An toàn bức xạ trong một số hoạt động bảo dưỡng nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng nước áp lực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
--------

-------

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Đềtài:
CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN AN TOÀN BỨC
XẠ TRONG MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG BẢO DƢỠNG
NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN SỬ DỤNG
LÒ PHẢN ỨNG NƢỚC ÁP LỰC

Sinh viên:

NGUYỄN HỒNG HÀ – K58 CNHN
ĐẬU HUYỀN NGA – K59 CNHN

Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN HÀO QUANG

------------------

HÀ NỘI - 2016


LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Hào Quang,
Phó viện trưởng viện năng lượng nguyên tử Việt Nam, PGS.TS Bùi Văn Loát,

giảng viên bộ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý - Đại học Khoa Học Tự Nhiên
– Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho em những
kiến thức quý báu cũng như giúp đỡ em trong quá trình học tập để em hoàn
thành bản báo cáo khoa học này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo tại Bộ môn Vật lý hạt
nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà
Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn
thiện bản báo cáo.
Qua đây em cũng xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã thường xuyên động
viên, khuyến khích em và thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này.

Hà Nội, ngày 26 tháng 3 năm 2016
Các sinh viên


Mục lục

Mục lục .............................................................................................................. 1
Danh mục từ viết tắt .......................................................................................... 3
Danh mục hình vẽ ............................................................................................. 4
Danh mục bảng biểu.......................................................................................... 5
Lời nói đầu ........................................................................................................ 6
Chương 1: TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG NƯỚC ÁP LỰC ......................... 7
1.1. Tổng quan ................................................................................................... 7
1.2. Bố trí nhà máy ............................................................................................ 8
1.3. Hệ thống sơ cấp .......................................................................................... 9
1.4. Hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt.............................. 19
1.5. Hệ thống tải nhiệt dư ................................................................................ 25
1.6. Hệ thống phun an toàn ............................................................................. 27
1.7. Hệ thống phun trong nhà lò...................................................................... 29

1.8. Làm mát và làm sạch bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng........................ 31
1.9. Hệ thống lọc khoang trống lò phản ứng................................................... 34
1.10. Hệ thống xử lý chất thải phóng xạ ......................................................... 35
1.10.1. Hệ thống xử lý chất thải dạng lỏng.................................................. 36
1.10.2. Hệ thống xử lý khí thải .................................................................... 41
1.10.3. Hệ thống xử lý chất thải rắn ............................................................ 43
Chương 2: Một số bài toán thực tế.................................................................. 45
2.1. Bài toán thực tế 1. ................................................................................. 45
2.1.1. Đề bài ................................................................................................. 45
2.1.2. Lời giải ............................................................................................... 48
2.1.2.a. ...................................................................................................... 48
2.1.2.b. ...................................................................................................... 49
1


2.2. Bài toán thực tế 2 .................................................................................. 51
2.2.1. Đề bài ................................................................................................. 51
2.2.2. Lời giải ............................................................................................... 54
2.2.2.a. ...................................................................................................... 54
2.2.2.b. ...................................................................................................... 55
2.2.2.c. ...................................................................................................... 56
2.2.2.d. ...................................................................................................... 57
Kết luận và kiến nghị ...................................................................................... 58
1. Kết luận .................................................................................................. 58
2. Kiến nghị và hướng phát triển. .............................................................. 58
Tài liệu tham khảo ........................................................................................... 59

2

Danh mục từ viết tắt
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BWR

Boiling Water Reactor

Lò phản ứng nước sôi

CSS

Containment Spray System

Hệ thống phun trong nhà lò

CVCS

Chemical and Volume Control
System

DOT

U.S. Department of
Transportation

Hệ thống điều chỉnh hóa chất

và lượng chất tải nhiệt
Bộ giao thông vận tải Hoa
Kỳ

IAEA

International Atomic Energy
Agency

PWR

Pressurized Water Reator

Lò phản ứng nước áp lực

RCS

Reactor Coolant System

Hệ thống chất tải nhiệt lò
phản ứng

RCP

Reactor Coolant Pump

Bơm chất tải nhiệt lò phản
ứng

RHRS

Residual heat removal system

Hệ thống tải nhiệt dư

SIS

Safety Injection System

U.S NRC

United State Nuclear Regulatory
Commission

VCT

Volume Control Tank

Cơ quan năng lượng nguyên
tử quốc tế

Hệ thống phun an toàn
Cơ quan pháp quy hạt nhân
Hoa Kỳ
Bồn điều chỉnh lượng chất
tải nhiệt

3

Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Bố trí đơn giản của một lò phản ứng nước áp lực mô tả các thành
phần chính trong tòa nhà lò. ................................................................................... 10
Hình 1.2: Các thành phần chính của hệ thống sơ cấp trong lò phản ứng PWR .... 11
Hình 1.3: Thùng lò phản ứng nước áp lực và các thành phần chính ..................... 12
Hình 1.4: Bình sinh hơi và các thành phần chính. ................................................. 16
Hình 1.5 Bơm chất tải nhiệt lò phản ứng và các thành phần chính. ...................... 17
Hình 1.6: Bình điều áp và các thành phần chính ................................................... 18
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt . ................ 21
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống tải nhiệt dư và các thành phần chính. ........................... 26
Hình 1.9: Sơ đồ hệ thống phun nhà lò và các thành phần chính............................ 30
Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống chất tải nhiệt và làm sạch bể chứa nhiên liệu đã
cháy ......................................................................................................................... 32
Hình 1.11: Các hoạt động xử lý nhiên liệu đã cháy trong nhà chứa nhiên liệu
tại một tổ máy PWR................................................................................................. 34
Hình 2.1: Hình học nguồn-điểm cho việc tính liều phơi nhiễm. P là điểm cần
quan tâm để tính liều phơi nhiễm, S là một nguồn điểm......................................... 52
Hình 2.2: Hình học nguồn- đường cho việc tính liều phơi nhiễm. Ống lấy mẫu
dài 10m. Điểm Q nằm phía trên của chân ống lấy mẫu phía trên ống lấy mẫu
tại một khoảng cách vuông góc là 2m..................................................................... 52

4


Hình 2.3: Hình học nguồn dạng đĩa cho việc tính liều phơi nhiễm. Vết loang
có đường kính 20m. Điểm X cách 2m phía trên vết loang dọc theo trục đi qua
tâm của đĩa. ............................................................................................................. 52

5

Danh mục bảng biểu
Bảng 2.1:Hệ số suy giảm (chì) ................................................................................ 47
Bảng 2.2:Đệm khử khoáng và đặc trưng phóng xạ ............................................... 47
Bảng 2.3:Hệ số tích lũy liều đối với một nguồn điểm đẳng hướng ........................ 47

6


Lời nói đầu
Nhà máy điện hạt nhân tạo ra chất phóng xạ, chúng có thể thải ra nhà lò
và chiếu xạ trực tiếp lên con người, trước hết là các nhân viên bảo dưỡng khi
mở nắp thùng lò để thay nhiên liệu định kì. Nguy cơ chiếu xạ rất lớn nếu có
sự sai hỏng nhiên liệu hoặc sự cố. Còn khi nhà máy hoạt động bình thường,
phát thải và chiếu xạ được duy trì ở mức độ cho phép, song không có nghĩa là
vô hại. Các nhà máy điện hạt nhân hiện nay có chu kì hoạt động từ 12 đến18
tháng sau đó phải dừng lò để nạp nhiên liệu và thực hiện các hoạt động bảo
dưỡng định kì để đảm bảo hoạt động của chúng luôn ổn định, không bị xấu đi
do lão hóa và tác động của các yếu tố khác. Ở một số lò phản ứng cải tiến,
công việc bảo dưỡng có thể thực hiện không quá 16 ngày. Một số bộ phận
trong lò phản ứng có thể có mức độ phóng xạ rất cao, đặc biệt là khi có sự sai
hỏng của vỏ nhiên liệu khiến các sản phẩm phân hạch thoát ra ngoài. Nhân
viên bảo dưỡng là những người trực tiếp bị chiếu xạ trong quá trình bảo
dưỡng. Theo khuyến cáo của ICRP, liều hiệu dụng trung bình cho nhân viên
bức xạ là 100 mSv tính trong 5 năm liên tiếp, trong đó liều cực đại không quá
50 mSv trong một năm [1]. Do đó vấn đề an toàn bức xạ đối với các hoạt
động bảo dưỡng là rất quan trọng. Chương 1 của báo cáo này sẽ trình bày
tổng quan về hệ thống lò phản ứng nước áp lực và các mối quan tâm về phóng
xạ gắn liền với các hệ thống, bộ phận đó. Chương 2 của báo cáo này sẽ trình
bày một số hoạt động bảo dưỡng trong thực tế và các tính toán đi kèm để xác

định ảnh hưởng của phóng xạ trong các hoạt động đó tới nhân viên bảo dưỡng
nhà máy điện hạt nhân.

7


Chƣơng 1: TỔNG QUAN LÒ PHẢN ỨNG NƢỚC ÁP
LỰC
1.1. Tổng quan
Lò phản ứng nước nhẹ có đặc trưng là sử dụng nước để làm mát và làm
chậm. Có hai loại chính trong công nghiệp lò phản ứng nước nhẹ đó là lò
phản ứng nước áp lực (PWR) và lò phản ứng nước sôi (BWR). Báo cáo này
mô tả các hệ thống trong lò phản ứng nước áp lực có quan tâm bởi nhân viên
an toàn bức xạ. Mục đích chính là để trình bày những khía cạnh của thiết kế
hệ thống và các mối tương quan tác động đến tình trạng phóng xạ của nhà
máy. Các chức năng và mục đích của những hệ thống khác nhau được trình
bày cùng với những mối nguy hiểm về phóng xạ liên quan giữa chúng. Các
mô tả hệ thống được cung cấp đủ chi tiết để cho phép nhân viên an toàn bức
xạ có thể đánh giá tình trạng phóng xạ gắn liền với những điều kiện vận hành
khác nhau của nhà máy [2].
Nhân viên an toàn bức xạ phải có những hiểu biết cơ bản về những hệ
thống khác nhau trong nhà máy điện hạt nhân để đánh giá mối nguy hại thực
tế và tiềm năng về phóng xạ gắn với trạng thái vận hành của lò phản ứng nước
nhẹ. Không cần thiết nhân viên an toàn bức xạ phải có kiến thức chuyên sâu
tới tất cả các khía cạnh của các tham số hệ thống liên quan tới vận hành như
yêu cầu đối với các nhân viên vận hành nhà máy. Do đó, các chi tiết phức tạp
của thiết kế hệ thống và chức năng so với trình độ hiểu biết cần thiết của nhân
viên vận hành nhà máy không được đề cập. Tuy nhiên, điều quan trọng là họ
có đủ kiến thức về hệ thống nhà máy để giải quyết đầy đủ các yêu cầu về
phóng xạ cho các hoạt động được thực hiện trên hoặc trong vùng lân cận của

nhà máy [2].

8


Một số hệ thống trong lò phản ứng PWR là có mối quan tâm trực tiếp
về phương diện phóng xạ. Chúng bao gồm hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng
(hay hệ thống chất tải nhiệt sơ cấp) và các hệ thống bổ trợ khác. Các hệ thống
bổ trợ được quan tâm nhất bao gồm hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng
chất tải nhiệt, hệ thống tải nhiệt dư, làm sạch khoang lò phản ứng, làm mát và
làm sạch bể nhiên liệu đã cháy, hệ thống bơm an toàn, hệ thống phun nước
trong tòa nhà lò, hệ thống thông gió của nhà máy, hệ thống xử lý chất thải
phóng xạ, hệ thống xử lý và lấy mẫu hóa phóng xạ. Những hệ thống này có
khả năng bị nhiễm bẩn phóng xạ trong những điều kiện nhất định [2].
1.2. Bố trí nhà máy
Cơ sở PWR bao gồm ba hoặc bốn tòa nhà riêng biệt ngoài những thành
phần khác được yêu cầu để hỗ trợ hoạt động của cơ sở như các tòa nhà hành
chính văn phòng, thiết bị an ninh lối vào, nhà kho. Các tòa nhà chính thường
được liên kết với các cơ sở PWR bao gồm tòa nhà lò (hoặc nhà lò), tòa nhà
chứa nhiên liệu, tòa nhà phụ trợ và tòa nhà điều khiển [2].
Tòa nhà lò có cấu trúc hình trụ được làm bằng bê tông cốt thép, đó là
nơi có các thành phần hệ thống sơ cấp, các thành phần của thiết bị làm mát
vùng hoạt khẩn cấp, thiết bị xử lý không khí và thiết bị thông gió. Tùy theo
thiết kế và độ lớn của tổ máy PWR từng bộ phận khác nhau ( ví dụ hệ thống
tải nhiệt dư) sẽ được đặt trong tòa nhà lò hoặc tòa nhà bổ trợ. Nhà chứa nhiên
liệu bao gồm bể chứa nhiên liệu đã cháy, thiết bị thông gió tòa nhà và thiết bị
làm mát, các thành phần làm mát và làm sạch bể chứa nhiên liệu đã cháy và
nhà chứa nhiên liệu mới. Các hệ thống và các thành phần liên quan đến hệ
thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt, các bơm của hệ thống phun
an toàn và các bộ trao đổi nhiệt, có thể các thành phần của hệ thống tải nhiệt

dư, các bồn giữ chậm và lưu trữ khác nhau, các thiết bị xử lý chất thải phóng
xạ, thiết bị xử lý không khí, các khoang phin lọc và khử khoáng, các thiết bị
9


điện liên quan, các đường ống và van được đặt trong tòa nhà bổ trợ. Ngoài ra
nhiều thành phần và thiết bị liên quan tới hệ thống thứ cấp đều được đặt trong
tòa nhà bổ trợ. Phòng điều khiển chính được đặt trong tòa nhà điều hành.
Thông thường, tòa nhà điều hành sẽ bao gồm các phòng chứa acquy, trung
tâm điều khiển mô-tơ, cáp điện và phòng rơle và thiết bị thông gió khẩn cấp.
Hình 1.1 mô tả tòa nhà lò phản ứng nước áp lực điển hình và dòng hơi nước
tới máy phát tua-bin và các hệ thống phía thứ cấp [2].

Hình 1.1: Bố trí đơn giản của một lò phản ứng nước áp lực mô tả các thành
phần chính trong tòa nhà lò [2].
1.3. Hệ thống sơ cấp
Vòng sơ cấp của lò phản ứng PWR duy trì một áp suất cao, xấp xỉ 15,5
Mpa (2200-2300 psi) với nhiệt độ hoạt động khoảng 332oC (629oF). Vòng sơ
10


cấp hay hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng (RCS) bao gồm vùng hoạt lò
phản ứng. Hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng cung cấp chất tải nhiệt cho
vùng hoạt và truyền nhiệt cho vòng thứ cấp thông qua bình sinh hơi, tạo ra
hơi nước làm quay tua bin. Hệ thống sơ cấp bao gồm 2-4 vòng tuần hoàn.
Mỗi vòng tuần hoàn bao gồm một máy bơm chất tải nhiệt lò phản ứng (gọi
chung là bơm), bình sinh hơi và các đường ống dẫn. Bên cạnh thùng lò, bình
điều áp và bình hạ áp là những thành phần quan trọng khác liên quan đến hệ
thống sơ cấp. Hình 1.2 mô tả những thành phần chính của hệ thống sơ cấp
trong lò phản ứng PWR [2].

Hình 1.2: Các thành phần chính của hệ thống sơ cấp trong lò phản ứng PWR.
11


Thùng lò phản ứng chứa các bó nhiên liệu, cấu trúc giữ vùng hoạt, các
thanh điều khiển, lá chắn nhiệt, các ống dẫn trong vùng hoạt và các thành
phần liên quan khác. Thùng lò chứa lượng nhiệt sinh ra trong vùng hoạt, cung
cấp đường dòng cho chất làm chậm-làm mát qua vùng hoạt, cho phép tiếp cận
tới nhiên liệu trong các hoạt động nạp nhiên liệu và cung cấp các lối xuyên
qua cho phép các thanh điều khiển và các dụng cụ bên trong vùng hoạt có thể
tiếp cận vùng hoạt. Hình 1.3 mô tả thùng lò cùng một vài thành phần chính
của nó [2].

Hình 1.3: Thùng lò phản ứng nước áp lực và các thành phần chính [2]
12


Những thành phần chính của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng được
đặt trong khu vực tường chắn sinh học của nhà lò. Tùy thuộc vào số lượng
của các vòng tuần hoàn và thiết kế riêng biệt, các vòng tuần hoàn có thể được
trang bị tường chắn riêng. Tiếp cận với các thành phần chính như bình sinh
hơi, bơm chất tải nhiệt và bình điều áp bị hạn chế nghiêm ngặt trong thời gian
hoạt động của lò phản ứng. Khi mỗi tổ máy hoạt động 100% công suất, suất
liều bên trong các bức tường chắn sơ cấp, xây quanh các phòng chứa vòng
tuần hoàn vào khoảng 100–250 mSv/h (10–25 rem/h). Đóng góp vào các
trường bức xạ này gồm các hạt nhân phóng xạ có thời gian sống ngắn, chủ
yếu là N-16, cùng với các hạt nhân phóng xạ do kích hoạt, ăn mòn và phân
hạch có trong chất tải nhiệt. Mức độ bức xạ neutron là đáng kể, độ lớn của nó
tăng theo công suất lò phản ứng.Mức độ bức xạ neutron bên trong phòng chứa

vòng tuần hoàn ở công suất 100% có thể lên tới vài chục mSv/h (vài rem/h).
Do đó tiếp cận tới các khu vực máy bơm chất tải nhiệt, bình sinh hơi và bình
điều áp phải được giới hạn nghiêm ngặt khi lò đang hoạt động. Trong những
trường hợp nhất định (ví dụ 10% công suất lò phản ứng) và tùy thuộc vào
thiết kế cụ thể của nhà máy, tiếp cận trong khoảng thời gian ngắn (khoảng
một vài phút)có thể được để nghiên cứu các tín hiệu báo động sự cố hoặc các
vấn đề về thiết bị, Bất kì việc xâm nhập nào đều phải được lên kế hoạch và
kiểm soát chặt chẽ [2].
Các điều kiện tương tự và lý luận áp dụng cho các khu vực lối vào của
phía trên thùng lò và khoang trống lò phản ứng. Suất liều ở phần trên lò phản
ứng, trong khoang trống lò phản ứng và gần mép của khoang trống lò phản
ứng thường ngăn chặn việc đi vào các khu vực này khi lò đang có công suất
do các mức phóng xạ cao, chúng bao gồm một thành phần bức xạ neutron
đáng kể. Suất liều bức xạ trung bình trong khoảng 100-200 mSv/h (10-20

13


rem/h) ở phía trên thùng lò phản ứng và trong vùng lân cận của bộ dẫn động
thanh điều khiển [2].
Mỗi vòng tuần hoàn của hệ thống sơ cấp chứa một ống hình chữ U
hoặc bình sinh hơi qua một lần (SG). Nước từ của hệ thống sơ cấp chảy trong
các bó ống và truyền nhiệt của nó cho nước cấp lưu thông trên bề mặt vỏ ống
trong bình sinh hơi. Nằm trực tiếp trên bó ống là khoang trống hơi. Khoang
trống hơi tách hơi ẩm từ hơi nước rồi trả lại cho dòng nước cấp và sấy khô hơi
nước trước khi nó đi ra khởi bình sinh hơi. Điều này đảm bảo một nguồn cung
cấp hơi nước chất lượng cao cho các tuabin máy phát điện. Cửa thăm dò (cho
người vào hoặc tay) được đặt tại các vị trí chiến lược trên mỗi bình sinh hơi
để cho phép tiếp cận trong các hoạt động kiểm tra và bảo trì trong thời gian
dừng nhà máy. Mỗi bình sinh hơi có chứa hàng ngàn ống riêng biệt cung cấp

một diện tích bề mặt cần thiết đủ để truyền nhiệt và tạo ra lượng hơi nước cần
thiết để sản xuất lượng lớn điện năng của nhà máy điện hạt nhân. Bình sinh
hơi phải được bảo dưỡng trong tình trạng hoạt động tốt để đảm bảo hiệu suất
hoạt động tốt nhất của mỗi tổ máy. Tình trạng xuống cấp ảnh hưởng tới chất
lượng hoặc lượng hơi sản xuất được của mỗi bình sinh hơi dẫn đến giảm sản
lượng công suất, ảnh hưởng tiêu cực tới hoạt động kinh tế. Bình sinh hơi phải
chịu sự kiểm tra toàn diện và bảo dưỡng trong khoảng thời gian dừng nhà
máy. Những hoạt động này có thể chiếm một phần đáng kể mức chiếu xạ
trong quá trình dừng nhà máy tại các tổ máy lò phản ứng PWR [2].
Tiếp cận vùng lân cận bình sinh hơi thông thường không được thực
hiện trong khi lò đang hoạt động do mức độ bức xạ cao. Hơn nữa, ngay cả khi
được phép tiếp cận thì phạm vi kiểm tra phải được giới hạn. Lý do hay gặp
nhất để kiểm tra bình sinh hơi khi lò phản ứng đang hoạt động là trong trường
hợp nghi ngờ có sự rò rỉ ở cửa thăm dò (cho người vào hoặc tay). Việc giả
thiết các khu vực này dễ dàng được tiếp cận và có thể dễ dàng quan sát những
14


xâm nhập cho mục đích điều tra khẩn cấp phải được đảm bảo trong những
điều kiện nhất định [2].
Mức độ phóng xạ của bình sinh hơi là mối quan tâm chính trong thời
gian dừng nhà máy để thực hiện các hoạt động kiểm tra và bảo dưỡng. Một
khi cửa thăm dò chính cho người vào được tháo ra các mức suất liều khoảng
vài mSv/h (vài trăm mrem/h) có thể gặp phải trong vùng lân cận cửa thăm dò.
Mức độ phóng xạ lên tới hàng chục mSv/h (vài rem/h) hoặc cao hơn khi tiếp
xúc với tấm ống bên trong cửa thăm dò không phải là hiếm. Suất liều tại cửa
thăm dò của bình sinh hơi có thể thay đổi đáng kể từ tổ máy này sang tổ máy
khác và phụ thuộc rất nhiều vào lịch sử hoạt động của nhà máy, việc duy trì
kiểm soát hóa chất khi vận hành tốt, các phương pháp hóa chất sử dụng để
dập lò và tính toàn vẹn của vỏ thanh nhiên liệu. Hình 1.4 mô tả thành phần

chính của một bình sinh hơi; lưu ý các vị trí của cửa thăm dò cho người vào
và khu vực tấm ống trong bình sinh hơi [2].

15


Hình 1.4: Bình sinh hơi và các thành phần chính [2].
Bơm chất tải nhiệt lò phản ứng (RCP) lưu thông nước làm mát trong lò
phản ứng qua thùng lò bằng cách hút từ các bình sinh hơi. Tùy thuộc vào nhà
cung cấp lò phản ứng có thể có một hoặc hai máy bơm chất tải nhiệt cho mỗi
bình sinh hơi. Mỗi bơm bao gồm một bộ phận thủy lực, vòng đệm và động cơ.
Mức độ phóng xạ của khu vực chung trong vùng lân cận máy bơm chất tải
16


nhiệt lò phản ứng trong điều kiện dập lò có thể tới vài mSv/h (vài trăm
mrem/h), đặc biệt là ở gần vùng vòng đệm của bơm. Tùy thuộc vào thiết kế và
vị trí cụ thể của động cơ, suất liều tại vùng gần động cơ thường thấp hơn đáng
kể, có thể ít hơn hàng trăm 1µSv/h (cỡ vài chục mrem/h) hoặc thấp hơn [2].

Hình 1.5 Bơm chất tải nhiệt lò phản ứng và các thành phần chính [2].
Thành phần chính cuối cùng của hệ thống sơ cấp là bình điều áp. Bình
điều áp là một thùng lớn, được giữ điền đầy một phần bởi nước của hệ thống
chất tải nhiệt lò phản ứng và một phần bởi khí duy trì trong phần trên của nó.
Bình điều áp duy trì áp suất của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng trong giới
17


hạn quy định. Bộ sưởi điện nằm bên trong bình điều áp được bật lên khi áp
suất trong hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng cần phải được tăng lên. Khi áp

suất hệ thống cần phải được giảm, nước lạnh được phun vào khoảng trống của
bình điều áp qua một vòi phun bên trong nằm ở phía trên bình điều áp. Nước
xả ra từ bình điều áp được chuyển đến bồn xả áp (Hình 1.6) [2].

Hình 1.6: Bình điều áp và các thành phần chính[2]
Tương tự như các thành phần khác của hệ thống chất tải nhiệt lò phản
ứng, mức độ phóng xạ khi lò phản ứng đang hoạt động hạn chế nghiêm ngặt
việc đi vào bình điều áp. Tùy thuộc vào từng thiết kế và bố trí các khoang, có
thể tiếp cận tới các khu vực thấp hơn của bình điều áp khi lò phản ứng hoạt
động. Mức độ phóng xạ tại khu vực chung trong các vùng quanh bình điều áp
18


khi lò đang hoạt động có thể rơi vào khoảng vài mSv/h (vài trăm mrem/h) đến
vài chục mSv/h (vài rem/h), tùy thuộc vào cách bố trí riêng biệt của nhà máy.
Việc xem xét cũng phải được đưa ra đối với các điều kiện môi trường trong
khoang bình điều áp khi lò phản ứng hoạt động. Nhiệt độ môi trường xung
quanh, đặc biệt là đối với phía trên của bình điều áp có thể quá cao và có thể
là một yếu tố hạn chế tiếp cận trong khoảng thời gian lò phản ứng hoạt động.
Tình huống hay gặp nhất đòi hỏi tiếp cận tới bình điều áp khi lò phản ứng
đang hoạt động chắc có thể là sự cần thiết của việc kiểm tra an toàn bình điều
áp đối với khả năng rò rỉ. Các hệ thống an toàn của bình điều áp là các van xả
áp mà chúng cung cấp bảo vệ chống quá áp đối với hệ thống nước làm mát lò
phản ứng. Nếu các hệ thống an toàn của bình điều áp có thể tiếp cận để quan
sát bằng mắt thì có thể cho phép tiếp cận trong khoảng thời gian ngắn. Điều
này giả định rằng tình trạng môi trường cho phép tiếp cận và rằng liều bức xạ
ước tính cho cá nhân là chấp nhận được dựa trên tính khẩn cấp và lợi ích đạt
được [2].
Mức độ phóng xạ của bình điều áp là mối quan tâm chính trong điều
kiện dừng nhà máy vì đây là khoảng thời gian mà các hoạt động bảo trì và

kiểm tra được thực hiện. Các bộ sưởi trong bình điều áp yêu cầu phải được
bảo dưỡng và kiểm tra định kì. Mức độ phóng xạ của những bộ sưởi này có
thể nằm trong dải vài mSv/h tới vài trăm mSv/h (từ vài trăm mrem/h tới vài
rem/h) và có thể phụ thuộc cao vào lịch sử vận hành gắn với tính toàn vẹn
nhiên liệu và tình trạng hóa chất của hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng. Các
hệ thống an toàn của bình điều áp cũng đòi hỏi thường xuyên bảo dưỡng và
kiểm tra. Những van này được đặt ở phía trên bình điều áp, đôi khi ở rất gần
bình điều áp và trong một khu vực giới hạn do sự có mặt của các đường ống,
các trụ đỡ đường ống và các thành phần liên quan. Mức độ phóng xạ khi tiếp
xúc với các hệ thống an toàn và các đường ống liền kề có thể lên tới vài chục
19


mSv/h (vài rem/h) trong khoảng thời gian dừng nhà máy với suất liều tại khu
vực chung là một vài mSv/h (vài trăm mrem/h) [2].
1.4. Hệ thống điều chỉnh hóa chất và lƣợng chất tải nhiệt
Hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt (CVCS) sử dụng
bộ lọc và bộ khử khoáng để loại bỏ các sản phẩm phân hạch và các sản phẩm
kích hoạt trong nước làm mát lò phản ứng, duy trì tổng lượng nước làm mát
lò phản ứng, điều chỉnh nồng độ bo trong nước làm mát lò phản ứng và là
một thành phần tích hợp của hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp. Các thành
phần chính của hệ thống CVCS bao gồm các bơm, các bộ trao đổi nhiệt, bồn
điều chỉnh lượng chất tải nhiệt, các phin lọc sạch và các tấm đệm khử khoáng,
ngoài ra còn có các van và các đường ống liên quan. Một tên gọi thông dụng
khác cho hệ thống này là hệ thống bù nước [2].
Nước làm mát lò phản ứng được xả vào hệ thống điều chỉnh hóa chất
và lượng chất tải nhiệt (tức là dòng chảy xuống) và chảy qua bề mặt vỏ của
bộ trao đổi nhiệt tái sinh nơi mà nhiệt độ dòng chảy xuống của hệ thống chất
tải nhiệt lò phản ứng được giảm đi. Nước làm mát được hạ áp, tiếp theo đó nó
chảy qua ống của bộ trao đổi nhiệt của dòng chảy xuống. Dòng chảy xuống

tiếp tục chảy qua tấm đệm khử khoáng hỗn hợp và bộ lọc nước làm mát lò
phản ứng sau đó đi vào bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt thông qua một vòi
phun đặt ở phía trên bồn đó. Dòng nước đã được lọc và xử lý hóa chất (tức là
dòng nạp) được quay trở lại hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng thông qua các
bơm nạp. Phần lớn dòng nạp được dẫn đến hệ thống chất tải nhiệt lò phản ứng
thông qua phía bên trong ống của bộ trao đổi nhiệt tái sinh để làm giảm nhiệt
độ dòng chảy xuống. Phần còn lại của dòng nạp được chuyển đến vòng đệm
bơm chất làm mát lò phản ứng và quay trở lại hệ thống điều chỉnh hóa chất và
lượng chất tải nhiệt thông qua bộ lọc nước vòng đệm và bộ trao đổi nhiệt
20


nước vòng đệm. Nếu đường dẫn dòng chảy xuống thông thường không có,
nước làm mát lò phản ứng có thể trở lại bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt
(VCT) thông qua bộ trao đổi nhiệt của dòng chảy xuống. Hình 1.7 mô tả
những thành phần chính của hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải
nhiệt [2].

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt
[2].
Rõ ràng do chức năng của hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất
tải nhiệt và thực tế là nó bao gồm dòng chảy xuống từ hệ thống chất tải nhiệt
lò phản ứng, nó là một hệ thống có quan ngại đáng kể về phóng xạ đối với
nhân viên an toàn bức xạ. Mô tả chi tiết hơn về các thành phần chính của hệ
thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải nhiệt sau đây cung cấp cơ sở cho
việc đánh giá và hiểu hơn về điều kiện phóng xạ tiềm ẩn của hệ thống này [2].

21

Bộ trao đổi nhiệt tái sinh lấy lại nhiệt từ dòng chảy xuống bằng cách
làm nóng lại dòng nạp. Điều này làm giảm ảnh hưởng tới độ phản ứng do
bơm nước tương đối lạnh hơn vào vùng hoạt và làm giảm sự sốc nhiệt đối với
đường ống của hệ thống nước làm mát lò phản ứng. Bộ trao đổi nhiệt tái sinh
là thành phần đầu tiên mà dòng chảy xuống của hệ thống chất tải nhiệt lò
phản ứng đi vào. Do đó, về bản chất nó là một thành phần của hệ thống chất
tải nhiệt lò phản ứng theo quan điểm phóng xạ. Bộ trao đổi nhiệt tái sinh
thường nằm trong tòa nhà lò trong một khoang có che chắn và được xem là
không được tiếp cận khi lò phản ứng hoạt động. Mức độ phóng xạ lên tới
hàng chục mSv/h (vài rem/h) là điển hình cho thành phần này, trong khi đó
mức độ phóng xạ khu vực chung vào khoảng vài mSv/h (vài trăm mrem/h)
[2].
Bộ trao đổi nhiệt dòng chảy xuống làm mát dòng chảy xuống để đảm
bảo cho nhựa khử khoáng không bị hư hỏng và nước dẫn tới vòng đệm của
bơm chất tải nhiệt lò phản ứng ở nhiệt độ thích hợp. Thành phần này cũng
như tất cả các thành phần chính khác của hệ thống kiểm soát hóa chấtvà l,
nhưng ngoại trừ bộ trao đổi nhiệt tái sinh được trao đổi ở trên, nó thường
được đặt tại tòa nhà phụ trợ. Suất liều xung quanh bộ trao đổi nhiệt dòng chảy
xuống có thể có bậc độ lớn vài chục mSv/h (vài rem/h) khi lò phản ứng đang
hoạt động [2].
Bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt (VCT) hoặc bồn bù nước (thuật
ngữ thay đổi theo các hãng sản suất lò phản ứng) cung cấp một phương tiện
cho việc đưa hydro vào trong nước làm mát của hệ thống chất tải nhiệt lò
phản ứng và được sử dụng để khử khí trong nước làm mát lò phản ứng khi
dập lò. Khí hydro được dùng để thu gom oxy dư thừa có thể sinh ra trong hệ
thống chất tải nhiệt lò phản ứng, đó là một chức năng kiểm soát ăn mòn quan
trọng. Các khí phân hạch được xả vào hệ thống xử lý khí thải. Bồn điều chỉnh
22

lượng chất tải nhiệt cũng cung cấp dung tích tràn dư cho nước làm mát lò
phản ứng. Trong thời gian hoạt động, mức độ phóng xạ trong bồn điều chỉnh
lượng chất tải nhiệt có thể biến động nhanh chóng. Thông thường, bồn điều
chỉnh lượng chất tải nhiệt (một tên gọi thông dụng khác là bồn xả của hệ
thống chất tải nhiệt) được đặt bên trong một phòng hoặc khoang ngăn cách có
che chắn. Những van và máy đo đi kèm thường được đặt trong các rãnh ống
hoặc rãnh van bên ngoài bản thân phòng chứa bồn, loại bỏ sự cần thiết để
nhân viên vào phòng chứa bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt một cách
thường xuyên. Do đó, việc cần thiết phải vào phòng chứa bồn điều chỉnh
lượng chất tải nhiệt là ít xảy ra. Mức độ phóng xạ ở khu vực chung trong
phòng chứa bồn điều chỉnh lượng chất tải nhiệt thường vào khoảng vài mSv
(khoảng vài trăm mrem/h) tới hàng chục mSv/h (vài rem/h) và phụ thuộc vào
sự biến động [2].
Vòng tuần hoàn làm sạch của hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng
chất tải nhiệt thường bao gồm một đệm hỗn hợp và bộ khử khoáng cation để
loại bỏ ion và một bộ lọc nước làm mát lò phản ứng có tác dụng thu góp
những hạt nhựa và các hạt lơ lửng từ dòng chảy xuống. Bộ khử khoáng
thường có kích thước phù hợp để xử lý một dòng chảy xuống lớn nhất. Do
tổng lượng các sản phẩm ăn mòn kích hoạt và sản phầm phân hạch tích tụ trên
đệm nhựa và các bộ lọc, suất liều đáng kể sẽ gặp phải trên chúng. Trong
khoảng thời gian dừng nhà máy hoặc khi đệm nhựa bị phơi nhiễm một lượng
đáng kể gỉ cặn (ví dụ khi gỉ cặn bung ra), suất liều vượt quá vài Sv/h (vài trăm
rem/h) không phải là hiếm trong khu vực lân cận bể chứa nhựa. Những thành
phần này được đặt sau những hầm che chắn lớn [2].
Một phần dòng nạp của hệ thống điều chỉnh hóa chất và lượng chất tải
nhiệt được dẫn tới vòng đệm của bơm chất tải nhiệt lò phản ứng và quay trở
lại bộ trao đổi nhiệt nước vòng đệm. Bộ trao đổi nhiệt nước vòng đệm làm
23