ĐO ĐẠC SỰ BÊ VO GIÒN CỦA VỎ THÙNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ TƯ VẤN AN TOÀN HẠT NHÂN
ĐO ĐẠC SỰ BÊ VO GIÒN CỦA
VỎ THÙNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
SỰ GIÒN CỦA VỎ THÙNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
Ts. Trần Đại Phúc
Nội dung
Nội dung
Mở đầu
Nội dung chính
1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV)
2. Các khuyến cáo và quy định liên quan tới sự giòn
3. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn
4. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV
5. Đo đạc độ giòn
6. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn
7. Đặc tính mẫu kỹ thuật của chiếu xạ và ủ
8. Kết luận
Mở đầu
Mở đầu
3

Các hệ thống an toàn của lò phản ứng hạt nhân
(LPUHN) chưa được thiết kế để ứng phó trong các sự
cố do sự sai hỏng của RPV.

RPV thậm chí có thể bị đứt gãy làm suy giảm đáng
kể độ dẻo (bền) ban đầu do tạo ra độ giòn trong quá
trình hoạt động. Sự tạo độ giòn là do cơ chế thoái hóa
khác nhau gây ra, trong đó đặc biệt quan trọng là bức
xạ nơtron.


Trong quá trình vận hành, một số điều kiện bất
thường có thể dẫn đến cái gọi là “áp lực sốc nhiệt”
(PTS), là do quá trình làm mát đột ngột các bộ phận
còn nóng của RPV ở áp suất cao.

RPV cần được đánh giá PTS trước khi hoạt động
(nạp nhiên liệu).
4
1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/1)

Thùng thép lò PUHN là một trang thiết bị rất quan
trọng khi ta nói về tuổi thọ của NMDHN.

Thùng thép lò PUHN khó có thể thay đổi khi nó bị bê
vo hoặc rò rỉ.

Thẩm định tuổi thọ của thùng thép lò PUHN dựa trên
những phân tích sự an toàn và bền vững của thùng
thép lò PUHN đối với những hiện tượng sau đây:
-
Sự hiểu biết về thiết kế.
-
Quá trình thủy nhiệt.
-
Phân tích cơ học.
-
Sự mỏi và ăn mòn.
-
Hiện tượng bê vo liên quan đến cơ học.
-

Đặc tính của thép và sự suy giảm.
-
Vật lý tâm lò.
-
Ảnh hưởng của bức xạ nơtron và tính toán.
- Kiểm tra và đo đạc trong quá trình vận hành.
-
Quá trình hoạt động của lò.
-
Quản lý tâm lò.
5
1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/2)
Phương pháp thẩm định thùng thép lò PUHN
6
1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/3)

Thùng lò công nghệ của Mỹ đã được giới thiệu trên
toàn thế giới.

RPV có cấu trúc hàn, nặng 500 tấn, cao 14 m, đường
kính 4,5 m với độ dày lớp vỏ là 20 cm hoặc hơn.

Các kim loại cơ bản thường được sử dụng: A302B,
mạ A533B hoặc A508 đúc và luyện thép với hợp kim Ferrit-
bainitic thấp, điển hình là C (0,05-0,2 %), Mn (0,7-1,6 %), Mo
(0,4-0,6 %), Ni (0,2-1,4 %), Si (0,2-0,6 %), Cr (0,05-0,5 %).

Hoạt động trong khoảng 290 ± 30˚C. Tiếp xúc với các
nơtron có năng lượng khác nhau (1 tới vài MeV).
7

1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/4)

Bộ luật Nga

Các Quy định của Bộ luật Nga có tầm quan trọng đặc biệt cho các bản
quy phạm pháp luật quy định bởi vì chúng bao gồm các kinh nghiệm đầy đủ của
các nhà thiết kế, xây dựng và hoạt động của các lò VVER (Nhà máy điện Temelin)

Quy định KTA của Đức

Nứt do sự giòn đã được chứng minh trong quá trình thiết kế.

An toàn về nứt-vỡ được chứng minh trong tuổi thọ dự kiến có tính đến
do chiếu xạ nơtron tạo ra độ giòn.

Quy định của Pháp: Bộ luật Pháp RCC – M.

Quy định của Mỹ: Bộ luật ASME.

Khuyến cáo của IAEA. "Hướng dẫn về phân tích áp lực sốc nhiệt của
nhà máy điện hạt nhân VVER" được sửa đổi 1997.
2. Các khuyến cáo và quy định liên quan tới sự giòn

Phổ nơtron truyền xuyên qua lớp thép thùng lò
9
3. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn (3/1)
1 E - 0 1 1 1 E - 0 0 9 1 E - 0 0 7 1 E - 0 0 5 0 . 0 0 1 0 . 1 1 E + 0 0 1
1 E - 0 0 5
0 . 0 0 0 1
0 . 0 0 1

0 . 0 1
0 . 1
1
o u t e r v e s s e l s u r f a c e
i n n e r v e s s e l s u r f a c e
s u r v e i l l a n c e s p e c i m e n
1 E - 0 1 1 1 E - 0 0 9 1 E - 0 0 7 1 E - 0 0 5 0 . 0 0 1 0 . 1 1 E + 0 0 1
1 E - 0 0 5
0 . 0 0 0 1
0 . 0 0 1
0 . 0 1
0 . 1
1
o u t e r v e s s e l s u r f a c e
i n n e r v e s s e l s u r f a c e
s u r v e i l l a n c e s p e c i m e n

Phổ nơtron truyền xuyên qua lớp thép thùng lò duoc do dac bang nhung cach sau dây:
•
Tinh toan phô notron qua truong trinh tinh toan Monte-carlo, Discrete ordinates transport notron (ANISN 1D, DOT 2D hoac 3D, SAND, v, v);
•
Kêt qua tinh toan duoc so sanh voi cac kêt qua do dac o trong tâm lo voi cac mâu do duoc kich hoat trong tâm LPUHN và ngoài thung LPUHN:
•
Au197(n,γ)Au198Cd (025eV), In115(n,n)In115m (1.2 MeV), Ti47(n,p)Sc47 (2.2 MeV), Ni58(n,p)Co58 (2.8 MeV), Fe54(n,p)Mn54 (3.1 MeV), Ti46(n,p)Sc46 (3.9 MeV),
Fe56(n,p)Mn56 (6MeV), Cu63(n,α)Co60(6.8 MeV), Al27(n,α)Na24(7.2 MeV), Nb93(n,2N)Nb92m(10.2 MeV), Ni58(n,2n)Ni58 (12 MeV).
10
3. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn (3/1)

Cơ chế chính tạo độ giòn là
quá trình làm cứng, nguyên tử bị

biến đổi do tán xạ và phản ứng
nơtron, hình thành:
+ Từng cụm các khoang rỗng.
+ Tạo các khe hở riêng rẽ
(chủ yếu là kết tủa đồng CRPs).
+ Sự sai lệch “mặt phân
cách" giữa các tinh thể.
11
3. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn (3/2)
Hình 1. Trình tự cơ bản của quá trình tạo ra độ giòn: (a) tạo ra các khuyết tật do bức xạ; (b) sự hình
thành của chất tan có kích thước nano, cụm khuyết tật (các nguyên tử sắt không được hiển thị), lệch
mặt tiếp xúc các tinh thể và làm cứng do các đặc tính nano; (d) sự làm cứng tăng cường vết gãy, ở tập
trung các khuyết tật (e) xuất hiện ứng suất trong vật liệu?

Các lưới SI trong tinh thể
làm các vị trí trống nhanh chóng
tái kết hợp lại.

Các lỗ trống và chất tan
biến đổi và hình thành các cụm
ba chiều nhỏ.

Dải các cụm cỡ nano (các
khuyết tật, chất tan và khuyết tật
lan tỏa phức tạp), đóng góp cho
quá trình làm cứng vỏ thùng
LPUHN do chiếu xạ.
12
3. Sai hỏng bề mặt lớp vỏ thùng LPUHN (3/3)
Hình 2.Minh họa các khuyết tật: (a-c) MD mô phỏng giai đoạn ban đầu tương tác, trung gian và cuối

cùng; (d-e) vị trí lỗ trống và các khe khuyết tật; (f) vị trí lỗ trống-cụm chất tan được hình thành.
4. Bức xạ nơtron tạo ra độ giòn của thép (1/4)

Sự thay đổi của nhiệt độ giòn dưới 50 °C trong tuổi thọ 40
năm được coi là tương đối nhạy cảm, giữa 50 và 100 °C được
xếp vào loại nhạy cảm, trên 100 °C là rất nhạy cảm.

Độ nhạy với nơtron được xác định bởi hệ số tạo ra độ giòn
A
F
T
thay đổi độ giòn ở nhiệt độ chiếu xạ T với nơtron nhanh:
T
K
= T
K0
+ A
F
T
x ( x 10ϕ
-22
)
1/3
T
K
: nhiệt độ giòn
T
K0
: nhiệt độ giòn trong điều kiện không chiếu xạ
A

F
T
: hệ số giòn ở nhiệt độ chiếu xạ T
: tác động nơtron nhanh với E ≥ 0,5 MeV đơn vị n/mϕ
2
A
F
T
ΔT
in
°C cho ϕ=10
24
n/m2
9 42
10 46
11 51
12 56
13 60
14 65
15 70
16 74
17 79
18 84
19 88
20 93
21 97
22 102
23 107
24 111
25 116

26 121
27 125
28 130
29 135
30 139
4. Nơtron tạo ra độ giòn của thép (2/4)
Hình 1 Cho thấy sự gia tăng của sự thay
đổi nhiệt độ giòn so với thông lượng
nơtron làm giòn vật liệu có giá trị khác
nhau
Bảng 1: Sự thay đổi của nhiệt độ giòn trong một tác động
giả định của 10
24
n/m
2
với hệ số giòn nơtron khác nhau A
F
T

Tạp chất của thép hoặc các vật liệu hàn (đặc biệt là
đồng và phốt-pho) dưới ảnh hưởng của nơtron tạo ra độ
giòn rất cao (hệ số 1/20).

Những thay đổi trong phụ thuộc nhiệt độ của độ
dai-nứt tĩnh lớn hơn cho trường hợp tương tự của dai-
nứt động cũng như những tác động va đập (Charpy test).

Khuyến cáo của IAEA sử dụng AFT có giá trị 25 với
kim loại mối hàn và 28 với vật liệu cơ bản cho dự đoán
đầu tiên của hiệu ứng nơtron trong phân tích trước sử

dụng PTS.
4. Nơtron tạo ra độ giòn của thép (3/4)

Các biện pháp cải tiến, thay đổi trong thiết kế trở nên cần
thiết.

Việc sắp xếp lại cấu hình vùng hoạt (vị trí của thanh
Dummy hoặc độ cháy của các bó nhiên liệu ở viền ngoài vùng
hoạt …) hạn chế độ rò rỉ nơtron cũng làm giảm đáng kể tác động
của bức xạ nơtron tới RPV.

Biện pháp “ủ nhiệt” các RPV cũng được đưa ra nhằm làm
giảm độ giòn của RPV trong quá trình vận hành.

Đánh giá tới hạn của giới hạn đường cong vận hành p-T.
5. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV (5/1)
5. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV (5/1)

Quản lý sắp xếp các bó thanh nhiên liệu trong tâm lò.

Dùng màn chống nơtron trong tâm lò.

Dùng các bó thanh nhiên liệu đã cháy.

Ủ nhiệt các RPV như một biện pháp tiềm năng làm tăng tuổi thọ.

Giảm nơtron trong tâm lò: giảm phổ nơtron 83 %
Giảm nơtron thoát khỏi tâm lò: giảm 18 %

Suối nước ECC:

- Accumulators: 100 °C
- Bồn nước: 60 °C

Phương pháp khác:
- HPSI khối nước.
- HPSI bơm.
- Valve xả của bình điều áp.
- Những tín hiệu bảo vệ.
5. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV (5/2)
5. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV (5/2)
5. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự
5. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự
giòn của RPV (5/3)
giòn của RPV (5/3)
5. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự
5. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự
giòn của RPV (5/4)
giòn của RPV (5/4)

Mẫu Charpy-V-notch (CVN)
10x10x55 mm được sử dụng phổ biến
trong các chương trình giám sát.

Đường nhiệt-năng Charpy được
sử dụng để xác định DBTT (nhiệt độ
chuyển tiếp từ pha dẻo sang giòn) tại
năng lượng hấp thụ 41J.
20
6. Đo đạc độ giòn (6/1)


ΔT
t
(độ biến đổi nhiệt độ do tác động của nơtron trong lò phản ứng)
phụ thuộc vào T
i
, , ϕ ϕ
t
>1, Cu, Ni, P và dạng sản phẩm (hàn, rèn, mạ), hàm
lượng Mn và điều kiện xử lý nhiệt, các tương tác mạnh giữa các thành
phần (như Ni, Cu).
21
6. Đo đạc độ giòn (6/2)
22
6. Đo đạc độ giòn (6/3)
23
6. Đo đạc độ giòn (6/3)
24
6. Đo đạc độ giòn (6/3)
25
6. Đo đạc độ giòn (6/4)