Xác định độ cháy của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân bằng phương pháp tỷ số đồng vị

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Đinh Văn Thìn

XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU
TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Đinh Văn Thìn

XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU
TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ

Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử và Hạt nhân
Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT

Hà Nội - 2015

ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, tôi đã được gặp gỡ, học hỏi và làm việc cùng
những giảng viên rất nhiệt tình và tâm huyết với nghiên cứu khoa học, đặc biệt là
các thầy cô đang công tác tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý. Vì thế, tôi xin
gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy, cô, xin chúc các thầy cô luôn mạnh
khỏe để tiếp tục thắp sáng ngọn lửa tri thức dẫn lối cho lớp lớp sinh viên trên con
đường nghiên cứu khoa học.
Để hoàn thành được nội dung nghiên cứu trong cuốn luận văn này, tôi xin
bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Bùi Văn Loát, người thầy đã trực tiếp dìu
dắt và hướng dẫn khoa học cho tôi trong nhiều năm qua. Tôi đã học hỏi ở thầy
không chỉ về kiến thức chuyên môn mà còn cả lòng yêu nghề và sự tâm huyết với
khoa học. Tôi xin chúc thầy và gia đình luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và mong
muốn thầy sẽ tiếp tục cống hiến nhiều hơn nữa cho sự nghiệp giáo dục và đào tạo
cho các thế hệ tương lai của đất nước.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Trường Đại học Điện lực, Phòng

Tổ chức Cán bộ và Bộ môn Điện Hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi
hoàn thành khóa học này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể người thân, bạn bè của tôi,
những người đã luôn quan tâm, động viên tôi vượt qua mọi khó khăn trong cuộc
sống. Tôi xin hứa sẽ cố gắng, nỗ lực nhiều hơn nữa để không phụ lòng tin của tất
cả mọi người.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày……..tháng……..năm…………

Đinh Văn Thìn

ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU………………...……………………………………………...….1
CHƢƠNG
I:
CƠ
THUYẾT……………………………………….2

SỞ

LÝ

1.1. Độ cháy và mối liên hệ với các đại lƣợng quan trọng trong lò phản
ứng hạt nhân. ...……………………………………………………………………2
1.1.1. Độ cháy.................................................................................................................... 2

1.1.2. Liên hệ giữa độ cháy và các đại lượng quan trọng trong lò phản ứng
hạt nhân.................................................................................................................................................. 2
1.1.2.1. Các đại lượng nhiệt động học................................................................... 2
1.1.2.2. Các tiêu chí an toàn đối với nhiên liệu hạt nhân............................... 4
1.2. Các phƣơng pháp xác định độ cháy.............................................................. 12
1.2.1. Xác định độ cháy bằng phương pháp hóa học........................................ 13
1.2.2. Xác định độ cháy bằng phương pháp khối phổ kế................................ 14
1.2.3. Xác định độ cháy bằng phương pháp không phá hủy mẫu................19
1.3. Lý thuyết lò phản ứng hạt nhân...................................................................... 22
1.3.1. Tương tác của notron với hạt nhân............................................................... 22
1.3.1.1. Tiết diện phản ứng...................................................................................... 22
1.3.1.2. Phản ứng tán xạ notron............................................................................. 24
1.3.1.3. Phản ứng chiếm bắt notron..................................................................... 25
1.3.1.4. Phản ứng phân hạch hạt nhân................................................................ 25
1.3.2. Lý thuyết khuếch tán notron đa nhóm và trạng thái tới hạn của lò
phản ứng hạt nhân........................................................................................................................... 29
1.3.3. Quá trình biến đổi thành phần nhiên liệu hạt nhân................................ 35

CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU…...41
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu.......................................................................................... 41
2.1.1. Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt........................................................................ 41
2.1.1.1. Cấu trúc của lò phản ứng.......................................................................... 41
2.1.1.2. Thanh nhiên liệu........................................................................................... 43
ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................. 44

2.2.1. Xác định các hằng số nhóm và sản phẩm phân hạch...........................44
2.2.2. Tiến hành thực nghiệm......................................................................................... 49
2.2.2.1. Cấu tạo của một hệ đo bức xạ................................................................... 49
2.2.2.2. Thực nghiệm.................................................................................................... 51
2.2.2.3. Các thông số của sản phẩm phân hạch được sử dụng......................52
2.2.3. Phần mềm lập trình MATLAB.......................................................................... 54

CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………..55

3.1. Kết quả......................................................................................................................... 55
3.1.1. Phân bố công suất trong tâm lò phản ứng................................................ 55
3.1.2. Biến thiên số hạt nhân theo thời gian của bó nhiên liệu số 62.........57
3.1.3. Biến thiên số hạt nhân theo thông lượng của bó nhiên liệu số 62 .. 59

3.1.4. Biến thiên của độ cháy theo thời gian chiếu xạ và thông lượng
notron đối với bó nhiên liệu số 62............................................................................................. 61
3.1.5.

Xây

dựng

đường

cong

hiệu

suất

ghi

tương

134

và

đối…………………….62
3.1.6.
Cs

137

Tỷ

số

đồng

vị

Cs

……………………………………….64
3.1.7.

Độ

cháy

của

bó

nhiên

liệu

số

62…………………………………...65
3.2. Thảo luận.................................................................................................................... 70

KẾT LUẬN......................................................................................................................... 71
TÀI

LIỆU

KHẢO………………………………………………..72
ĐINH VĂN THÌN

THAM


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

PHỤ LỤC…………………………………………………………………75

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Giá trị giới hạn an toàn của một số nước đang sử dụng.
….................6
Bảng 2: Các đồng vị đặc trưng phù hợp với phương pháp khối phổ
kế……17
Bảng 3: Năng lượng ngưỡng và kích thích đối với một số hạt nhân.
……….26
Bảng 4: Phân bố năng lượng theo sản phẩm phân hạch đối với 92U

235

.….…

27
Bảng 5: Số notron trung bình được sinh ra sau mỗi phản ứng phân hạch.…
28
Bảng 6: Một số đặc trưng của các notron trễ đối với các hạt nhân nặng.…29
Bảng 7: Suất lượng phân hạch của các sản phẩm phân hạch từ 92U

235

……

36
Bảng 8: Các thông số liên quan đến bó nhiên liệu số 62……………………
44
Bảng 9: Các thông số đối với Cs

134

.………………………….

…………….53
Bảng 10: Các thông số đối với Cs
53

ĐINH VĂN THÌN

137

.………………………………………


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

Bảng

11:

Các

thông

số

đối

với

Eu

154

.……………………....

……………..53
Bảng 12: Phân bố công suất tại các vị trí thanh nhiên liệu trong tâm lò phản
ứng…………...…………………………………………………………….55

Bảng 13: Giá

trị thực nghiệm

đối với

thanh nhiên

liệu số

62.………………63
Bảng 14: Giá trị tính toán đối với tỷ số đồng vị
Cs

134

/Cs

137

………………..64

Bảng 15: Các giá trị tính toán về độ cháy trung bình của các thanh nhiên
liệu

tại

Lò

Phản

ứng

Hạt

nhân

Đà

Lạt

…………………………………………..66
Bảng 16: Các giá trị tham chiếu về độ cháy trung bình của các thanh nhiên
liệu tại Lò Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt………………………………………
68

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình

1:

Dẫn

nhiệt

trong

thanh

nhiên

liệu

hạt

nhân

…………….……………3
Hình 2: Đường cong sôi của Ukiyama …….……………………….….……
4
Hình

3:

Độ

dẫn

……….………………….……9

ĐINH VĂN THÌN

nhiệt

của

UO2

theo

nhiệt

độ


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

Hình 4: Sự trương nở viên nhiên liệu và rão của lớp vỏ
……………………10
Hình 5: Độ dẫn nhiệt qua khe theo độ cháy của thanh nhiên liệu PWR ……
10
Hình 6: Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính theo chiều cao tâm lò phản ứng ……
11
Hình 7: Tốc độ
………………………..11

sinh

nhiệt

tuyến

tính

theo

độ

cháy

Hình 8: Khối phổ kế của UO2 tự nhiên và sau khi chiếu xạ
………….……15
Hình 9: Khối phổ kế của uranium và plutonium trong mẫu trải qua chiếu
xạ…………………………………………………………………………..16
Hình 10: Phổ plutonium sau khi chiếu xạ…………………….……………
16
Hình 11: Khối phổ kế của zirconium tự nhiên và của zirconium trong UO2
bị chiếu xạ có pha trộn với dung dịch zirconium tự nhiên.
……………………19
Hình 12:

Bắn

chùm

notron

đồng

nhất

đến

một bia

mỏng

………………….23
Hình 13: Tiết
92U

235

diện vi mô

của phân

hạch giữa

notron với

……………23
Hình

14:

Bắn

chùm

notron

đồng

nhất

đến

một

bia

dày

……………………24
Hình 15: Cơ chế phân hạch hạt nhân theo mẫu giọt chất lỏng
………….…26
235

Hình 16: Suất lượng của sản phẩm phân hạch đối với 92U

87

Hình 17: Quá trình phân rã beta và sinh notron trễ của Br

ĐINH VĂN THÌN

và 94Pu
131

và I

239

.…27

………28


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

Hình 18: Chiếm bắt notron trong nhóm U

235

………………………………

Hình 19: Chiếm bắt notron trong nhóm U

238

………………………………

35

36
Hình 20: Sơ đồ biến đổi chi tiết của các sản phẩm phân hạch.………….…
40
Hình 21: Mặt cắt đứng của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.…………………
41

Hình 22: Mặt cắt ngang của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.…………………
42
Hình 23: Mặt cắt ngang của vùng hoạt và vành phản
xạ…………………..43
Hình 24: Mặt cắt ngang của bó thanh nhiên liệu loại VVR-M2……………
43
Hình 25: Sơ đồ khối của hệ đo bức xạ.……………………………………
49
Hình 26: Cấu hình của detector HPGe loại mặt phẳng và đồng trục
………49
Hình 27: Độ phân giải năng lượng.…………………..……………………
50
Hình 28: Cấu hình hệ đo thực
nghiệm……………………………………..51
Hình 29: Phân bố công suất trong tâm lò phản
ứng………………………...57
Hình 30: Biến thiên số hạt nhân U
58

ĐINH VĂN THÌN

235

theo thời gian chiếu xạ………………


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

Hình 31: Biến thiên số hạt nhân Cs

137

theo thời gian chiếu

xạ……………...58
Hình 32: Biến thiên số hạt nhân Cs

133

Hình 33: Biến thiên số hạt nhân Cs

theo thời gian chiếu xạ……………58

134

theo thời gian chiếu

xạ…………….59
Hình 34: Biến thiên số hạt nhân U

235

theo thông lượng

notron…………….59
Hình 35: Biến thiên số hạt nhân Cs

133

theo thông lượng notron……………

Hình 36: Biến thiên số hạt nhân Cs

134

theo thông lượng

137

theo thông lượng

60

notron…………….60
Hình 37: Biến thiên số hạt nhân Cs
notron…………….60
Hình 38: Biến thiên số hạt nhân Cs

134

/Cs

137

theo thông lượng notron…..61

Hình 39: Độ cháy theo thời gian chiếu xạ của bó nhiên liệu số
62………….61
Hình 40: Độ cháy theo thông lượng notron nhiệt của bó nhiên liệu số
62…62

Hình 41: Phổ gamma thu được từ bó nhiên liệu số 62…………………...…
62
Hình 42: Đường cong mô tả sự phụ thuộc của tốc độ đếm theo năng
lượng..63
Hình 43: Phân bố hoạt độ của Cs

134

và Cs

137

dọc theo bó nhiên liệu số

62…………………………………………………………………………..65
Hình 44: Tỷ số Cs

134

và Cs

137

theo các vị trí dọc theo bó nhiên liệu số

62……..........................................................................................................65

ĐINH VĂN THÌN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ĐINH VĂN THÌN


STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
r

16
17
18
19

20

PWR


ĐINH VĂN THÌN


21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

MỞ ĐẦU
Độ cháy của nhiên liệu hạt nhân là một đại lượng đóng vai trò quan trọng
trong lĩnh vực điện hạt nhân. Xác định chính xác độ cháy của nhiên liệu là yêu cầu
cần thiết trong việc quản lý nhiên liệu, nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn hạt
nhân và tối ưu tính kinh tế của chu trình nhiên liệu. Các tiêu chuẩn an toàn hạt

nhân có liên quan trực tiếp tới độ cháy bao gồm: Thông lượng nhiệt tới hạn, hệ số
độ phản ứng, độ giàu nhiên liệu, sự tích tụ CRUD, ứng suất, độ biến dạng và tính
mỏi, oxi hóa và hydrua, áp suất khi bên trong thanh nhiên liệu và khả năng nóng
chảy nhiên liệu [13, 14, 21].
Độ cháy của nhiên liệu có thể được xác định bằng nhiều phương pháp khác
nhau như là phương pháp khối phổ kế, phương pháp phân tích hóa học hoặc là các
phương pháp phân tích không phá hủy mẫu. Phương pháp khối phổ kế và phân tích
hóa học có giá thành rất cao, tốn nhiều thời gian tiến hành và mẫu đo sẽ bị phá hủy
[13]. Để hạn chế những nhược điểm đó, trong luận văn này, tác giả sẽ sử dụng
phương pháp phân tích không phá hủy mẫu để xác định độ cháy của thanh nhiên
liệu hạt nhân. Phương pháp này dựa vào việc đo đạc hoạt độ của các sản phẩm
phân hạch thông qua các bức xạ gamma để xác định độ cháy nhiên liệu và các
thông tin về phân bố theo trục và theo bán kính của các sản phẩm phân hạch này,
cùng với sự di chuyển của chúng bên trong thanh nhiên liệu. Phương pháp cho độ
chính xác cao, thời gian phân tích nhanh, giá thành rẻ và đặc biệt là giữ được sự
toàn vẹn của thanh nhiên liệu [16].
Luận văn có tiêu đề là: “Xác định độ cháy của thanh nhiên liệu trong lò
phản ứng hạt nhân bằng phương pháp tỷ số đồng vị”. Bố cục của luận văn gồm ba
chương:
- Chương I: Cơ sở lý thuyết.
- Chương II: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
- Chương III: Kết quả và thảo luận.
Trong luận văn có sử dụng 44 đồ thị, hình vẽ và 16 bảng biểu.

ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Độ cháy và mối liên hệ với các đại lƣợng quan trọng trong lò phản
ứng hạt nhân.
1.1.1. Độ cháy.
Độ cháy được định nghĩa là tổng năng lượng nhiệt được tạo ra trên một đơn
vị khối lượng vật liệu phân hạch ban đầu trong lò phản ứng. Đơn vị thường được
dùng đối với độ cháy là MWd/kg hoặc GWd/t, đơn vị này được sử dụng trong
trường hợp chúng ta muốn nhấn mạnh đến khía cạnh tạo ra nhiệt của nhiên liệu.
Độ cháy của nhiên liệu hạt nhân được xác định theo phương trình [16]:
BU  N f 

Độ cháy liên hệ với công suất nhiệt của lò phản ứng theo không gian và thời

gian như sau [22]:
(1.2)
Ngoài ra, độ cháy còn được định nghĩa theo đơn vị phần trăm như sau [14]:

BU 100  NHM
Ở
đây: BU là độ cháy của nhiên liệu; Nf là số phản ứng phân hạch
đã xảy ra
trong nhiên liệu; NHM và mHM lần lượt là số hạt nhân và khối lượng của nguyên tố

r
nặng có mặt trong nhiên liệu tại thời điểm ban đầu; P ( r , t) là công suất nhiệt tại
vị trí r và thời điểm t bất kỳ.
1.1.2. Liên hệ giữa độ cháy và các đại lƣợng quan trọng trong lò phản
ứng hạt nhân.
1.1.2.1. Các đại lƣợng nhiệt động học.
Tốc độ sinh nhiệt thể tích trong một viên nhiên liệu [22]:

ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

(1.4)

Công suất tuyến tính của một viên nhiên liệu [22]:
(1.5)
q'

Thông lượng nhiệt trung bình đi qua bề mặt thanh nhiên liệu [22]:

(1.6)

q '' 

(1.7)
Công suất nhiệt toàn phần của tâm lò [22]:
N

P  q ''' r
i1

Vi

Độ cháy của một viên nhiên liệu liên hệ với tốc độ sinh nhiệt thể tích, công
suất tuyến tính và thông lượng nhiệt đối với một viên nhiên liệu được xác định như
sau:



BU i

Độ cháy sẽ quyết định trực tiếp đến tốc độ sinh nhiệt thể tích, do đó ảnh
hưởng đến quá trình dẫn nhiệt trong viên nhiên liệu [22]:
1

T



t

Quá trình dẫn nhiệt từ nhiên liệu ra chất tải nhiệt theo định luật Fourier:
q '' x  k


ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

Hình 1. Dẫn nhiệt trong thanh nhiên liệu hạt nhân [22].

Thông lượng nhiệt trên lớp vỏ hình đĩa:
(1.11)
qc ''  qb ''  q f ''  k c 

Thông lượng nhiệt trên lớp vỏ hình trụ:
(1.12)
q ''  k
c

Giá trị của thông lượng nhiệt sẽ quyết định trực tiếp đến quá trình sôi của
chất tải nhiệt như trong hình 2: Vùng sôi hạt nhân (A-B) tạo thành cách bọt khí từ
điểm tâm hóa hơi ngẫu nhiên phân bố trên bề mặt; B là điểm cháy hỏng hay còn
gọi là điểm thông lượng nhiệt tới hạn; Sôi chuyển tiếp (B-C-D) các bọt khí bắt đầu
ngưng tụ lại; Sôi màng (D-E) tiếp tục tạo ra các lỗ trống của hơi nước trên bề mặt
và các bọt khí thoát khỏi bề mặt.

Hình 2. Đường cong sôi của Ukiyama [22].


ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

1.1.2.2. Các tiêu chí an toàn đối với nhiên liệu hạt nhân.
Thông lƣợng nhiệt tới hạn CHF.
Thông lượng nhiệt tới hạn hay còn gọi là khủng hoảng sôi mô tả về giới hạn
nhiệt của các quá trình biến đổi trạng thái của chất tải nhiệt trong lò phản ứng.
Trong lò phản ứng PWR thì CHF xuất hiện khi mà mật độ các bọt khí từ quá trình
sôi hạt nhân tại lớp biên của thanh nhiên liệu rất lớn đến mức các bọt khí này kết
tụ lại với nhau và tạo thành một lớp màng khí ngay tại bề mặt của thanh nhiên liệu.
Hệ số truyền nhiệt từ thanh nhiên liệu qua lớp màng này có giá trị nhỏ hơn nhiều
lần khi so sánh với hệ số truyền nhiệt qua chất lỏng. Sự xuất hiện của CHF sẽ kéo
theo sự tăng lên nhanh chóng giá trị nhiệt độ tại lớp vỏ thanh nhiên liệu. Tại điều

kiện nhiệt độ này thì quá trình oxi hóa hoặc là nóng chảy lớp vỏ thanh nhiên liệu
sẽ sảy ra nhanh chóng, dẫn tới phá hỏng lớp vỏ [21].
Trong PWR, thông lượng nhiệt tới hạn này được đặc trưng bởi khoảng cách
tính từ điểm sôi hạt nhân DNBR, chính bằng tỷ số của CHF với giá trị thông lượng
nhiệt tại một điểm trên thanh nhiên liệu. Tương tự đối với lò BWR thì giá trị CHF
được đặc trưng bởi giá trị tỷ số công suất tới hạn CPR, chính bằng tỷ số của thông
lượng nhiệt tới hạn với giá trị thông lượng nhiệt thật sự của thanh nhiên liệu.
Chúng ta có thể xác định thông lượng nhiệt tới hạn phụ thuộc vào áp suất và
tốc độ dòng chảy của chất tải nhiệt. Giá trị DNBR chính là giới hạn an toàn đối với
thanh nhiên liệu trong quá trình vận hành, giới hạn này cho phép xác định được sự
phá hỏng của nhiên liệu. CHF sẽ liên quan đến từng kiểu thanh nhiên liệu cụ thể
thông qua các thông số như áp suất, vận tốc dòng khối, chất lượng dòng chảy. Giới
hạn an toàn DNBR thường lấy xấp xỉ 1.15, giới hạn này sẽ đảm bảo sự toàn vẹn
của thanh nhiên liệu.
Ngoài ra, chúng ta còn sử dụng thêm 1 giới hạn an toàn nữa là CPR/DNB
để đặc trưng cho quá trình tăng lên của thông lượng nhiệt trong điều kiện vận hành
không ổn định. Khi mà giá trị của tốc độ sinh nhiệt tuyến tính LHGR được đưa ra,
thì hệ số truyền nhiệt của thanh nhiên liệu bị oxi hóa có bề mặt nhám sẽ tăng lên so
với thanh nhiên liệu có bề mặt trơn. Đặc tính truyền nhiệt của thanh nhiên liệu bị
ảnh hưởng nhiều bởi các lớp oxi hóa của các đồng vị nặng. Quá trình này xảy ra ở
ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

lớp vỏ khi mà giá trị độ cháy tăng lên. Khi đó thì sự biến đổi cấu trúc và vật liệu sẽ
ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính truyền nhiệt.
Để tính toán được tính toàn vẹn của lớp vỏ nhiên liệu thì chúng ta cần xem
xét ba đại lượng đó là [21]:
- Khoảng thời gian của quá trình chuyển tiếp sôi.

-

Hệ số truyền nhiệt của bề mặt lớp vỏ với chất tải nhiệt sau quá trình

chuyển tiếp sôi.
- Khoảng thời gian làm mát trở lại đối với lớp vỏ.
Bảng 1: Giá trị giới hạn an toàn của một số nước đang sử dụng [21].
Quốc gia
Phần Lan

Pháp
Đức

Hungary

Hệ số độ phản ứng.
Hệ số độ phản ứng liên quan tới các tiêu chí an toàn của lò phản ứng nước
nhẹ, chúng ta xem xét đến hệ số nhiệt độ của chất làm chậm hoặc là các hệ số độ
phản ứng âm. Các hệ số độ phản ứng sẽ phụ thuộc vào năm đại lượng sau [21]:
-

Nhiệt độ của nhiên liệu Tf .

-

Nhiệt độ của chất làm chậm Tm .

-

Thành phần thể tích của hơi nước trong chất tải nhiệt µ.

-

Áp suất của hệ thống Ps .

-

Hàm lượng của boron.

ĐINH VĂN THÌN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015

Chúng ta xét đến nhiệt độ của nhiên liệu thông qua hiệu ứng Doppler


Tf



,

ởđây  là độ phản ứng và thể hiện ngay lập tức giá trị năng lượng được tạo thành
trong nhiên liệu. Hằng số thời gian của nhiên liệu (cỡ vài giây) sẽ phụ thuộc chủ
yếu vào nhiệt dung riêng của nhiên liệu, bởi vì nó sẽ làm ảnh hưởng đến thời gian
trễ của các thay đổi về nhiệt độ của chất làm chậm và hệ số rỗng. Do vậy mà hệ số
nhiệt độ của nhiên liệu sẽ phụ thuộc vào độ giàu và độ cháy của nhiên liệu. Tuy
nhiên, sự phụ thuộc của hệ số nhiệt độ của nhiên liệu vào độ cháy là không đáng
kể đối với lò phản ứng nước nhẹ.

Hệ số nhiệt độ của chất làm chậm Tm dẫn tới hai ảnh hưởng chính như sau:
- Mật độ của nước sẽ giảm, dẫn đến hệ số rỗng tăng lên.
-

Làm cứng phổ của notron nhiệt, dẫn đến việc làm thay đổi tiết diện notron

hiệu dụng.


Đối với lò nước áp lực PWR, Tm sẽ nhận giá trị âm trong điều kiện vận
hành bình thường, nhưng sẽ nhận giá trị dương tại điều kiện nhiệt độ thấp. Do hàm

lượng boron giảm tại cuối chu trình nhiên liệu nên sẽ dẫn tới giá trị của Tm càng
nhận giá trị nhỏ hơn. Điều này gây ra ảnh hưởng lớn trong các tai nạn như vỡ
đường ống dẫn hơi, bởi vì khi đó lò phản ứng sẽ sinh ra công suất lớn hơn.
Đối với lò nước sôi BWR, áp suất của hệ thống sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến
nhiệt độ bão hòa của chất làm chậm, sụt áp trong hệ thống sẽ gây ra sự tăng cường
bọt khí trong nước. Điều này dẫn đến sự thay đổi độ phản ứng âm trong lò. Khi hệ
số rỗng có giá trị đáng kể sẽ dẫn tới việc áp suất trong lò tăng lên đột ngột. Đây là
nguyên nhân chính làm ngắt tua bin ra khỏi hệ thống.
Độ giàu nhiên liệu.
Độ giàu 5% được sử dụng để đảm bảo tính tới hạn khi chế tạo, xử lý và vận
chuyển. Độ giàu ảnh hưởng trực tiếp đến độ cháy, muốn có độ cháy cao hơn thì
chúng ta cần độ giàu phải cao hơn tương ứng. Chúng ta luôn mong muốn chế tạo

ĐINH VĂN THÌN