mức độ an toàn cũng thấp hơn các loại lò khác.
I.2.d. Lò nhiệt độ cao tải nhiệt bằng tải nhiệt bằng khí gas, với graphite
làm chất làm chậm.
Loại lò này vẫn chưa được vận hành thương mại, là một phương án thay thế cho
thiết kế thông thường. Nó dùng Graphite là chất làm chậm và khí Helium là chất tải

nhiệt. Đặc điểm nổi bật của HTGR là có độ an toàn cao. Nhiên liệu của chúng được
bọc trong lớp vỏ gốm chịu được nhiệt độ trên 1.600
o
C trong khi nhiệt độ làm việc hiệu
quả của lò là 95
o
C. Helium được dẫn trực tiếp tới tuabin.
Tên và kí hiệu các loại lò phản ứng thông dụng trên thế giới
ABWR - Lò nước sôi cải tiến
AGR - Lò cải tiến, dùng Graphite làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt.
NHÓM SUNRISE TRANG 10
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
BWR - Lò nước sôi
FBR - Lò phản ứng sử dụng neutron kích họat năng lượng lớn (neutron nhanh)
GCR - Lò phản ứng dùng Graphite làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt.
HTGR - Lò nhiệt độ cao, tải nhiệt bằng khí gas, với Graphite làm chất làm chậm.
HWGCR - Lò phản ứng dùng nước nặng làm chất làm chậm, gas làm chất truyền
nhiệt.
HWLWR - Lò phản ứng dùng nước nhẹ làm chất truyền nhiệt, nước nặng làm
chất làm chậm.
РБМК - Lò phản ứng dùng Graphite làm chất làm chậm, nước nhẹ làm chất dẫn
nhiệt.
PHWR - Lò phản ứng áp lực, dùng nước nặng làm chất dẫn nhiệt và làm chậm
PWR - Lò phản ứng áp lực, dùng nước nhẹ làm chất truyền nhiệt.
SGHWR - Lò phản dùng nước nặng làm chất truyền nhiệt
ВВЭР - Lò phản ứng nước-nước (kiểu Nga, tương đương lò PWR)
CHƯƠNG II.
CHƯƠNG II.
CÔNG NGHỆ , NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ
CÔNG NGHỆ , NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ

CẤU TẠO CỦA LÒ BWR
CẤU TẠO CỦA LÒ BWR
II.1. CÔNG NGHỆ LÒ BWR
Các lò phản ứng nước sôi (BWR) là một loại lò phản ứng hạt nhân được sử dụng
cho các thế hệ năng lượng điện. Đây là loại thông dụng thứ hai của lò phản ứng phát
điện hạt nhân sau lò phản ứng nước áp lực (PWR). Lò phản ứng nước sôi thuộc loại lò
phản ứng nước nhẹ LWR. BWR là một loại lò phản ứng nước-nước thuộc thế hệ lò
phản ứng thứ hai, sử dụng nước khử khoáng như là một chất làm mát và điều tiết
neutron. Nhiệt là sản phẩm của phân hạch hạt nhân trong lõi lò phản ứng, và điều này
làm cho nước lạnh được đun sôi sản xuất ra hơi nước. Hơi nước được trực tiếp sử dụng
NHÓM SUNRISE TRANG 11
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
để làm quay một tuabin, sau đó nó được làm nguội trong một bình ngưng và được
chuyển tới lò phản ứng hạt nhân theo một vòng chu kỳ chuyển đổi liên tục.
Ở lò nước sôi BWR, nước được đun sôi rồi mới chuyển qua hệ thống làm tăng áp
suất. Làm như thế, phương pháp này rút ngắn tiến trình tạo nhiệt của hơi nước trong
khi chuyển số nhiệt lượng qua các tuabin để biến thành điện năng. Lò BWR sử dụng
nhiên liệu là Uranium được làm giàu 3%.
II.2. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CHUNG
Các lò phản ứng nước
sôi là những lò phản ứng năng
lượng hạt nhân phát ra điện
nhờ trực tiếp làm sôi nước
nhẹ trong nồi áp lực lò phản
ứng để tạo ra hơi nước. Hơi
nước này sẽ được chuyển tới
và làm quay tuabin. Sau đó,
hơi nước bị ngưng tụ và được
bơm trở lại bình lò phản ứng tiếp tục chu trình. Tuabin được gắn liền với động cơ của
máy phát điện, khi tuabin quay làm động cơ của máy phát điện quay tạo ra năng lượng

dưới dạng điện năng.
II.3. CẤU TẠO LÒ BWR
II.3.a. Hệ thống bình lò phản ứng
Hệ thống bình lò phản ứng bao gồm một bình áp suất
và các linh kiện bên trong của nó: một lõi lò bao gồm các
bó nhiên liệu và các thanh điều khiển, các thiết bị tạo hơi
nước: máy tách hơi nước và máy sấy hơi nước ở phần trên
của bình, thiết bị điều khiển năng lượng lò phản ứng: ống
dẫn thanh điều khiển và bộ phận thao tác thanh điều khiển
NHÓM SUNRISE TRANG 12
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
ở phần thấp hơn của bình. Các bộ phận này bao quanh lõi lò và kết hợp với chất lỏng
làm nguội các thiết bị của lõi lò.
II.3.b. Hệ thống thanh nhiên liệu
Nhiên liệu dùng trong lò phản ứng lò nước sôi
BWR là Uranium được làm giàu 3%. Uranium
được nén lại từng viên nhỏ Uranium dioxide hình
trụ, mỗi viên cao khoảng 0,5 inch (1,27 cm), đường
kính 0,487 inch (1,24 cm). Các viên UO
2
được xếp
chồng lên nhau trong một thanh nhiên liệu được
làm bằng một hợp kim đặc biệt của Zirconium
được gọi là Zircaloy, hợp kim này rất bền, chịu
được nhiệt độ cao và không hấp thụ neutron. Những thanh nhiên liệu được thiết kế
nhằm ngăn chặn sự rò rỉ các sản phẩm phân hạch và dẫn nhiệt dễ dàng. Các thanh này
gộp lại thành một bó nhiên liệu, mỗi bó gồm 49 thanh nhiên liệu và trong lò phản ứng
có 368 bó nhiên liệu. Như vậy trong một lò phản ứng có 18032 thanh nhiên liệu chứa
178145 pounds(80975 Kg) UO
2

. Nhiệt trung bình trên bề mặt một thanh nhiên liệu khi
hoạt động là 558
o
F (292
o
C).(số liệu của lò BWR Vermont Yankee,năm 1972)
II.3.c. Hệ thống thanh điều khiển (thanh kiểm soát)
Các thanh điều khiển làm bằng các vật liệu hấp thụ neutron: Bo-cacbua (B
4
C) bột
và các mảnh Hafnium (Hf) hấp thụ neutron. Đối với những thanh điều khiển thao tác
thường xuyên được làm bằng chất Hf có tuổi thọ cao. Các thanh này đóng vai trò điều
tiết neutron cho phản ứng phân hạch, từ đó kiểm soát năng lượng sinh ra trong lõi lò
phản ứng. Các thanh này có dạng hình chữ thập được chèn vào giữa các bó nhiên liệu.
Chính nhờ dạng hình chữ thập mà mỗi thanh điều khiển kiểm soát được 4 bó nhiên
liệu.
Việc định vị (thu hồi hay chèn) các thanh kiểm soát là phương pháp thông thường
để kiểm soát năng lượng trong lò phản ứng nước sôi BWR (ngoài ra còn có phương
pháp thay đổi lưu lượng nước qua lõi lò). Thanh điều khiển được bộ phận thao tác
NHÓM SUNRISE TRANG 13
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
thanh điều khiển đưa từ dưới lên, vì khi sôi bọt nước sẽ thoát ra ở phần trên lò làm cho
mật độ năng lượng trượt về phía dưới. Khi các thanh kiểm soát được thu hồi làm giảm
sự hấp thụ neutron trong vật liệu kiểm soát và tăng trong nhiên liệu, tốc độ của phản
ứng phân hạch tăng dẫn đến tăng năng lượng lò phản ứng. Khi các thanh điều khiển
được chèn vào làm tăng sự hấp thụ neutron trong vật liệu kiểm soát và giảm trong
nhiên liệu dẫn đến giảm tốc độ phản ứng phân hạch do đó năng lượng sinh ra trong lò
phản ứng giảm. Trong trường hợp có sự cố xảy ra, các thanh nhiên liệu được đóng lại
hoàn toàn để chấm dứt nhanh chóng quá trình phân hạch diễn ra trong lò. Một số lò
phản ứng nước sôi BWR đầu tiên và những đề xuất cho lò ESBWR thiết kế chỉ sử

dụng những lưu thông tự nhiên với thanh điều khiển được định vị để kiểm soát năng
lượng lò phản ứng từ 0% tới 100% vì chúng không có những hệ thống tuần hoàn lò
phản ứng. Trong quá trình hoạt động, các thanh nhiên liệu bị ăn mòn nên cần được
thay thế, vì chính sự hấp thụ neutron đã làm thay đổi cấu tạo hóa học của thanh. Ví dụ:
thanh điều khiển sử dụng vật liệu Boron-10 sẽ bị biến đổi khi nó hấp thụ một neutron
theo phản ứng
II.3.d. Nồi áp lực lò phản ứng(RPV)
Bình áp suất được cấu tạo gồm 3 bộ phận: Một ống hình trụ lớn, nắp bình và đáy
bình áp suất. Vỏ bình được cấu tạo bởi các lớp thép làm bằng những hợp kim khác
nhau. Đường kính bên trong của ống hình trụ là 17,1 feet (5,21m) và chiều cao của
bình áp suất là 63,1 feet (19,2 m), ống hình trụ bao gồm các lớp lót dầy khoảng 5 inch
(13cm) được ghép với nhau; ống hình trụ, phần đỉnh và phần đáy nặng 757,17 Pound
(344,168 kg). Bình lò áp suất được bọc trong một tòa nhà bảo vệ được thiết kế để vẫn
còn nguyên vẹn cho dù bình lò phản ứng bị vỡ hoặc ống dẫn hơi nước bị vỡ và nó đủ
chắc chắn để giữ nước đầy bên trong cho tới khi nước tràn lên tới các ống bọt nước đặt
phía trên lõi lò phản ứng.
NHÓM SUNRISE TRANG 14
10 7 4
5 3 2
B n Li He
+ → +
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
II.3.e. Hệ thống làm sạch nước lò phản ứng
Hệ thống làm sạch nước lò phản ứng
gồm các ống dẫn và các bơm tuần hoàn, có
vai trò loại bỏ các sản phẩm phân hạch,
các sản phẩm ăn mòn và những tạp chất ra
khỏi nước trước khi cho nước này quay trở
lại lõi lò phản ứng. Bơm làm sạch nước
lấy nước từ hệ thống tuần hoàn nước dự trữ trong lõi lò và nước ở phần đáy bình lò

đưa qua bộ phận chuyển nhiệt để làm nguội dòng. Sau đó, nước được chuyển tới bộ
phận lọc để làm sạch. Sau khi được làm sạch, nước được đưa quay trở lại bình lò phản
ứng thông qua hệ thống ống dẫn nước cung cấp.
II.3.f. Hệ thống ống dẫn tuần hoàn
Nó gồm có các ống dẫn và những cái bơm tuần hoàn. Nước sẽ được bơm từ
ngoài vào một bình chứa. Sau đó nhờ nhừng chiếc bơm tuần hoàn nước sẽ được dẫn
tới lõi lò phản ứng. Một phần nước sẽ được chuyển vào hệ thống chứa nước dự trữ
tuần hoàn, một phần sẽ được phun vào lõi lò nhờ những chiếc bơm cao phía trên lõi,
nước sẽ được dẫn qua các bó nhiên liệu. Tại đây, nước đóng vai trò là chất lỏng làm
chậm neutron, cung cấp neutron chậm cho phản ứng phân hạch, đồng thời nó cũng
đóng vai trò lấy nhiệt của các thanh nhiên liệu. Nhờ nhiệt tỏa ra trên bề mặt các thanh
nhiên liệu do phản ứng phân hạch gây ra nước được đun sôi. Dưới áp lực của lò, hơi
nước sẽ được chuyển tới máy tách hơi nước nằm phía trên lõi, sau đó đi qua máy làm
khô hơi nước. Hơi nước này sẽ được dẫn qua một hệ thống ống dẫn tới tuabin và làm
quay tuabin. Sau khi qua tuabin nước được làm sạch và bơm trở lại lõi lò phản ứng.
Phần nước còn lại trong lõi lò có nhiễm các sản phẩm phân hạch sẽ được lấy ra từ đáy
lò bởi các bơm làm sạch và chuyển đến bình lọc. Ở đây nước được làm nguội và sau
đó được chuyển lại lò. Ngoài ra còn có một hệ thống ống dẫn nước làm nguội tuần
hoàn.
NHÓM SUNRISE TRANG 15
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
II.3.g. Hệ thống các bơm tuần hoàn
Hệ thống các bơm tuần hoàn bao gồm các bơm tuần hoàn gắn trên hệ thống ống
dẫn để bơm nước từ ngoài vào và các bơm tuần hoàn đặt trong lò phản ứng. các bơm
tuần hoàn điều khiển lưu lượng nước đi vào lõi lò phản ứng từ đó điều chỉnh công suất
của lò phản ứng. đây là phương pháp thông thường và thuận tiện cho việc kiểm soát
năng lượng lò phản ứng.
Khi rút hoàn toàn các thanh nhiên liệu ra khỏi các bó nhiên liệu, việc thay đổi lưu
lượng nước qua hệ thống tuần hoàn lò phản ứng bằng việc thay đổi tốc độ của các bơm
tuần hoàn có thể làm thay đổi năng lượng lò phản ứng từ 30-100%. Khi dòng chảy qua

lõi lò tăng lên, hơi nước thoát ra khỏi lò nhanh hơn, lượng nước lỏng trong lõi tăng. Sự
điều tiết neutron tăng, các thanh nhiên liệu càng hấp thụ được nhiều neutron chậm, dẫn
đến năng lượng lò phản ứng tăng. Khi dòng nước chảy qua lõi lò giảm, trong lõi vẫn
còn một lượng hơi nước, lượng nước lỏng trong lõi giảm, sự điều tiết neutron trong lõi
giảm, nhiên liệu hấp thụ được ít neutron chậm dẫn đến năng lượng lò phản ứng giảm.
như vậy tỉ số giữa nước và hơi nước tăng sẽ làm tăng sự điều tiết neutron làm tăng
năng lượng sinh ra trong lõi lò.
II.3.h. Tuabin hơi nước
Hơi nước được tạo ra trong lõi lò phản ứng truyền qua máy tách hơi nước và
những thanh sấy khô đặt phía trên lõi và sau đó đi thẳng tới tuabin, là một bộ phận
trong hệ thống lò phản ứng. Dưới sức ép nước sẽ được bơm tới tuabin, hơi nước truyền
qua van và chỉa vào các cánh quạt của tuabin làm quay tuabin. Tuabin được gắn với
động cơ máy phát điện, khi tuabin quay đồng thời làm quay động cơ máy phát điện.
Sau khi đi qua tuabin hơi nước sẽ được ngưng tụ và bơm trở lại bình áp suất. Và chu
trình lại tiếp tục. Vì hơi nước sau khi thoát ra khỏi lõi lò thường nhiễm nuclit phóng xạ
nên tuabin phải được bảo vệ trong suốt quá trình hoạt động. Phần lớn những tia phóng
xạ trong nước chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn (chủ yếu là N-16 có chu kỳ bán
rã là 7 giây), nên thành tuabin phải được bảo trì ngay sau khi lò phản ứng ngưng hoạt
động.
NHÓM SUNRISE TRANG 16
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
II.3.i. Hệ thống an toàn lò phản ứng
Cũng giống như lò phản ứng nước áp lực, lõi lò phản ứng BWR tiếp tục sản xuất
nhiệt từ việc phân rã phóng xạ sau khi phản ứng phân hạch đã ngừng, có thể gây ra
một sự cố làm hư hỏng lõi. Trong trường hợp tất cả các hệ thống an toàn đều thất bại
và lõi lò phản ứng không nhận được nước làm nguội. Cũng giống như lò nước áp lực,
lò nước sôi có một hệ số chân không âm, do đó lượng neutron (và nhiệt) thoát ra khỏi
lò phản ứng giảm khi tỉ lệ hơi nước và nước bên trong lò phản ứng tăng. Tuy nhiên
không giống như lò PWR, không chứa hơi nước trong lõi lò phản ứng sự tăng đột ngột
áp suất hơi trong lò BWR (ví dụ như gây ra bởi việc khởi động van đường ống cô lập

hơi nước với lò phản ứng (MSIV)) gây ra sự giảm đột ngột tỉ lệ hơi nước với nước ở
thể lỏng bên trong lò phản ứng. Điều đó dẫn đến sự tăng neutron điều tiết, từ đó làm
tăng sản lượng điện của lò phản ứng. Điều này được gọi là “áp suất tức thời”. Do đó lò
BWR được thiết kế đặc biệt để chống lại áp suất tức thời đó, có một “áp lực đàn áp”
loại thiết kế có lỗ thông hơi áp lực quá cao sử dụng van áp suất làm chốt an toàn được
đặt bên dưới bề mặt của bình chứa chất lỏng được phân làm nhiều ngăn, gọi là
“wetwell” hoặc “hình xuyến”. Có 11 cái van áp suất trong mô hình lò BWR/1- BWR/6
và có 18 cái van áp suất trong mô hình lò ABWR, chỉ có một số trong đó có chức năng
ngăn chặn sự gia tăng áp lực tức thời. Ngoài ra các lò phản ứng cũng có hệ thống
nhanh chóng đóng lại trước khi một tác nhân nào đó tác động đến RPV.
Mỗi lò phản ứng sẽ được bao bọc bởi một tòa nhà chứa bằng thép gia cố dày 1.2
đến 2.4 m để phòng khả năng có một sự cố bất ngờ làm vô hiệu hóa tất cả hệ thống
chốt an toàn. Bên ngoài lò phản ứng còn được thiết kế với một hệ thống bảo vệ tiền bê
tông ngăn sự ảnh hưởng của lò với môi trường và của môi trường tới lò phản ứng.
NHÓM SUNRISE TRANG 17
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
CHƯƠNG III.
CHƯƠNG III.
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA LÒ BWR
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA LÒ BWR
III.1. ƯU ĐIỂM
Chu trình trực tiếp: Là một hệ thống đơn giản. Nước trong lò phản ứng được đun
sôi trên bề mặt của thanh nhiên liệu, sinh ra hơi nước trực tiếp chạy tua bin phát điện.
Khả năng tự điều chỉnh: Nhờ tính phản ứng âm, có thể tự điều chỉnh ổn định
công suất.
Dễ điều hành: Công suất có thể thay đổi và điều chỉnh dễ dàng bằng cách thay
đổi dòng nước tuần hoàn trong lò. Đuổi theo phụ tải trong ngày. Điều khiển tần số tự
động (AFC). Điều hành không cần chỉnh (có thể dựa vào sự biến đổi tần số của lưới
điện đuổi theo phụ tải). Khởi động nhanh.
Lòng lò và nhiên liệu có nhiều tính năng cao: Nước trong lò phản ứng được đun

sôi trên bề mặt của thanh nhiên liệu, sinh ra hơi nước trực tiếp chạy tua bin phát điện.
Mật độ năng lượng trong lò thấp, cấu trúc đơn giản, bền bỉ. Nhiên liệu được tiêu chuẩn
hóa, cho phép các nhà máy đang hoạt động có thể cùng một loại nhiên liệu. Ít bị bể, độ
tin cậy cao. Chi phí nhiên liệu thấp trong suốt thời gian sử dụng, vì Uranium thiên
nhiên, Uranium được làm giàu và bã nhiên liệu đều chiếm một lượng rất ít.
Bể chứa lò phản ứng với độ an toàn cao: Có thể thao tác bằng khí Hydro. Gọn
nhỏ, áp lực của bể chứa lò phản ứng được khống chế bằng bể triệt áp.
Lượng phóng xạ: Mức phóng xạ phát ra từ chất rắn, lỏng, khí nhỏ hơn lò PWR.
Lò phản ứng và các bộ phận của lò phản ứng hoạt động ở áp suất thấp hơn (khoảng 70
atm) so với lò PWR (khoảng 160 atm).
Nhiên liệu của nhà máy điện hạt nhân là Uranium. Tuy là nhiên liệu cháy, nhưng
vì năng lượng nguyên tử là năng lượng phát sinh do phản ứng phân hạch, nên không
cần Oxy, chính vì thế mà hoàn toàn không thải ra các chất gây ô nhiễm môi trường
như các loại khí CO
2
, NO
x,
SO
x
.
NHÓM SUNRISE TRANG 18
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
Năng lượng nguyên tử là nguồn năng lượng rất lớn, nên chỉ với một lượng nhỏ
nhiên liệu mà vẫn thu được năng lượng lớn. Nhiên liệu cần thiết cho một nhà máy điện
hạt nhân có công suất 1000 MW vận hành trong suốt 1 năm là:
Nhiên liệu Khối lượng Phương tiện vận chuyển Số lượng
Than đá 2.200.000 tấn Tàu trọng tải 200.000 tấn 11 tàu
Dầu 1.400.000 tấn Thùng chúa 200.000 tấn 7 thùng
Khí thiên nhiên 1.100.000 tấn Thùng chứa 200.000 tấn 5,5 thùng
Uran giàu 30 tấn Xe tải 10 tấn 3 xe

III.2. NHƯỢC ĐIỂM
Điểm yếu của lò này là khả năng rò rỉ phóng xạ, lan vào nước, từ đó có thể lan
sang tuabin cũng như các phần khác trong hệ thống.
Lò BWR hoạt động ở điều kiện áp suất 70 atm, ở đó, nhiệt độ sôi của nước là
285
0
C. Môi trường nhiệt độ này làm cho hiệu suất Carnot chỉ đạt được 42%, và thực
tế nguồn điện năng sinh ra chỉ có khoảng 32%, thấp hơn so với loại lò nước dưới áp
suất (PWR).
Các chất làm mát của BWRs thường có thành phần Oxy tương đối cao dẫn đến
vấn đề ăn mòn nhanh các hệ thống của lò BWRs.
Tính toán phức tạp để quản lý tiêu thụ nhiên liệu hạt nhân trong quá trình hoạt
động do "hai pha (nước và hơi nước) dòng chảy" trong phần trên của lõi.
Ô nhiễm của động cơ tua bin làm cho tuổi thọ của các Tuabin ngắn do các chất
phóng xạ gây ra.
NHÓM SUNRISE TRANG 19
VẬT LÝ NEUTRON ThS. TRẦN THIỆN THANH
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
1. John R. Lamarsh Anthony J. Baratta “Introduction to Nuclear Engineering “
2. Ngô Quang Huy, Sách “Cơ sở vật lý hạt nhân”, NXB Khoa học và Kỹ thuật (2006
3. />4. />5. />6. />bo-ngo
7. />8. />9. />10. />11. />actType=2&TypeGrp=1&ID_News=166&menuid=109000&menuup=109000&me
nulink=100000 />12. />13. />NHÓM SUNRISE TRANG 20