KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUẨN HÓA CÁC NHÓM THANH AN TOÀN BẲNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH TRÊN HỆ MÔ PHỎNG COSI OPR 1000

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

DƯƠNG THỊ ÁNH NGỌC – 1310545

CHUẨN HÓA CÁC NHÓM THANH AN TOÀN
BẲNG PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH TRÊN
HỆ MÔ PHỎNG COSI OPR 1000

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. MAI XUÂN TRUNG

KHÓA 2013-2018


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS. Mai Xuân Trung và Giáo
viên phòng thí nghiệm Lê Viết Huy – Khoa Kỹ thuật hạt nhân – Trường Đại học Đà
Lạt đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ kiến thức, cùng em thực hiện các thí nghiệm khảo
sát và đo đạc kết quả trên Hệ mô phỏng OPR 1000 Core Simulator tại khoa Kỹ thuật
hạt nhân , cũng như đã giúp đỡ em hoàn thiện tốt khóa luận này.
Em xin cảm ơn thầy, cô khoa Kỹ thuật hạt nhân cùng Ban Giám hiệu nhà
trường Trường Đại học Đà Lạt đã hết sức giúp đỡ, tạo điều kiện và truyền đạt kiến
thức, kinh nghiệm cho em trong những năm tháng học tập, nghiên cứu tại trường,
giúp em có điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt khóa luận. Tôi cũng rất cảm ơn các
bạn sinh viên cùng trang lứa lớp HNK37- khoa Kỹ thuật hạt nhân đã cùng tôi học
tập, rèn luyện kỹ năng, hỗ trợ tôi trong suốt những năm tháng học tập tại đây cũng
như trong quá trình làm khóa luận.
Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn tạo điều kiện

tốt nhất để con có cơ hội được học tập, rèn luyện và hoàn thành khóa học này. Cảm
ơn ba mẹ đã luôn bên cạnh động viên, theo sát quá trình học tập, trưởng thành, cho
con hiểu rõ tầm quan trọng của kiến thức trong cuộc sống này.
Với vốn kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện khóa luận hạn chế nên
sai sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được những đóng góp, ý kiến
phê bình của quý thầy cô trong khoa Kỹ thuật hạt nhân. Đó sẽ là hành trang quý giá
giúp em hoàn thiện kiến thức của mình sau này.
Đà Lạt, ngày…..tháng……năm 2017

Dương Thị Ánh Ngọc


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----------o0o----------

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: Dương Thị Ánh Ngọc. Mã số sinh viên: 1310545.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS.
Mai Xuân Trung và GVPTN. Lê Viết Huy . Các số liệu thực nghiệm trong khóa luận
được thực hiện tại Khoa Kỹ thuật hạt nhân (A11) Trường Đại học Đà Lạt. Các kết
quả thực hiện trong khoá luận này hoàn toàn trung thực, không sao chép từ bất kỳ đề
tài, khoá luận hay luận văn khác hoặc nhờ người khác làm thay.
Đà Lạt, ngày…..tháng……năm 2017

Dương Thị Ánh Ngọc


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết Tiếng Anh
tắt

Tiếng Việt

BEP

Boron End Point

Điểm Boron tới hạn

CBC

Critical Boron Concentration Hàm lượng Boron ở trạng thái tới hạn

CEA

Control Element Assembly Bó thanh điều khiển
Counts/sec

Số đếm trên giây

CVCS

Chemical and Volume
Control System
Dilution

Hệ thống điều khiển nồng độ boron và thể
tích nước trong lò phản ứng

Pha loãng

ITC

Hệ số đẳng nhiệt

LPPT

Isothermal Temperature
Coefficient
Korea Hydro & Nuclear
Power Co., Ltd
Korea Electric Power
Corporation
Low Power Physics Test

MG

Manual Group

Nhóm điều khiển bằng tay

MI

Manual Individual

Điều khiển bằng tay riêng lẻ

MTC

Moderator Temperature
Coefficient
Nuclear Steam Supply
System

Hệ số nhiệt độ của chất làm chậm

PZR

Pressurizer

Bộ điều áp

RCP

Reactor Coolant Pump

Bơm làm mát lò phản ứng

Reactivity

Độ phản ứng

RodSpeed

Tốc độ điều khiển thanh

KHNP
KEPCO

NSSS

LPU
SG

Công ty TNHH thủy điện và điện hạt nhân
Hàn Quốc
Tập đoàn điện lực Hàn Quốc
Kiểm tra trạng thái vật lý công suất thấp

Hệ thống sinh hơi

Lò phản ứng
Steam Generator

Bình sinh hơi


Mục Lục
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1 – CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LÒ PHẢN ỨNG OPR
1000 ........................................................................................................................ 3
1.1. Lõi lò phản ứng OPR 1000 ......................................................................... 3
1.2. Các hệ thống chính khác của LPU OPR1000 .............................................. 8
1.2.1.

Thùng lò (Reactor Vessel- RV) ........................................................ 8

1.2.2.

Bình sinh hơi (Steam Generator) ...................................................... 9

1.2.3.

Tua-bin ............................................................................................. 9

1.2.4.

Máy phát điện ................................................................................. 10

1.2.5.

Bình điều áp ................................................................................... 10

1.2.6.

Hệ thống hơi ................................................................................... 11

1.3. Hệ thống làm mát Lò phản ứng OPR1000 ................................................ 12
Chương 2 – HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG OPR1000 CORE SIMULATOR ............ 16
2.1. Chạy chương trình .................................................................................... 16
2.2. Thoát chương trình ................................................................................... 18
2.3. Vận hành thanh điều khiển ...................................................................... 19
2.3.1.

Vị trí các thanh điều khiển .............................................................. 19

2.3.2.

Công tắc chọn lựa nhóm thanh điều khiển ................................... 22

2.3.3.

PS group Select .............................................................................. 22

2.3.4.

Công tắc chọn chế độ hoạt động ..................................................... 23

2.3.5.

Công tắc lựa chọn từng thanh điều khiển ........................................ 25

2.3.6.

Nút rút ra hoặc đưa các thanh điề u khiển vào ................................ 25

2.4. Thể hiện biểu đồ thời gian thực ................................................................ 25
2.4.1.

Mô hình 3D lõi LPU ....................................................................... 26

2.4.2.

Giám sát thông số lõi lò bằng mô hình 2D ...................................... 26

2.5. Nhận biết các thông số như: Công suất/ nhiệt độ nước làm mát LPU/ Boron
27
2.5.1.

Thể hiện tổng nồng độ của Boron ................................................... 27


2.5.2.

Thể hiện thông tin tổng lượng Boron được thêm vào hoặc rút ra .. 28

2.5.3.

Nhận biết tốc độ gia nhiệt và làm nguội nước làm mát trong LPU .. 28

2.6. Cảnh báo công suất cao ............................................................................ 29
2.7. Thiết lập chương trình và vận hành hệ mô phỏng ................................. 30
2.7.1.

Lựa chọn các mục kiểm tra thông số vật lý tại mức công suất thấp . 30

2.7.2.

Lựa chọn đồ thị xu hướng của các tham số trong LPU và thiết lập thang

đo

31

2.7.3.

Lựa chọn các biến số ở mô hình 2D của lõi lò................................. 32

2.7.4.

Lựa chọn các lớp ở chế độ 3D của lõi lò ......................................... 32

2.7.5.

Thiết lập trong menu ETC .............................................................. 33

2.7.6.

Thiết lập vị trí thanh điều khiển và thiết lập đầu ra .......................... 34

2.7.7.

Thiết lập sự pha loãng và thêm Boron ............................................. 36

2.7.8.

Thiết lập gia nhiệt và làm nguội nước làm mát trong LPU .............. 38

Chương 3 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ PHẢN ỨNG .................................... 40
3.1. Sự bảo toàn neutron trong lò phản ứng ..................................................... 40
3.1.1.

Quá trình sinh ra neutron ................................................................ 41

3.1.2.

Quá trình mất mát neutron .............................................................. 48

3.1.3.

Phương trình thông lượng neutron .................................................. 50

3.2. Sự bảo toàn hạt nhân mẹ trong quá trình sinh neutron trễ.......................... 52
3.2.1.

Sự sinh ra các hạt nhân mẹ ............................................................. 52

3.2.2.

Sự mất mát hạt nhân mẹ ................................................................. 52

3.3. Kết quả ..................................................................................................... 52
3.4. Điều kiện biên .......................................................................................... 53
3.4.1.

Điều kiện đầu ................................................................................. 54

3.4.2.

Điều kiện ở mặt tiếp xúc ................................................................. 54

3.4.3.

Điều kiện mặt ngoài (mặt tự do) ..................................................... 55

3.5. Trạng thái dừng và sự tới hạn ................................................................... 56
3.6. Lý thuyết một nhóm ................................................................................. 61

3.7. Động học lò phản ứng .............................................................................. 67
3.7.1.

Công thức chung và ứng dụng của phương trình động học điểm ..... 67

3.7.2.

Một nhóm của xấp xỉ notron trễ ...................................................... 76

3.7.3.

Sự xấp xỉ với tốc độ thế hệ neutron trễ không đổi ........................... 80

3.7.4.

Sự xấp xỉ bước nhảy nhanh............................................................. 81

3.7.5.

Bước tăng tức thời .......................................................................... 83

3.7.6.

Phương pháp thả rơi thanh điều khiển ............................................. 84

Chương 4 – THỰC NGHIỆM CHUẨN HÓA NHÓM THANH AN TOÀN BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THẢ RƠI THANH TRÊN HỆ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG COSI OPR
1000 ...................................................................................................................... 87
4.1. Thí nghiệm chuẩn hóa nhóm thanh an toàn SA, SB bằng phương pháp thả
rơi thanh ............................................................................................................ 87

4.1.1.

Nhóm thanh SA .............................................................................. 87

4.1.2.

Nhóm thanh SB .............................................................................. 93

4.2. Thực nghiệm xác định trạng thái lò phản ứng khi rút từng nhóm thanh SA,
SB ở trạng thái tới hạn có nồng độ Boron 1074ppm........................................... 99
4.2.1.

Rút nhóm thanh SA ........................................................................ 99

4.2.2.

Rút nhóm thanh SB ...................................................................... 101

Chương 5 – ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ ........................................ 104
5.1. Tổng quan tình hình, mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu ............................. 104
5.2. Đánh giá kết quả nghiên cứu của khóa luận ............................................ 104
5.2.1.

Khảo sát độ mạnh yếu của các nhóm thanh an toàn ...................... 104

5.2.2.

So sánh với phương pháp rút thanh điều khiển.............................. 105

KẾT LUẬN ......................................................................................................... 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 108


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Mô hình nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000 ........................ 3
Hình 1. 2: Lõi lò OPR 1000 ..................................................................................... 4
Hình 1. 3: Nhóm thanh SA có màu vàng.................................................................. 4
Hình 1. 4: Nhóm thanh SB có màu vàng ................................................................. 5
Hình 1. 5: Nhóm thanh R1 có màu vàng .................................................................. 6
Hình 1. 6: Nhóm thanh R2 có màu vàng .................................................................. 6
Hình 1. 7: Nhóm thanh R3 có màu vàng .................................................................. 7
Hình 1. 8: Nhóm thanh R4 có màu vàng .................................................................. 7
Hình 1. 9: Nhóm thanh R5 có màu vàng .................................................................. 8
Hình 1. 10: Mô hình thùng LPU, các bó thanh trong LPU, bình sinh hơi, bình điều áp
.............................................................................................................................. 12
Hình 1. 11: Bố trí hệ thống làm mát OPR 1000 ..................................................... 14
Hình 1. 12: Sơ đồ kiểm soát hệ thống làm mát ....................................................... 15
Hình 1. 13: Sơ đồ hoạt động của hệ thống làm mát OPR 1000 ............................... 15

Hình 2. 1: Biểu tượng của chương trình CoSi ........................................................ 16
Hình 2. 2: Giao diện hiển thị các chức năng điều khiển ......................................... 17
Hình 2. 3: Giao diện dùng thay đổi các tham số LPU............................................. 17
Hình 2. 4: Giao diện màn hình chính hiển thị phân bố nhóm thanh, hiển thị 2D, 3D,
và các thanh số tức thời ......................................................................................... 18
Hình 2. 5: Nút thoát chương trình .......................................................................... 18
Hình 2. 6: Màn hình điều khiển các nhóm thanh .................................................... 19
Hình 2. 7: Nhận biết vị trí thanh điều khiển được chọn theo mặt cắt ngang LPU ... 20
Hình 2. 8: Độ sâu của các nhóm thanh điều khiển trong lõi LPU ........................... 20
Hình 2. 9: Vị trí trí nhóm thanh được chọn ............................................................ 21
Hình 2. 10: Nhóm thanh điều khiện được lựa chọn ................................................ 21

Hình 2. 11: Công tắc chọn lựa nhóm thanh an toàn, nhóm thanh điều khiển .......... 22
Hình 2. 12: Công tắc chọn chế độ PS group Select. ............................................... 23
Hình 2. 13: Công tắc chọn chế độ hoạt động.......................................................... 23
Hình 2. 14: Khi hoạt động ở chế độ Standby.......................................................... 24
Hình 2. 15: Công tắc lựa chọn từng thanh điều khiển ............................................ 25
Hình 2. 16: Nút rút ra hoặc đưa các thanh điều khiển vào trong lõi LPU................ 25
Hình 2. 17: Biểu đồ thời gian thực ......................................................................... 26


Hình 2. 18: Mô hình 3 chiều của lõi LPU .............................................................. 26
Hình 2. 19: Mô hình 2 chiều của lõi LPU .............................................................. 27
Hình 2. 20: Thể hiện sự thay đổi của các thông số về công suất, nhiệt độ, nồng độ
Boron .................................................................................................................... 27
Hình 2. 21: Nồng độ Boron hiện tại và nồng độ Boron được thêm vào hoặc giảm bớt
.............................................................................................................................. 28
Hình 2. 22: Tổng lượng Boron được thêm vào hoặc rút ra ..................................... 28
Hình 2. 23: Tốc độ gia nhiệt và làm nguội nước làm mát trong LPU ..................... 29
Hình 2. 24: Cảnh bảo công suất vượt quá mức công suất thiết lập ......................... 29
Hình 2. 25: Màn hình thực hiện điều chỉnh các thông số vật lý trong lõi LPU........ 30
Hình 2. 26: Các mục kiểm tra thông số vật lý tại mức công suất thấp .................... 31
Hình 2. 27: Bảng thiết lập đồ thị xu hướng và thang đo ......................................... 31
Hình 2. 28: Các biến số ở mô hình 2D ................................................................... 32
Hình 2. 29: Các lớp ở chế độ 3D............................................................................ 32
Hình 2. 30: Menu chọn công cụ đếm neutron ........................................................ 33
Hình 2. 31: Hộp thoại công cụ đếm neutron ........................................................... 33
Hình 2. 32: Menu chọn thiết lập chế độ người quản trị .......................................... 33
Hình 2. 33: Hộp thoại thiết lập trạng thái tới hạn ................................................... 34
Hình 2. 34: Màn hình thể hiện các thông số sau khi hệ thống thiết lập trạng thái tới
hạn ........................................................................................................................ 34
Hình 2. 35: Thiết lập vị trí mong muốn .................................................................. 35

Hình 2. 36: Kết quả trước và sau khi thiết lập ........................................................ 35
Hình 2. 37: Thiết lập các thông số để thêm Boron ................................................. 36
Hình 2. 38: Lượng Boron được thêm vào .............................................................. 36
Hình 2. 39: Thiết lập các thông số để thêm Boron ................................................. 37
Hình 2. 40: Theo dõi lượng Boron thêm vào .......................................................... 37
Hình 2. 41: Nồng độ Boron đạt giá trị cần thiết lặp 1074ppm ................................ 38
Hình 2. 42: Thiết lập các thông số để gia nhiệt nước làm mát lõi LPU ................... 38
Hình 2. 43: Các thông số nhiệt độ trên màn hình giám sát khi gia nhiệt ................. 39
Hình 2. 44: Quá trình làm nguội nước làm mát ...................................................... 39
Hình 2. 45: Các thông số nhiệt độ trên màn hình giám sát khi làm nguội ............... 39

Hình 3. 1: Sự phụ thuộc của ν vào năng lượng ....................................................... 41
Hình 3. 2: Quá trình phát neutron tức thời ............................................................. 42
Hình 3. 3: Phổ neutron tức thời của 235U .............................................................. 43


Hình 3. 4: Cơ chế phát neutron trễ của các sản phẩm phân hạch ............................ 44
Hình 3. 5: Phổ neutron trễ cho 6 nhóm .................................................................. 47
Hình 3. 6: Sơ đồ minh họa sự dịch chuyển của neutron ra khỏi thể tích đang xét ... 49
Hình 3. 7: Thông lượng liên tục tại mặt tiếp xúc .................................................... 54
Hình 3. 8: Điều kiện biên mặt ngoài ...................................................................... 55
Hình 3. 9: Chu kỳ sống của neutron trong lò phản ứng nhiệt.................................. 61
Hình 3. 10: Mô hình lò trần hình trụ hữu hạn ......................................................... 64
Hình 3. 11: Nghiệm của phương trình nghịch đảo một giờ .................................... 73
Hình 3. 12: Sự phân tán bước nhảy ........................................................................ 79
Hình 3. 13: Phương pháp thả rơi thanh - Lối ra giảm dần bởi sự phân rã của các tiền
tố neutron trễ ......................................................................................................... 85
Hình 3. 14: Độ phản ứng tương đương cho mỗi chiều dài đơn vị (đường cong vi phân).
.............................................................................................................................. 86
Hình 3. 15: Sự biến thiên ở độ phản ứng bởi lượng mà thanh điều khiển được kéo ra

khỏi (đường cong tích phân) .................................................................................. 86

Hình 4. 1: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SA khi
rút thanh ở vị trí 8cm ............................................................................................. 88
Hình 4. 2: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SA khi
rút thanh ở vị trí 50cm ........................................................................................... 89
Hình 4. 3: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SA khi
rút thanh ở vị trí 98cm ........................................................................................... 90
Hình 4. 4: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SA khi
rút thanh ở vị trí 200cm ......................................................................................... 91
Hình 4. 5: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SA khi
rút thanh ở vị trí 300cm ......................................................................................... 92
Hình 4. 6: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SB khi
rút thanh ở vị trí 8cm ............................................................................................. 94
Hình 4. 7: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SB khi
rút thanh ở vị trí 50cm ........................................................................................... 95
Hình 4. 8: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SB khi
rút thanh ở vị trí 98cm ........................................................................................... 96
Hình 4. 9: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SB khi
rút thanh ở vị trí 200cm ......................................................................................... 97


Hình 4. 10: Đồ thị biễn diễn quá trình thay đổi độ phản ứng của nhóm thanh SB khi
rút thanh ở vị trí 300cm ......................................................................................... 99
Hình 4. 11: Đồ thị phổ tích phân và vi phân sự thay đổi độ phản ứng khi rút nhóm
thanh SA ............................................................................................................. 100
Hình 4. 12: Đồ thị phổ tích phân và vi phân sự thay đổi độ phản ứng khi rút nhóm
thanh SB.............................................................................................................. 102

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1: Một số thông số của thùng lò [5] ............................................................ 8
Bảng 1. 2: Một số thông số của SG [5] .................................................................... 9
Bảng 1. 3: Mộ số thông số của turbin [5] ............................................................... 10
Bảng 1. 4: Một số thông số của máy phát điện [5] ................................................. 10
Bảng 1. 5: Một số thông số của bình điều áp [5] .................................................... 11
Bảng 1. 6: Một số thông số của hệ thống hơi [5] .................................................... 11
Bảng 1. 7: Một số thông số của RCS ..................................................................... 13

Bảng 3. 1: Số neutron trung bình sinh ra do phân hạch (Keepin 1965) ................... 42
Bảng 3. 2: Suất phát neutron trung bình trong phản ứng phân hạch sử dụng neutron
nhiệt (Blachot 1990) .............................................................................................. 45
Bảng 3. 3: Thông số cho 6 nhóm neutron trễ (IAEA 2014) .................................... 45

Bảng 4. 1: Sự thay đổi độ phản ứng trong quá trình rút nhóm thanh SA .............. 101
Bảng 4. 2: Sự thay đổi độ phản ứng trong quá trình rút nhóm thanh SB ............... 103

Bảng 5. 1: Thống kê độ phản ứng của các nhóm thanh an toàn thu được khi dùng
phương pháp thả rơi thanh điều khiển .................................................................. 104
Bảng 5. 2: Thống kê độ phản ứng của các nhóm thanh an toàn thu được khi dùng
phương pháp rút nhóm thanh điều khiển .............................................................. 105


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

MỞ ĐẦU
Ngành hạt nhân ở nước ta ra đời từ năm 1976 và công trình khôi phục Lò phản
ứng hạt nhân Đà Lạt hoàn thành vào cuối năm 1983 đã tạo ra bước phát triển vượt
bậc trong nghiên cứu khoa học và ứng dụng của lĩnh vực này.

Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân được ứng dụng có hiệu quả trong nhiều ngành
khác nhau. Đối với một xã hội phát triển, năng lượng hạt nhân đóng góp một vai trò
rất quan trọng. Khả năng ứng dụng của hạt nhân rất rộng từ chăm sóc sức khỏe con
người, thúc đẩy kinh tế, nâng cao tiềm lực khoa học, công nghệ và công nghiệp quốc
gia đến góp phần bảo vệ môi trường, đảm bảo an ninh năng lượng. Điện hạt nhân
trong những năm gần đây rất được quan tâm bởi đây là một nguồn năng lượng sạch
và gần như vô tận. Trên cơ sở khoa học, Việt Nam hoàn toàn có khả năng phát triển
ngành công nghiệp hạt nhân, phục vụ công nghiệp hóa- hiện điện hóa đất nước.
LPU hạt nhân Đà Lạt là LPU hạt nhân duy nhất tại Việt Nam. Từ khi bắt đầu
cho đến hiện nay, LPU hạt nhân Đà Lạt hoạt động với mục đích là sản xuất đồng vị
phóng xạ, phân tích kích hoạt neutron, nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ
hạt nhân vào mục đích phát triển đất nước, huấn luyện và đào tạo cán bộ để phục vụ
nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực, giảm thiểu tai nạn, dự đoán sự cố, đưa ra các khuyến
cáo an toàn cho nhân viên vận hành. Chúng ta muốn xây dựng, vận hành, khai thác
và sử dụng nhà máy điện hạt nhân cần phải trải qua nhiều giai đoạn và vấn đề đào
tạo nguồn nhân lực là một trong những vấn đề quan trọng nhất và được chú trọng
nhất.
Ngày 24/11/2014, trường Đại học Đà Lạt đã tiếp nhận chính thức Hệ thống
mô phỏng lò phản ứng hạt nhân hiện đại hay Hệ thống mô phỏng OPR 1000 Core
Simulator, được trao tặng bởi Hiệp hội kỹ thuật hạt nhân Hàn Quốc ( KNA), Tập
đoàn Thủy điện, Điện Hạt nhân Hàn Quốc ( CRI-KHNP) và Đại học Hangyang, được
sự đồng ý bởi chính phủ Việt Nam và Hàn Quốc. Đây là sự kiện rất đáng trân trọng.
góp phần quan trọng trong việc học tập nghiên cứu. Vì là hệ mô phỏng mới được tài
trợ, nên bước đầu chưa được khai thác, triển khai nhiều trên hệ này và cũng là một
thách thức lớn đối với ngành điện hạt nhân nước nhà.

Trong khóa luận này, tôi thực hiện đề tài : “ Chuẩn hóa các nhóm thanh an
toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng CoSi OPR1000”. Sau khóa

Trang 1

Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

luận này tôi có thêm một tài liệu có ích và tích lũy được rất nhiều kiến thức quý giá
phục vụ cho công việc sau này.
Đề tài này đề cập đến chức năng, hoạt động và cách vận hành Hệ thống mô
phỏng OPR 1000 Core Simulator, thực hành đo đạc đánh giá thực nghiệm một số
trạng thái hoạt động của lõi lò OPR 1000 qua hệ mô phỏng Core Simulator. Để đánh
giá rõ các vấn đề thực nghiệm, luận văn này đề cập tới các vấn đề như sau:
Chương 1. Cơ cấu, chức năng, nguyên lý của Lò phản ứng OPR 1000.
Chương 2. Hệ thiết bị mô phỏng OPR1000 Core Simulator.
Chương 3. Cơ sở lý thuyết của lò phản ứng.
Chương 4. Triển khai đo đạc chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương
pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng CoSi OPR 1000.
Chương 5. Đánh giá và bàn luận kết quả.

Trang 2


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

Chương 1 – CƠ CẤU, CHỨC NĂNG, NGUYÊN LÝ CỦA LÒ PHẢN ỨNG OPR
1000
Lò phản ứng hạt nhân OPR1000 là Lò phản ứng hạt nhân do Hàn Quốc chế
tạo, được phát triển bởi Công ty Thủy điện và Điện hạt nhân Hàn Quốc (KHNP) và
Tổng công ty Điện lực Hàn Quốc (KEPCO). Lò phản ứng OPR1000 là lò nước áp
lực, làm mát bằng nước nhẹ, có công suất là 1000 MW điện, một trong những thế hệ

lò thông minh, có tính an toàn cao khi điều khiển và vận hành.
Lò OPR1000 được thiết kế dựa trên ý tưởng thiết kế của Combustion
Engineering, Westinghouse (Mỹ), thông qua một thỏa thuận chuyển giao công nghệ
với chính phủ Hàn Quốc. Nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000 được bố trí
như hình sau:
Khu vực turbine

Tòa nhà lò

Khu vực chứa
nhiên liệu đã
sử dụng

Hình 1. 1: Mô hình nhà máy điện hạt nhân sử dụng LPU OPR1000

1.1.

Lõi lò phản ứng OPR 1000

Lõi lò ( Reactor Core) bao gồm các bó thanh nhiên liệu và các thanh điều khiển
và hệ thống thiết bị trong lõi lò.
Cụ thể gồm có 177 bó thanh nhiên liệu, có 28 thanh an toàn chia làm 2 nhóm
SA và SB, có 45 thanh điều khiển được chia thành 5 nhóm nhanh R1, R2, R3, R4 và
R5. Cách bố trí các nhóm thanh được thể hiện trong hình sau:

Trang 3


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

Hình 1. 2: Lõi lò OPR 1000

Nhóm thanh SA là nhóm thanh an toàn có 12 thanh, gồm các thanh số 6, 7, 8,
9, 10, 11, 12, 13, 18, 19, 20, 21. Bắt đầu từ thanh số 6, bố trí thành hai vòng theo
chiều kim đồng hồ; vòng tròn có các thanh số 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 và vòng ngoài
có các thanh số 18, 19,20,21:

Hình 1. 3: Nhóm thanh SA có màu vàng

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

Nhóm thanh SB là nhóm thanh an toàn có 16 thanh, gồm các thanh số 22, 23,
24, 25, 26, 27, 28, 29, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41. Bắt đầu từ thanh số 22, bố trí
thành hai vòng theo chiều kim đồng hồ; vòng trong có các thanh số 22, 23, 24, 25,
26, 27, 28, 29 và vòng ngoài có các thanh số 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41. Nhóm này
được đánh giá rất mạnh trong tất cả các nhóm thanh.

Hình 1. 4: Nhóm thanh SB có màu vàng

Nhóm thanh R1 là nhóm thanh điều khiển có 12 thanh, gồm các thanh số 2, 3,
4, 5, 54, 56, 57, 59, 60, 62, 63, 65. Bắt đầu từ thanh số 2, bố trí thành hai vòng theo
chiều kim đồng hồ; vòng trong có các thanh số 2, 3, 4, 5 và vòng ngoài có các thanh
số 54, 56, 57, 59, 60, 62, 63, 65.

Trang 5

Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

Hình 1. 5: Nhóm thanh R1 có màu vàng

Nhóm thanh R2 là nhóm thanh điều khiển có 8 thanh, gồm các thanh số 30,
47, 48, 49, 50, 51, 52, 53. Bắt đầu từ thanh số 30, bố trí thành một vòng theo chiều
kim đồng hồ.

Hình 1. 6: Nhóm thanh R2 có màu vàng

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

Nhóm thanh R3 là nhóm thanh điều khiển có 8 thanh gồm các thanh số 42, 43,
44, 45, 55, 58, 61, 64. Bắt đầu từ thanh số 42, bố trí thành hai vogf theo chiều kim
đồng hồ; vòng tong có các thanh số 42,43,44, 45 và vòng ngoài có các thanh số 55,
58, 61, 64.

Hình 1. 7: Nhóm thanh R3 có màu vàng

Nhóm thanh R4 là nhóm thanh điều khiển có 5 thanh, gồm các thanh số 1, 31,
32, 33, 46. Bắt đầu từ thanh số 1 , bố trí thành hai vòng theo chiều kim đồng hồ; vòng
trong rất đặc biệt chỉ có mỗi thanh số 1 là thanh nằm trên trục đối xứng của các vòng
và vòng ngoài có các thanh số 31, 32, 33, 46.

Hình 1. 8: Nhóm thanh R4 có màu vàng

Trang 7


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

Nhóm thanh R5 là nhóm thanh điều khiển có 4 thanh, gồm các thanh số 14,
15, 16, 17. Nhóm này rất đặc biệt chỉ có một vòng và bắt đầu từ thanh số 15 cũng
theo cùng chiều kim đồng hồ. Nhóm thanh này được đánh giá là yếu nhất trong các
nhóm thanh điều khiển.

Hình 1. 9: Nhóm thanh R5 có màu vàng

Khi nhóm thanh nào được lựa chọn thì đèn màu vàng sẽ sáng lên.
1.2.

Các hệ thống chính khác của LPU OPR1000

1.2.1. Thùng lò (Reactor Vessel- RV)
Thùng lò được chế tạo bởi lớp vỏ tròn chịu lực. Vật liệu nối tiếp giáp giữa
thùng lò và hệ thống dẫn dòng nước ra các bơm, bình sinh hơi là hợp kim 690 độ bền
tốt nhằm chống sự ăn mòn. Thùng lò chứa nước làm mát lò phản ứng hạt nhân, lõi lò
phản ứng hạt nhân và các hệ thống điều khiển phản ứng phân hạch.
Các thông số chính được thể hiện ở bảng:
Bảng 1. 1: Một số thông số của thùng lò [5]

Thông số

Giá trị thiết kế

Áp suất thiết kế (psia)
Nhiệt độ thiết kế (oF)

2500
650

Đường kính trong LPU (in)

172

Chiều cao tổng thể của LPU (ft)

411

Độ dày tối thiểu (in)

1/8

Trang 8


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

1.2.2. Bình sinh hơi (Steam Generator)
Loại lò OPR1000 có hai bình sinh hơi và mỗi bình sinh hơi này bao gồm các
cuộn ống hình chữ U, máy sấy khô tích hợp với bộ hâm nước, hai đường cấp nguồn

chính và duy nhất một đường cấp phụ. Mỗi SG gồm có nhiều bó dạng ống hình chữ
U, các dòng cung cấp nước, hệ thống chuyển hơi sang turbine, các máy tách ẩm và
các máy sấy công suất cao.
Bình sinh hơi được sử dụng trong LPU nước áp lực giữa vòng sơ cấp và vòng
thứ cấp. Nước ở vòng sơ cấp không sôi do áp suất cao, áp suất ở vòng thứ cấp thấp
hơn vòng sơ cấp. Nước ở vòng thứ cấp sôi sau khi trao đổi nhiệt với nước ở vòng thứ
cấp, hơi nước ở bình sinh hơi sau khi được tác ẩm, nung nóng rồi đưa qua turbine để
làm quay turbine. Các giá trị thiết kế bình sinh hơi của lò OPR1000 được thể hiện ở
bảng sau:
Bảng 1. 2: Một số thông số của SG [5]

Thông số

Giá trị thiết kế

Số lượng SG
Số lượng ống trên SG

2
8214

Ống bằng kim loại

Alloy 690

Áp suất hoạt động bề mặt ống (psia)

2250

Áp suất hơi nước tại công suất tối đa (psia)

1070

Nhiệt độ hơi nước tại công suất tối đa (oF)
Lưu lượng hơi nước trên SG tại công suất tối đa (lb/h)

552,9

Hơi ẩm cực đại tại cửa thoát ở công suất tối đa (w/o)

0,25

6,36x10-6

1.2.3. Tua-bin
Tua-bin của OPR1000 được thiết kế theo nguyên lý nhiệt động lực học để đạt
được hiệu suất cao và tiết kiệm bố trí đường hơi.
Tua-bin của OPR1000 là loại tổ hợp sáu dòng với tốc độ định mức 1800rpm,
áp dụng roto đơn khối nhằm loại bỏ áp lực tạo vết nứt khi bị ăn mòn tại khu vực lắp
ép nóng., giảm thiểu thời gian xây dựng.

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000
Bảng 1. 3: Mộ số thông số của turbin [5]

Thông số

Giá trị thiết kế

Số lượng
Loại

1 DFHPTBN, 3 DFLPTBN
Tổ hợp sau, 6 dòng

Tốc độ (rpm)

1800

Đầu ra định mức (MW)

1050

1.2.4. Máy phát điện
Hệ thống máy phát điện bao gồm máy phát điện và hệ thống phụ (hệ thống
điều khiển khí, phần tĩnh hệ thống nước làm mát, hệ thống dầu cách lu Hydro).
Các thông số máy phát điện được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 1. 4: Một số thông số của máy phát điện [5]

Thông số

Giá trị thiết kế

Số lượng

1

Loại

Dẫn hướng (làm mát bằng nước)

Điện áp định mức

22kV, 3 pha

1.2.5. Bình điều áp
Bình điều áp là một bộ phận trong LPU nước áp lực. LPU nước áp lực yêu cầu
nước làm mát trong vòng sơ cấp luôn ở dạng lỏng tại mọi thời điểm. Do vậy, nước ở
vòng sơ cấp cần phải được duy trì ở áp suất đủ cao để nước ở vòng sơ cấp không sôi
khi LPU vận hành.
Bảng 1.5 trình bày một thông số chính của bình điều áp.

Trang 10


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000
Bảng 1. 5: Một số thông số của bình điều áp [5]

Thông số

Giá trị thiết kế

Áp suất thiết kế (psia)
Nhiệt độ thiết kế (oF)

2500

Áp suất hoạt động (psia)

2250

Nhiệt độ hoạt động (oF)

652,7

Thể tích trống (ft3)

1800

Công suất bộ gia nhiệt (kW)

1800

700

1.2.6. Hệ thống hơi
Hệ thống hơi được thiết kế để duy trì trong thời gian làm nhiệm vụ và kế tiếp
một địa chấn dập lò an toàn, phân phối hơi tới turbine rồi qua bình ngưng rồi thông
qua các bơm để quay trở lại bình sinh hơi. Hệ thống hơi chứa các van an toàn để ngăn
chặn áp suất hệ thống vượt quá giới hạn định mức.
Ngoài ra, hệ thống hơi chính chứa van xả ra khí quyển trên bốn dòng hơi chính
để cho phép khả năng kiểm soát thời gian làm mát cho bình sinh hơi khi các van cách
ly hơi chính đều được đóng lại.
Bảng 1.6 trình bày một số thông số chính của hệ thống hơi
Bảng 1. 6: Một số thông số của hệ thống hơi [5]

Thông số

Giá trị thiết kế

Tổng lưu lượng hơi nước (lb/h)

12,72x106

Áp suất đầu ra của bình sinh hơi (psia)

1070

Nhiệt độ bình sinh hơi (oF)

552,9

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

Hình 1. 10: Mô hình thùng LPU, các bó thanh trong LPU, bình sinh
hơi, bình điều áp

1.3.

Hệ thống làm mát Lò phản ứng OPR1000

Hệ thống làm mát lõi Lò phản ứng OPR1000 bao gồm hai vòng, bao gồm vòng

làm mát sơ cấp và làm mát thứ cấp.
Hệ thống làm mát lõi Lò phản ứng (Reactor Cooling System - RCS) trao đổi
nhiệt nhằm ngăn cản sự giải phóng chất phóng xạ từ lõi LPU tới vòng thứ cấp và ra
ngoài không khí , giảm nhiệt độ trong lõi lò để lò không bị nóng chảy.
Các bộ phận chính của hệ thống làm mát bao gồm một thùng Lò phản ứng, hai
bình sinh hơi, bốn bơm làm mát, hệ thống này được bố trí đối xứng qua thùng Lò
phản ứng và một bình điều áp được bố trí bên cạnh thùng lò. Tất cả các bộ phận này
nằm trong tòa nhà lò và được kết nối với nhau bằng các ống lưu dẫn. Bảng 1 trình
bày một số thông số của hệ thống làm mát lõi lò OPR1000.
Vòng sơ cấp gồm một thùng lò và hai vòng làm mát tuần hoàn; từng vòng có
một chân nóng, hai chân lạnh, một bình sinh hơi và hai máy bơm nước làm mát lò
phản ứng, các đường ống dẫn tuần hoàn, một bình điều áp được kết nối với một trong
hai vòng để duy trì áp suất nước theo mức quy định.
Vòng làm mát thứ cấp gồm bình sinh hơi, tua bin, bình ngưng tụ, máy phát
điện và các ống dẫn. Tua bin sử dụng trong lò có tốc độ 1800 rpm, được điều khiển

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp
Chuẩn hóa các nhóm thanh an toàn bằng phương pháp thả rơi thanh trên hệ mô phỏng OPR 1000

quay bằng hơi nước ở bình sinh hơi và nối với máy phát. Máy phát 3 pha có điện áp
24Kv, tần số 60Hz. Hệ thống làm mát , sơ đồ hoạt động của hệ thống làm mát sẽ được
thể hiện trong hình 1.11 , 1.12, 1.13.
Bảng 1. 7: Một số thông số của RCS

Thông số

Giá trị thiết kế

Công suất (MWth)

2815

Đường kính ống nóng (in)

42

Đường kính ống lạnh (in)

30

Áp suất hoạt động (psia)

2250

Nhiệt độ đầu vào lò (oF)

564,5

Nhiệt độ đầu ra lò (oF)

621,2

Áp suất thiết kế (psia)

2500

Nhiệt độ thiết kế (oF)

650

Tổng thể tích làm mát lò (ft3)

10023

Số lượng bơm làm mát lò

4

Cột áp định mức (ft)

337

Tốc độ bơm (rpm)

1190

Số lượng hệ thống nhiên liệu

177

Thanh nhiên liệu đốt cháy lớn nhất (MWD/MTU)

60000

Loại bó nhiên liệu

1616

Số lượng thanh nhiên liệu trong bó nhiên liệu

236

Tổng số thanh nhiên liệu trong lõi

41772

Chất liệu viên nhiên liệu

UO2

Trang 13