Bài giảng Chương 5 Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt PGS.TS Nguyễn Nhị Điền

Chương 5
LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
ĐÀ LẠT

PGS TS Nguyễn Nhị Điền
Đà Lạt, 2014
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

1


CÁC ĐIỂM MỐC THỜI GIAN
• 1960 - khởi công xây dựng lò TRIGA Mark II tại Đà Lạt
• 26/2/1963 - Lò TRIGA đạt trạng thái tới hạn lần đầu
• 4/3/1963 - Lò TRIGA được đưa vào hoạt động chính thức
ở công suất 250 kW
• Từ 1963-1968 - LPƯ được vận hành với 3 mục tiêu: huấn
luyện cán bộ (Training), nghiên cứu khoa học (Research) và
sản xuất đồng vò phóng xạ (Isotope Production)
• Từ 1968-1974 - LPƯ tạm ngừng hoạt động do chiến tranh
• Sau Hiệp đònh Paris được ký kết vào năm 1973, giai
đoạn 1974-1975, nhiên liệu của LPƯ được lấy ra khỏi vùng
hoạt và chuyên chở trả về Hoa kỳ. LPƯ hoàn toàn không còn
khả năng hoạt động.
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

2


 Theo QĐ số 64/CP ngày 26/4/1976, ngành hạt nhân được
thành lập và được giao quản lý Trung tâm Nghiên cứu Nguyên

tử Đà Lạt mà thiết bò chính là LPƯ TRIGA Mark II
 9/10/1979 - Hợp đồng số 85-096/54100 về khôi phục LPƯ
được đại diện hai nước Việt Nam và Liên xô ký kết
 15/3/1982 - khởi công xây dựng công trình khôi phục & mở
rộng LPƯ hạt nhân Đà Lạt (gọi là lò IVV-9)
 01/11/1983 - Lò IVV-9 đạt trạng thái tới hạn lần đầu với
nhiên liệu độgiàu ca o 36% U-235
 20/3/1984 - LPƯ hoạt động chính thức ở công suất 500kW
 Từ 13/2/1985 - sau 1 năm bảo hành, 3 chuyên gia cuối
cùng của Liên xô về nước. Viện NCHN hoàn thành đảm nhận
công tác vận hành và khai thác LPƯ.
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

3


 Tháng 2/2004 –bắt đầu tha m gia dự án RRRFR (Rus s ia n
Re s e a rch Re a ctor Fue l Re turn) đểchuyển đổi nhiên liệu vùng
hoạt từ s ử dụng nhiên liệu độgiàu ca o (HEU –Highly Enriche d
Ura nium, 36% U-235) s a ng độgiàu thấp (LEU –Low Enriche d
Ura nium, 19.75% U-235).
 Từ ngày 12/9/2007 –Lò phản ứng hoạt động với vùng hoạt
hỗn hơp nhiên liệu HEU vàLEU.
 Ngày 30/11/2011 –LP Ư đạt trạng thái tới hạn lần đầu với cấu
hình 72 bó nhiên liệu LEU.
 Ngày 9/01/2012 –LP Ư đạt mức 100% công s uất da nh đị
n h và
vận hành thử nghiệm 72 giờkhông tải.
 Tuần 12-16/3/2012 –thực hiện đợt vận hành lò 108 giờtại
công s uất 500 kW đầu tiên với nhiên liệu LEU.

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

4


CẤU TRÚC CỦA LÒ PHẢN ỨNG

3D-View of the Dalat Research Reactor
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

5


TiÕt diÖn c¾t ®øng
~ 2000 mm

TiÕt diÖn c¾t ngang

Rotating top lid

Pool tank

Column
door

Beam port # 2

Upper
cylindrical
shell

Beam port # 3

Thermal
Column

~ 6840 mm
Stainless steel

Extracting
well

Aluminum
Graphite reflector

Pool tank wall

Core

Concrete
shielding
Beam port # 1

Spent fuel
storage tank

Thermal
column door

A

Core

Graphite

Bellows
assembly

Beam port # 4

Thermalizing column (closed)
Concrete
shielding

Door plug

(ex bulk-shielding
experimental tank)

Spent fuel storage tank

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

6


Gi¸ ®ì tÇng trung gian
trong bĨ lß

2

2

4

2
1
5
7
4
0

2

3

5
2

1. GiÕng hót vµ kÕt cÊu gi¸ ®ì vïng ho¹t
2. C¸c kªnh ®Ỉt c¸c ®Çu dß neutron
3. VÞ trÝ ®Ĩ nhiªn liƯu t¹m thêi
4. èng dÉn; 5. Kh«ng gian ®Ĩ n­íc ®èi l­u

- Là loại LPƯ nghiên cứu dạng
bể bơi. Dùng nước thường để
làm chậm nơtron và làm nguội
vùng hoạt.
- Vùng hoạt đặt trong thùng lò
dưới độ sâu khoảng 5m nước.
Thùng lò có dạng hình trụ (cao

6.25m, đường kính 2m), chứa
khoảng 18m3 nước cất.
- Trước tháng 9/2007, vùng hoạt
chứa 104 bó nhiên liệu HEU,
mỗi bó chứa khoảng 40g U235 với độ giàu 36%. Từtháng
9/2007, vùng hoạt hỗn hợp gồm
98 bó HEU và6 bó LEU độ giàu
19,75% chứa khoảng 50g U235, vàtừtháng 7/2009, vùng
hoạt gồm 92 bó HEU và12 bó
LEU từ 7/2009.

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

7


Thùng Lò phản ứng:

Thùng lò được giữ lại từ lò TRIGA trước đây, có đường kính
ngoài khoảng 2 m, chiều cao 6,25 m, độ dày tối thiểu 6,2 mm.
Thùng lò được che chắn bằng bê-tông xung quanh.
Cấu trúc che chắn:

Kết cấu bê tông cốt thép có chiều dài 8,6 m và chiều cao tính từ
sàn nhà lò khoảng 6,55 m.
Chỗ có chiều dày tối thiểu trong kết cấu che chắn theo chiều
hướng tâm từ trong vùng hoạt ra ngoài là 2,5 m.
Cấu trúc che chắn của Lò phản ứng theo dạng bậc thang nên phần
đáy có chiều rộng khoảng 6,69 m trong khi ở phía trên có hình
bát giác với chiều rộng khoảng 3,81 m.

Một tấm thép nặng 3,6 tấn, dày 15 cm được dùng để che chắn
phóng xạ bổ sung phía nắp thùng lò.
Vin NCHN, Lt 11/2014

8


Mặt cắt ngang vùng hoạt lò phản ứng (Cu hỡnh 104 HEU, trc 9/2011):
Bẫy nơtron
Vành phản xạ Graphite
Mâm quay 40 hốc chiếu

Thanh nhiên liệu
Thanh điều khiển
(Boron Carbide)
Thanh tự động
Khối Beryllium

31.75

Các kênh chiếu mẫu

Vin NCHN, Lt 11/2014

9


MÆt c¾t ngang vïng ho¹t lß ph¶n øng (Cấu hình 92 BNL LEU, từ 12/2011):
Bẫy nơtron

Màu cam là các BNL đã cháy
một phần (nạp vào lò từ 9/2007
SR

và từ tháng 7/2009).
ShR

ShR

RgR

ShR

ShR
SR

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

10


Sơ đồ nguyên lý của hệ tải nhiệt vòng 1:

Bể chứa nước sự cố
Thiết bị trao đổi nhiệt
Máy bơm

Máy bơm

Thùng lò

Giếng hút

6

Vùng hoạt

1

Vành phản xạ
Kênh ngang

5
2

4

4
3

Vin NCHN, Lt 11/2014

Nc i t di lờn
Nc ti nhit khụng
ly trc tip t vựng
hot
- Chgn 50% (khong
22 m 3 /h) nc i qua
vựng hot.
i lu t nhiờn qua
vựng hot.

-

11


nguyªn lý hÖ t¶i nhiÖt 2 vßng:

Water Supply Sys.
Ventilation Sys.
Secondary Cooling Sys.

Primary Cooling Sys.
Purification Sys.

















Sump

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

12


Bó nhiªn liÖu lo¹i
WWr-m2

Mỗi bó nhiên liệu có cấu tạo từ 3 lớp hình ống đồng trục: 2
ống bên trong hình trụ tròn, ống ngoài cùng hình lục giác, vỏ
bọc được làm bằng hợp kimViện
Al-U.
NCHN, Đà Lạt 11/2014

13


CÊu tróc chi tiÕt cña bã nhiªn liÖu lo¹i WWR-M2:
865
822
600

A BC

42
32

D

E

D

E

24

43

33

8
10

A BC

Fuel Cladding (Al)

CC

DD

EE

2.5
11
3

11
22

22

32
Fuel Meat (U-Al)

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

27

14


NHIÊN LIỆU LÒ PHẢN ỨNG:

- 2 loại nhiên liệu: nhiên liệu HEU 36% làhợp kim U-Al và
nhiên liệu LEU 19.75% làUO 2 + Al (khuếch tán UO 2 lên
nền nhơm).
- Lõi nhiên liệu HEU dày 0.7 mm. Lõi nhiên liệu LEU dày
0.94 mm. Được ba o bọc bởi 2 lớp nhơm bảo vệ, mỗi lớp
dày 0.9 mm với nhiên liệu HEU và0.78mm với nhiên liệu
LEU.
- Khoảng khơng gia n giữa các tha nh nhiên liệu đểcho
nước lưu thơng.
- Tổng độdài tồn bó nhiên liệu là865 mm, riêng độdài
phần chứa nhiên liệu là600 mm.

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

15


Các thông số của 2 loại nhiên liệu WWR-M2:
Parameter

VVR-M2
HEU

VVR-M2
LEU

36

19.75

40.20

49.70

U-Al Alloy

UO2+Al

1.40

2.50

Al alloy
(SAV-1)

Al alloy
(SAV-1)

Fuel element thickness (fuel meat and 2
cladding), mm

2.50

2.50

Fuel meat thickness, mm

0.70

0.94

Each cladding thickness, mm

0.90

0.78

Enrichment, %
Average mass of 235U in FA, g
Fuel meat composition
Uranium density of fuel meat, g/cm3

Cladding material

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

16


 Công suất nhiệt danh định: 500 kW
CAÙC ÑAËC TRÖNG CÔ BAÛN:

 Chất làm nguội và làm chậm: Nước
thường (H20)
 Kích thước và cấu hình của vùng hoạt của
lò:
•- Hình trụ, đường kính 44.2 cm, cao 60 cm
•- Cấu hình 88, 92, 89 bó nhiên liệu (4/19844/1994), 100 bó (4/1994-3/2002), 104 bó
(3/2002-10/2006), 106 bó (11/2006-9/2007),
98 HEU + 6 LEU (từ 9/2007), 92 HEU + 12
LEU (từ 7/2009), 92 LEU (từ 12/2011).
•- 7 thanh điều khiển gồm:
+ 2 thanh an toàn (B4C): 5.36$
+ 4 thanh bù trừ (B4C): 11.26$
+ 1 thanh điều chỉnh tự động (thép không
rỉ): 0.49$
- Vành phản xạ bằng Beryllium và
Graphite

Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

17

Moõ taỷ

Thông số
Lò phaỷn ứng

Loại bể bơi

Công suất danh định

500 kW

Thông lượng neutron (nhiệt, cực đại)

2ì1013 nơtron/cm2.s

Nhiên liệu

Loại VVR-M2 , dạng ống

Phần thịt của nhiên liệu

Hợp kim Al-U, độ giàu 36%
Hợp kim Al-UO2, độ giàu 19,75%

Vỏ bọc của nhiên liệu

Hợp kim nhôm

Chất làm chậm

Nước nhẹ

Chất phaỷn xaù

Graphite, beryllium và nước nhẹ

Chất làm nguội

Nước nhẹ

Cơ chế làm nguội vùng hoạt

ẹoỏi lưu tự nhiên

Cơ chế taỷi nhiệt

Hai voứng nước làm nguội

Vật liệu che chắn

Bê-tông, nước và nắp thép

Các thanh điều khiển

2 an toàn, 4 bù trừ và 1 tự động

Vật liệu các thanh bù trừ và an toàn

B4C

Vật liệu thanh tự động

Thép không rỉ
Vin NCHN, Lt 11/2014

Các thông tin chung
của LPƯ hạt nhân Đà
Lạt

18


THIEÁT BÒ THÖÏC NGHIEÄM CUÛA LPÖ:

* Các loại kênh chiếu mẫu:
I. Kênh chiếu đứng, gồm:
+ Các kênh ướt:
ớ1 bẫy nơtron ởtâm vùng hoạt
ớ1 hốc chiếu tại ô 1-4
ớ40 hốc chiếu của mâm qua y
+ Các kênh khô chuyển mẫu bằng khí nén:
2 kênh khô (tại các ô 7-1 và13-2)
II. Kênh ngang, gồm: 3 kênh hướng tâm (1 kênh chưa
s ử dụng) và1 kênh tiếp tuyến
III. Cột nhiệt: 1 cột nhiệt
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

19

THIEÁT BÒ THÖÏC NGHIEÄM CUÛA LPÖ:

+ Bẫy nơtron ở tâm vùng hoạt dạng cột nước hình trụxung
qua nh làkhối be rily
- Bẫy nơtron chiếm 7 ô mạng của vùng hoạt.
- Đường kính trong của bẫy là65 mm.
- Một ống nhôm đường kính 42 mm được đặt ở bên trong
bẫy đểgiữ các mẫu chiếu xạ
- Bẫy nơtron làkênh chiếu xạcó thông lượng nơtron
nhiệt lớn.
+ Kênh ướt chiếu xạtại ô 1-4 được s ử dụng trong vùng
hoạt có đường kính 30 mm; chiếm 1 ô ởbiên vùng hoạt.
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

20


THIET Bề THệẽC NGHIEM CUA LPệ:

+ Mõm quay c t trong rónh
phn trờn ca vnh phn x
gra phit
- Mõm qua y cú 40 ụ ging nha u
bng nhụm, m ra phớa trờn v
kớn li di ỏy, dựng t cỏc
hp ng mu chiu x.
- Cỏc ụ ny cú ng kớnh 31,75
mm vchiu ca o 274 mm.

- Mt hthng ba o gm: ũn by
iu khin cht
n h v
; Bphn
truyn ng; ng np mu:
Cho phộp np cỏc hp cha mu
vo bt c ụ no t trờn mt lũ;
ly mu dựng ta y gp mu.

2
1

3

4

5

1. Bộ truyền động và vị trí thanh
2. Giếng hút
3. Ông đặt và lấy mẫu
4. Hốc chiếu xạ
5. Vành phn xạ Graphite

Vin NCHN, Lt 11/2014

21


THIET Bề THệẽC NGHIEM CUA LPệ:

+ Cỏc kờnh khụ: cú ha i hthng chuyn mu bng khớ nộn
ti ha i ụ ngoi biờn vựng hot:
- Ti ụ 7-1 c vn hnh t xa nhhiu khin vhly
mu t ti nh1, cỏch LP khong 40 m.
- Ti ụ 13-2 c dựng cho phõn tớch kớch hot nha nh; b
phn iu khin vly mu c t nga y bờn trong gia n
nhlũ.
+ Bn kờnh ngang: xuyờn qua lp bờ-tụng che chn, thựng
lũ vblũ n tn vnh phn xgra phit.
- 3 kờnh (K1, K2 vK4) hng vtõm vựng hot.
- 1 kờnh (K3) tip tuyn vi phn bờn ngoi ca vựng hot.
+ Ct nhit kớch thc 1,2x1,2x1,6 m. Cỏc khi gra phit vi
kớch thc 10,2x10,2x127 cm cht y bờn trong ct
Vin NCHN, Lt 11/2014
22
nhit.


HỆ ĐIỀU KHIỂN LÒ PHẢN ỨNG

R- Reactor
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

23


HỆ ĐIỀU KHIỂN LÒ PHẢN ỨNG:

1. Thực hiện các quá trình khởi động lò, thay đổi

công suất lò và dừng lò theo kế hoạch hay
dừng lò khi có sự cố;
2. Tăng /giảm công suất lò trong cả 2 chế độ bằng
tay và tự động;
3. Điều khiển lò đạt trạng thái tới hạn với chu kỳ
an toàn;
4. Điều khiển công suất và chu kỳ lò trong cả 2
chế độ bằng tay và tự động;
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

24


HỆ ĐIỀU KHIỂN LÒ PHẢN ỨNG:

5. Đo đạc công suất và chu kỳ lò trong toàn dải làm
việc của lò phản ứng;
6. Đưa ra các thông tin về trạng thái hoạt động của lò
thông qua các bộ chỉ thị, và các dụng cụ đo;
7. Ngăn chặn việc vận hành không đúng bằng việc từ
chối thực hiện lênh hoặc đưa ra các tín hiệu cảnh
báo;
8. Bảo vệ lò, ngăn ngừa việc xảy ra tai nạn hạt nhân
bằng việc tự động dập lò một cách tin cậy trong bất
cứ trường hợp sự cố nào xảy ra đối với lò (sự cố
công suất, chu kỳ, sự cố công nghệ …)
Viện NCHN, Đà Lạt 11/2014

25