Cac Dac Trung Nha May Dien Hat Nhan VVER1000

8/16/2019 Cac Dac Trung Nha May Dien Hat Nhan VVER1000

1/50

1

Các đặc trưng của nhà máy điện hạt nhân lò phản ứ ngVVER1000 (Tiêu chuẩn thiết k ế, đặc trưng vận hành và các

đặc điểm an toàn)

*** S ản phẩ m H ợp đồng thuê khoán chuyên môn s ố 01/HĐ NV 2012 , Ngườ i thự c hiện: Phạm Tuấ n Nam,

Trung tâm An toàn H ạt nhân,Viện khoa học và K ỹ thuật H ạt nhân.

Nội dung Bảng thuật ngữ và ký hiệu viết tắt .......................................................................................3 1. Giớ i thiệu chung...............................................................................................................4

a. Địa điểm xây dựng .......................................................................................................4

b. Loại nhà chứa lò phản ứng ...........................................................................................5 b.1 Chức năng ...............................................................................................................5 b.2 Mô tả .......................................................................................................................5

c. Loại lò phản ứng ...........................................................................................................7 d. Công suất ......................................................................................................................8

2. Những tiêu chuẩn thiết k ế và mục tiêu an toàn ................................................................9 a. Các tiêu chuẩn thiết k ế .................................................................................................9

b. Những mục tiêu an toàn .............................................................................................11 3. Các bộ phận liên quan đến hạt nhân ..............................................................................11

a. Mô tả khái quát thiết k ế tổ lò phản ứng AES-92 ........................................................11

b. Các thành phần của vòng sơ cấ p ................................................................................13 b.1. Hệ thống làm mát lò phản ứng ............................................................................13 b.2. Bình sinh hơi .......................................................................................................14 b.3. Bơm tuần hoàn chính ...........................................................................................14 b.4. Bình điều áp .........................................................................................................14 b.5. Vùng hoạt lò phản ứng ........................................................................................14

c. Các thành phần liên quan đến thùng lò ......................................................................15 c.1 Thùng chịu áp (Reactor Vessel). ..........................................................................15 c.2 Tấm phân dòng. ....................................................................................................15 c.3 Cột đỡ nhiên liệu...................................................................................................16

c.4 Thùng chứa vùng hoạt (Core Barrel) ....................................................................16 c.5 Giỏ đỡ vùng hoạt (Core Basket) ...........................................................................17 c.6 Nắ p của thùng lò ...................................................................................................18

d. Nhiên liệu lò phản ứng VVER1000 ...........................................................................20 d.1. Khái quát nhiên liệu UO2 cho VVER1000 ..........................................................20 d.2. Thiết k ế vùng hoạt và bó nhiên liệu sử dụng nhiên liệu UO2 và MOX ..............22 d.3. Tính chất neutron trong bó nhiên liệu UO2 và MOX ..........................................27

4. Các hệ thống an toàn ......................................................................................................32 a. Hệ thống bơm áp suất cao khẩn cấ p (JND10-40) ......................................................36

b. Hệ thống bơm boron khẩn cấ p (JND50-80) ...............................................................36 c. Hệ thống làm mát khẩn cấ p và theo k ế hoạch trong vòng sơ cấ p và bể chứa nhiênliệu -(JNA) ......................................................................................................................36 d. Các bình tích lũy giai đoạn đầu - (JNG10-40) ...........................................................37


2/50

2

e. Hệ thống tích lũy giai đoạn sau - (JNG50-80) ...........................................................37 f. Hệ thống bảo vệ quá áp trong vòng sơ cấ p - (JEF21-23) ...........................................37 g. Hệ thống bảo vệ quá áp vòng thứ cấ p - (LBA) ..........................................................37 h. Hệ thống khử khí khẩn cấp trong vòng sơ cấ p - (KTP) .............................................38 i. Hệ thống làm mát và giảm áp khẩn cấp cho bình sinh hơi - (JNB10-40) ...................38

j. Hệ thống bơm nhanh boron vào vùng hoạt - (JDJ) .....................................................38 k. Hệ thống cách ly đường hơi chính .............................................................................38 l. Hệ thống tải nhiệt thụ động - (JNB50-80) ..................................................................38 m. Hệ thống che chắn nhà lò - (JMA) ............................................................................39 n. Hệ thống phun trong nhà lò - (JMN) ..........................................................................39 o. Hệ thống kiếm soát và khử khẩn cấ p hydrogen trong nhà lò - (JMT-JMU) ..............39

p. Hệ thống làm mát và giam giữ vùng hoạt nóng chảy - (JKM) ..................................39 q. Hệ thống cách ly nhà lò ..............................................................................................39 r. Hệ thống lọc thụ động trong xuyến (KLM) ................................................................40 s. Hệ thống tuần hoàn trung gian (KAA) .......................................................................40 t. Hệ thống cấp nướ c nhóm A (PE) ................................................................................40 u. Hệ thống cung cấp điện khẩn cấ p ..............................................................................40 v. Hệ thống hỗ tr ợ điều hòa và lọc không khí trong các phòng làm việc ......................40

5. Các hệ thống phụ tr ợ cho lò phản ứng ...........................................................................43 6. Hệ thống kiểm soát và theo dõi .....................................................................................45 7. Hệ thống thay đảo và lưu giữ nghiên liệu ......................................................................47

a. Lưu giữ nhiên liệu tươi ...............................................................................................48 b. Bể chứa nhiên liệu đã cháy ........................................................................................48 c. Bộ phận lưu giữ nhiên liệu đã cháy (SFSF) ...............................................................49

Tài liệu tham khảo .............................................................................................................50


3/50

3

Các đặc trưng của nhà máy điện hạt nhân lò phản ứngVVER1000 (Tiêu chuẩn thiết kế, đặc trưng vận hành và các

đặc điểm an toàn)

Bảng thuật ngữ và ký hiệu viết tắt

Tiếng Anh Tiếng Việt BDBA Beyond Design Basis Accident Sự cố ngoài cơ sở thiết kế DBA Design Basis Accident Sự cố trong cơ sở thiết kế DG Diesel Generator Máy phát điện chạy bằng diesel FA Fuel Assembly Bó nhiên liệu HPC High Pressure Cylinder Ống chịu áp suất cao I&C Instrumentation and Control Thiết bị đo đạc và điều khiển ICID in-core instrumentation detectors Các thiết bị đo đạc bên trong vùng hoạt IE Initiating Event Sự kiện khởi phát LCC Local Crisis Centre Tâm tới hạn cục bộ LOCA Loss of Coolant Accident Sự cố mất chất tải nhiệt vùng hoạt lò

phản ứng LPC Low Pressure Cylinder Ống chịu áp suất thấp LRM Liquid Radioactive Media Môi trường phóng xạ lỏng MCR Main Control Room Phòng điều khiển chính

NPP Nuclear Power Plant hà máy điện hạt nhân PORV Pilot Operated Relief Valve Van xả điều khiển hoạt động PRZ Pressurizer Bình điều áp

RCP Reactor Coolant Pump Bơm tuần hoàn chính RF Reactor Facility Bộ phân lò phản ứng RSS Remote Shutdown Station Bộ phần dập lò từ xa SAR Safety Analysis Report Báo cáo phân tích an toànSFP Spent Fuel Pool Bể chứ nhiên liệu đã cháy SG Steam Generator Bình sinh hơi SRW Solid Radioactive Waste Chất thải xạ dạng rắn SSC Systems, Structures and

ComponentsHệ thống, cấu trúc và thành phần


4/50

4

1. Giớ i thiệu chung

Tài liệu này mô tả những đặc trưng cần thiết phải đưa ra trong báo cáo phân tích antoàn (SAR - Chương 1) mà cơ quan pháp quy (NRC) yêu cầu khi muốn xây dựng nhàmáy điện hạt nhân. Đối tượ ng trình bày là lò phản ứng VVER1000 AES-92.

Để đượ c cấ p phép xây dựng một nhà máy điện hạt nhân, ngườ i xin cấ p phép sẽ đệ trình một bản báo cáo chi tiết về an toàn của lò phản ứng, tài liệu đó sẽ đượ c xem xét vàđánh giá bởi cơ quan cấ p phép.

Thông tin này nên đượ c trình bày theo mẫu của một báo cáo – báo cáo phân tích antoàn. Mục đích chính của việc đệ trình SAR là để đưa ra những thông tin cần thiết cho cơquan cấ p phép.

Những tiêu chuẩn có mức độ nghiêm ngặt được đưa ra bở i cơ quan cấ p phép, trong đóquy định mức độ chi tiết của thông tin đượ c trình bày trong SAR.

SAR nên chứa những thông tin rõ rành và chính xác của nhà máy và những tr ạng thái

vận hành của nó. Điều đó giúp cơ quan cấ p phép có thể đánh giá mức độ an toàn của nhàmáy một cách độc lậ p.

SAR có thể đượ c cung cấ p theo những phần hoàn chỉnh và đầy đủ, bao gồm:(a) PSAR (Preliminary SAR or Pre-construction SAR): báo cáo sơ bộ hoặc báo cáo

tiền khả thi, nhằm hỗ tr ợ việc cấp phép địa điểm xây dựng;(b) ISAR (Intermediate SAR): Báo cáo phân tích an toàn bổ xung nhằm hỗ tr ợ cho

việc cấ p phép xây dựng hoặc vận hành nhà máy điện hạt nhân.(c) FSAR (final SAR): Bản báo cáo phân tích an toàn cuối cùng là k ết hợ p các chỉnh

sửa để có được báo cáo trước khi nhà máy được đưa vào vận hành.

Thông tin đã mô tả trong tài liệu này là PSAR.

a. Địa điểm xây dự ng

Hình 1.1-2 – Vị trí của Belene NPP Ngườ i xin cấ p phép nên chỉ ra vị trí của mỗi lò phản ứng ở địa điểm theo vĩ độ và


5/50

5

kinh độ, và vị trí tương đối của NPP về mặt địa lý, dân cư, kinh tế. Ví dụ như thông tincung cấ p về vị trí của Belene NPP, Bulgary: Địa điểm đượ c lựa chọn xây dựng nhà máynày là ở phía bắc Bulgaria, bờ phải sông Danube, nhánh Belene, khoảng 8 km theohướng Nam theo đườ ng biên giớ i giữa Bulgaria và Romania.

Tọa độ địa lý của địa điểm này là 43037’ vĩ độ bắc, 25012’ kinh độ Đông. Địa điểm

xây dựng NPP Belene nằm trong cấu trúc phát triển Pleven Region của Bulgaria, cách 41km tính từ trung tâm của miền. Nhà máy được đặt ở miền hẻo lánh, tách biệt vớ i nhữngvùng kinh tế lớ n. Tính từ nhà máy, thành phố Dekov cách 5 km về phía Tây Nam, cáchthành phố Belene 3km về phía Tây Bắc, cách Oresh 7 km về phía Đông Nam, và cáchSvishtov 10,5 km về tía Đông.

Thành phố gần nhất của trên lãnh thổ Romanilà Zimnich và Turnu Mgurele vớ ikhoảng cách là 13,6 km về hướng Đông Bắc, và 22 km về hướ ng Tây Bắc.

Trong vòng bán kính 3 km tính từ nhà máy Belene không có thị tr ấn nhỏ. Hình 1.1-2mô tả vị trí của nhà máy Belene.

b. Loại nhà chứ a lò phản ứ ng

b.1 Chức năng Để đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn, cấu trúc nhà lò kép đượ c chấ p nhận trong thiết k ế

nhà lò. Hệ thống nhà lò bao gồm 2 lớ p.Lớp bên trong đượ c làm bằng bê tông cốt thép, được dùng để giam giữ vật liệu phóng

xạ như trong giớ i hạn thiết k ế, hạn chế sự phát thải phóng xạ ra môi trườ ng khi xảy ranhững sự cố nằm trong cơ sở thiết k ế.

Lớ p bên ngoài của nhà lò giúp bảo vệ các hệ thống và các thành phần của lò phản ứngkhỏi những sự kiện do thiên nhiên hoặc con ngườ i gây ra từ bên ngoài.

Cả hai lớ p của nhà lò đảm bảo không phát thải chất phóng xạ ra ngoài môi trườ ng.Hệ thống ống dẫn và dây cáp giúp giam giữ các chất phóng xạ trong giớ i hạn thiết k ế,

hạn chế sự phát thải của chúng ra môi trườ ng bằng cách sử dụng một nhà lò kín. Có 3khó không khí chống rò đượ c thiết k ế trong nhà lò.

b.2 Mô tả


6/50

6

Hình 6.3-1. Nhà lò kép của Belene NPP, mặt cắt đứ ng Mức độ tin cậy của hệ thống được đảm bảo bằng những giải pháp trong thiết k ế, bao

gồm: độ dự tr ữ của các thành phần, việc tách bạch các nhánh trong hệ thống, ngăn chặncác tác động cơ học, khả năng kiểm tra và bảo dưỡng định k ỳ của hệ thống.

Các giải pháp thiết k ế nhằm đảm bảo hoạt động an toàn của hệ thống đượ c chứng thựcdựa trên kinh nghiệm thiết k ế, các k ết quả thí nghiệm cũng như đượ c xác nhận bở i kinhnghiệm vận hành trong những hệ thống tương tự của NPP sử dụng VVER1000 ở Nga vàcác nướ c khác.

Hệ thống nhà lò đảm bảo r ằng bất cứ vật liệu phóng xạ nào phát thải ra môi trườ ngtrong sự cố cơ sở thiết k ế đều đượ c giam giữ lại trong nhà lò. Hệ thống này bao gồm:

- Các cấu trúc kín;- Các hệ thống tương ứng để điều khiển nhiệt độ và áp suất;- Những đặc điểm cách ly, quan lý và xử lý các sản phẩm phân hạch, hydrongen,

oxygen và những thành phần khác có thể phát thải ra khí quyển ngoài nhà lò. Nhà lò đượ c thiết k ế chống chịu lại các sự cố DBA và BDBA, đặc trưng bở i các giá tr ị

khác nhau về áp suất, nhiệt độ và lượ ng nhiệt ảnh hưở ng tớ i thành nhà lò.Việc quá áp xuất hiện đột ngột trong nhà lò khi xảy ra sự cố DBA xuất hiện khi sự cố

trong ống chính dẫn chất làm mát (RCP) vào tăng áp suất lên 0,33 MPa. Đối vớ i việc


7/50

7

thiết k ế áp suất trong nhà lò để chịu đượ c sự cố DBA, giá tr ị áp suất chống chịu Pa = 0,40MPa (tăng thêm 21% trên giá chịu áp suất cực đại trong trườ ng hợ p khẩn cấp) đượ c xâydựng.

Nhiệt độ cực đại khẩn cấ p bên trong nhà lò là 2070C.Các thông số trung bình trong nhà lò khi xem xét sai hỏng thiết k ế gây ra sự cố BDBA

không vượ t quá các thông số đặt ra cho thiết k ế đối vớ i sự cố DBA. Thiết k ế đó đượ cđảm bảo bở i các hệ thống an toàn thụ động không yêu cầu làm việc vớ i các nguồn cấ pđiện bổ xung và đượ c thiết k ế nhằm phục vụ tải nhiệt dư từ vùng hoạt và khi sửa chữanhà máy, đảm bảo tr ạng thái an toàn trong thờ i gian lớn hơn 24 giờ . Trong suốt thờ i giannày việc cấp điện và hoạt động của các hệ thống chủ động có thể đượ c ghi chép lại.

Nhà lò sơ cấp đượ c thiết k ế có khả năng chống chịu lại những ảnh hưở ng của thiênnhiên bên ngoài và do con ngườ i gây ra, ví dụ:

- Động đất;

-

Sóng thần;- Rơi máy bay. Nhà lò bên trong (sơ cấp) đượ c thiết k ế để hạn chế các vật chất phóng xạ trong miền

xảy ra sự cố, và thực hiện các chức năng che chắn sinh học. Nhà lò sơ cấ p làm bằng bê-tông cốt thép, có cấu trúc hình tr ụ, mái vòm hình bán cầu,

k ết nối vớ i bê-tông của nhà lò bằng những thành phần neo giữ. Nhà lò bên trong có một lớp thép làm tăng độ kín của nhà lò và ngăn chặn rò r ỉ phóng

xạ ra môi trườ ng. Tốc độ rò r ỉ theo ngày từ nhà lò không vượ t quá 0.3% thể tích khôngkhí tự do bên trong nhà lò ở áp suất thiết k ế 0.4 Mpa.

Thép St3sp5 dạng tấm bề dày 6 mm, các nhân viên thiết k ế sử dụng nhiều phương pháp để đảm bảo độ kín của lớ p nhà lò này.

c. Loại lò phản ứ ng

Thiết k ế thế hệ lò phản ứng mớ i của Nga (AES-92) sử dụng loại lò PWR có công suấtđiện là 1000 MW, đượ c biết đến vớ i tên VVER1000 hoặc WWER1000. Dự án AES-92tuân thủ những yêu cầu pháp quy của Nga cũng như của IAEA, và những khuyến cáo củaINSAG. AES-92 đượ c cấ p phép bởi cơ quan pháp quy an toàn Nga.

Ngoài những thủ tục cấ p phép của cơ quan pháp quy Nga, thiết k ế này cũng đượ c

đánh giá bởi các chuyên gia hàng đầu của EDF (Pháp), tương đương vớ i các tiêu chuẩnđặt ra của các cơ quan vận hành NPP ở châu Âu. Những nghiêm cứu đó xác nhận r ằngthiết k ế này đảm bảo những tiêu chuẩn của EUR.

Mục tiêu an toàn do các nhà thiết k ế đặt ra là:- Hệ thống an toàn tiên tiến sử dụng cả hệ thống thụ động và chủ động- NPP có độ an toàn đượ c cải tiến- Sự hữu ích của các thực nghiệm tiến hành trên các tổ lò VVER440 và VVER1000.

Những khác biệt chính giữa AES-92 và các lò phản ứng VVER thế hệ trướ c bao gồm:- Tăng tốc độ ngừng phản ứng hạt nhân, nhờ sử dụng 2 hệ thống độc lập tác động đến

độ phản ứng;- Tăng thờ i gian tải nhiệt dư và duy trì trạng thái an toàn lò phản ứng, nhờ sử dụng hệ


8/50

8

thống chủ động và thụ động, không cần sự can thiệ p của nhân viên vận hành và nguồncấp điện từ bên ngoài;

- Sử dụng nhà lò kép để giam giữ hậu quả của sự cố: lớ p bên trong – dự ứng lực, lớ p bên ngoài – thiết k ế đúc liên, chống chịu đượ c các sự kiện bên trong và bên ngoài;

- Sử dụng một hệ thống giam giữ vùng hoạt đặc biệt trong trườ ng xảy ra sự cố nặng;

- Sử dụng cấu trúc 4 kênh trong thiết k ế hệ thống an toàn.d. Công suất

Người xin cấp phép nên cung cấp công suất điện tổng cộng xấp xỉ và mức công suấtnhiệt tương ứng. Ví dụ như công suất của lò phản ứng Belene NPP:

Thông số Giá trị Công suất nhiệt danh định lắp đặt, MW 3000Công suất của tổ lò: - Công suất điện, MW- Nhiệt lượng cung cấp cho người tiêu thụ, Gcal/h

106070

Thời gian vận hành hàng năm, giờ/năm 7936Hệ số dự phòng trung bình trong thiết kế hàng năm, % 90,6

Chương 1 của SAR theo NRC 1.206 hướ ng dẫn phải chứa 9 phần, nhưng do thờ ilượ ng hạn chế, tài liệu này không mô tả những nội dung sau:

1.1 Mô tả địa điểm xây dựng nhà máy1.3 So sánh vớ i các mô hình khác1.4 Mô tả về tổ chức và cấu trúc1.5 Những yêu cầu đối vớ i thông tin k ỹ thuật bổ xung

1.6 Những vấn đề tham khảo1.7 Hình học và các thông tin chi tiết khác1.8 Những vấn đề chung1.9 Sự tương thích vớ i tiêu chuẩn pháp quyMà chỉ tậ p trung chủ yếu đến nội dung 1.2, tiến hành giớ i thiệu và mô tả khái quát cho

nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng VVER1000 AES-92.Trong phần này, ngườ i xin cấ p phép nên tóm tắt những đặc điểm cơ bản của địa điểm

và nên cung cấ p mô tả ngắn gọn về hệ thống, bao gồm:- Các tiêu chuẩn thiết k ế cơ bản

- Các đặc tính vận hành; những vấn đề xem xét liên quan đến an toàn;- Các đặc trưng kỹ thuật và các hệ thống an toàn- Thiết bị đo đạc, điều khiển và hệ thống điện;- Hệ thống điều khiển công suất;- Hệ thống vận chuyển và lưu giữ nhiên liệu;- Các hệ thống nướ c làm mát và các hệ thống phụ tr ợ khác;- Hệ thống quản lý thải xạ;

Ngườ i xin cấ p phép nên chỉ vị trí lắp đặt của các cấu trúc chính và thiết bị một cách

tr ực quan bằng cách sử dụng các bảng biểu và hình vẽ. Ngườ i xin cấp phép cũng nêu chỉ ra những đặc điểm nối bật của nhà máy, đặc biệt lànhững vấn đề liên quan đến an toàn; những giải pháp để giải quyết những vấn đề k ỹ thuật


9/50

9

hoặc xây dựng khó khăn.

2. Nhữ ng tiêu chuẩn thiết k ế và mục tiêu an toàn

a. Các tiêu chuẩn thiết k ế

Những tiêu chuẩn thiết k ế cho nhà máy điện hạt nhân cần phải được đưa ra trongSAR. Những tiêu chuẩn này đượ c xây dựng dựa trên các chương trình tính toán hoặc cáctiêu chuẩn khả dụng đưa ra. Các tiêu chuẩn thiết k ế của lò phản ứng VVER dựa trênnhững tiêu chuẩn và yêu cầu của Nga.

Để thể hiện độ an toàn cao, thiết k ế AES-92 đượ c đánh giá là phù hợ p vớ i tiêu chuẩnthiết k ế của NPP đượ c US NRC đưa ra (10 CFR part 50 Appendix A) và những tiêuchuẩn trình bày troang tài liệu của IAEA về an toàn của NPP: Yêu cầu thiế t k ế : Nhữ ngtiêu chuẩ n an toàn của IAEA No NS-R-1” (Tiêu chuẩn 70 đế n 85). Cụ thể, các tiêu chuẩnđó như sau

1. Định lượ ng các tiêu chuẩn và ghi chép2. Những cơ sở thiết k ế chống chịu lại đượ c những hiện tượ ng tự nhiên3. Bảo vệ cháy nổ 4. Cơ sở thiết k ế chống lại những ảnh hưở ng của môi trường động lực học bên ngoài5. Phân chia các cấu trúc, hệ thống và thành phần6. … 7. … 8. … 9. …

10. Thiết k ế lò phản ứng11. Bảo vệ an toàn bản thân lò phản ứng12. Loại bỏ những dao động trong công suất lò phản ứng13. Thiết bị đo đạc và điều khiển14. Giớ i hạn áp suất chất làm mát lò phản ứng15. Thiết k ế hệ thống làm mát lò phản ứng16. Thiết k ế nhà lò17. Hệ thống nguồn điện

18.

Kiểm duyệt và kiểm tra các hệ thống công suất điện19. Phòng điều khiển20. Chức năng của hệ thống bảo vệ 21. Mức độ tin cậy và hiệu suaats của hệ thống bảo vệ 22. Tính độc lậ p của hệ thống bảo vệ 23. Các chế độ sai hỏng của hệ thống bảo vệ (Nguyên tắc an toàn khi xảy ra sai hỏng)24. Tách bạch các hệ thống bảo vệ và điều khiển25. Yêu cầu các hệ thống bảo vệ để điều chỉnh độ phản ứng khi hệ thống gặ p tr ục tr ặc26. Tính đa dạng và hiệu suất của hệ thống điều khiển độ phản ứng

27. Khả năng kết hợ p của các hệ thống điều chỉnh độ phản ứng28. Giớ i hạn độ phản ứng29. Bảo vệ trong trườ ng hợ p xảy ra những sự cố AOO


10/50

10

30. Định lượ ng giớ i hạn áp suất chất làm mát lò phản ứng31. Ngăn chặn hiện tượ ng sai hỏng trong giớ i hạn áp suất chất làm mát lò phản ứng32. Xem xét k ỹ lưỡ ng giớ i hạn áp suất chất làm mát lò phản ứng33. Cung cấ p chất làm mát cho lò phản ứng34. Tải nhiệt dư ra khỏi vùng hoạt

35. Làm mát vùng hoạt khẩn cấ p36. Xem xét k ỹ lưỡ ng hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấ p37. Kiểm tra hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấ p38. Tải nhiệt ra khỏi nhà lò39. Xem xét k ỹ lưỡ ng hệ thống tải nhiệt ra khỏi nhà lò40. Kiểm tra hệ thống tải nhiệt ra khỏi nhà lò41. Làm sạch không khí nhà lò42. Xem xét k ỹ lưỡ ng hệ thống làm sạch không khí trong nhà lò43. Kiểm tra các hệ thống làm sạch không khí trong nhà lò44. Làm nguội nướ c45. Xem xét hệ thống làm nguội nướ c46. Kiểm tra hệ thống làm nguội nướ c47. … 48. … 49. … 50. Cơ sở thiết k ế của nhà lò51. Ngăn chặn gẫy vỡ trong giớ i hạn áp suất nhà lò

52. Có khả năng kiểm tra tốc độ rò r ỉ của nhà lò53. Có các điều khoàn kiểm tra và xem xét nhà lò54. Các hệ thống ống đẫn đi qua nhà lò 55. Giớ i hạn áp suất chất lafmmats lò phản ứng đi qua nhà lò 56. Cách ly nhà lò sơ cấ p57. Các van cách ly hệ thống kín58. … 59. … 60. Kiểm soát sự phát thải chất phóng xạ ra môi trườ ng

61. Cất giữ và vận hcuyeenr nhiên liệu, kiểm soát chất phóng xạ 62. Ngăn chặn hiện tượ ng tớ i hạn trong những bộ phận giam giữu hoặc vận chuyển

phóng xạ 63. Kiểm soát lượ ng nhiên liệu và cất thải giam giữ 64. Kiểm soát sự phát thải phóng xạ 65. … 66. … 67. … 68. … 69. … 70. Trang bị thiết bị đảm bảo an toàn cho nhà lò khi xảy ra sự cố nặng


11/50

11

71. Các thông số lao động, xem xét thiết k ế của phòng điều khiển72. Thiết k ế hệ thống điều khiển độ phản ứng, giúp dậ p lò phản ứng73. Trang bị thiết bị hấ p thụ nhiệt để chống lại các sự cố nặng74. Định nghĩa phân lọa các loại điện năng và tiêu chuẩn khả dụng khi k ết nối chúng75. Nguyên tắc cơ bản liên quan đến các sự cố DBA và BDBA.

76. Duy trì công suất thấ p khi xảy ra sự cố và dậ p lò77. Yêu cầu và hạn chế của các hoạt động an toàn78. Nguyên nhân thườ ng thấy của những sai hỏng và ý nghĩa khi sử dụng của thiết k ế

để ngăn chặn những sai hỏng đó 79. Các tiêu chuẩn độc lậ p cho sự cố và giải thích các tiêu chuẩn đó của nhà thiết k ế 80. Thờ i gian r ỗi của thiết bị 81. Các điều kiện kiểm tra vận hành, vận hành, so sánh, xem xét và điều khiển82. Xác nhận thiết bị 83. Sự lão hóa84. Tương tác của các hệ thống85. Các chương trình máy tính và việc hiệu chỉnh các chương trình này.

Những phân tích, đánh giá lò phản ứng VVER1000 AES-92 cho thấy sự phù hợ p vớ icác tiêu chuẩn nêu trên.

b. Nhữ ng mục tiêu an toàn

Mục tiêu được được đưa ra dựa trên những quy tắc và tiêu chuẩn an toàn cải tiến về k ỹ thuật năng lượ ng hạt nhân của liên bang Nga.

Định nghĩa tiêu chuẩn an toàn của NPP trong OPB-88/97 là: “NPP đạt đượ c nhữngyêu cầu về an toàn nếu hậu quả phóng xạ của nó tác dụng lên nhân viên, dân cư và môitrườ ng trong suốt quá trình vận hành bình thườ ng, khi xảy ra sự cố, bao gồm những sự cố cơ bản không gây ra việc vượ t quá liều chiếu ướ c tính cho nhân viên và dân chúng, tỉ lệ

phát thải và xả ra ngoài cho phép, thành phần của các chất phóng xạ trong môi trường… Tài liệu của IAEA No. SF-1 “Những nguyên tắc an toàn cơ bản”trình bày 3 mục tiêu

an toàn cơ bản, bên cơ sở những yêu cầu tối thiểu r ủi ro cho nhà máy điện hạt nhân.Mục tiêu chung của an toàn hạt nhân: để bảo vệ những cá nhân, tổ chức và môi

trườ ng khỏi những thiệt hại bằng cách thiết lậ p và duy trì các hệ thống che chắn đượ c lắ p

đặt đủ khả năng ngăn chặn hậu quả phóng xạ.Mục tiêu bảo vệ bứ c xạ: Để đảm bảo r ằng trong tất cả các tr ạng thái vận hành có

xuất hiện phát thải phóng xạ thì các chất thải này đều đượ c giam giữ lại một cách hợ p lývà có khả năng làm nhẹ hậu quả phóng xạ trong bất k ỳ sự cố nào.

Mục tiêu an toàn k ỹ thuật: Để tiến hành những đo đạc nhằm xác định các thông số,giúp ngăn chặn sự cố trong khi lắp đặt, và làm giảm hậu quả của sự cố khi chúng xuấthiện, giảm khả năng phát triển của sự cố và hạn chế phát thải phóng xạ .

3. Các bộ phận liên quan đến hạt nhân

a. Mô tả khái quát thiết k ế tổ lò phản ứ ng AES-92

Tổ lò bao gồm phần lò phản ứng và phần tuốc- bin, được dùng như là máy phát. Sơ đồ


12/50

12

nhiệt là một vòng kép. Phần lò phản ứng được đặt bên trong nhà lò sơ cấ p, bao gồm cácthành phần:

- Vòng tuần hoàn sơ cấ p- Hệ thống điều áp- Phần thụ động của ECCS

- Các hệ thống và thành phần khác cần thiết cho việc vận hành của RF và duy trì nóở tr ạng thái an toàn.

Hình 1.2-2. Sơ đồ nguyên lý của vòng tuần hoàn sơ cấ p và thứ cấ pCấu trúc của vòng sơ cấ p bao gồm lò phản ứng và 4 nhánh tuần hoàn, mỗi nhánh có 1 bình sinh hơi (SG), Bơm tuần hoàn chất tải nhiệt (RCP), và các đườ ng dẫn trong vòngtuần hoàn chính, k ết nối các thiết bị trong nhánh vớ i lò phản ứng.

Bình điều áp k ết nối vớ i ống dẫn trong vòng tuần hoàn chính.Vòng thứ cấ p không có phóng xạ và bao gồm: bình sinh hơi, các ống dẫn hơi chính, 1

tuốc bin, thiết bị và các hệ thống phụ tr ợ : thiết bị khử xạ, gia nhiệt, cấp nướ c trong SG.Mỗi tổ lò đượ c hỗ tr ợ bở i một hệ thống an toàn tương ứng nhằm ngăn chặn những sự

cố trong thiết k ế cơ bản hoặc ảnh hưở ng của chúng.

Để kiểm soát những sự cố ngoài thiết k ế cơ bản, bao gồm cả sự cố nặng, ý nghĩa củahệ thống k ỹ thuật giúp giảm thiểu ảnh hưở ng của các sự cố này. Sơ đồ nguyên lý hoạtđộng của vòng sơ cấ p và thứ cấp đượ c trình bày trong hình 1.2-2.Các đặc trưng kỹ thuật chính của tổ lò:

Đặc trưng Giá trị Công suất nhiệt danh định của lò phản ứng, MWth 3000Số lượng nhánh tuần hòa 4Áp suất chất làm mát ở lối ra của lò phản ứng, MPa 15,7+0,3

Nhiệt độ chất làm mát ở lỗi vào của lò phản ứng, С 291 2 5 Nhiệt độ chất làm mát ở lối ra của lò phản ứng, С 321±5Dòng chất làm mát qua lò phản ứng, m3/h 86000 2600 3800


13/50

13

Dòng chất làm mát qua chân lạnh của một nhánh, m3/h 21500±1000Tốc độ dòng qua vùng hoạt với 3 bơm tuần hoàn chính trong quá trình vậnhành, m3/h

63700

Tốc độn dòng qua vùng hoạt với 2 bơm tuần hoàn đối diện được vận hành, m3/h

40000

Tốc độ dòng qua vùng hoạt với 2 bơm liền kế được vận hành, m

3

/h 40080Thông lượng nhiệt tuyến tính cực đại, W/сm 448Áp suất hơi ở lối ra của bình sinh hơi, Mpa 6,27+0,10

Nhiệt độ của bình sinh hơi, С 278,5+1,0Hiệu suất hơi của 1 bình sinh hơi, t/h 1470+100Độ ẩm của hơi tạo thành ở lối ra của bình sinh hơi (không nhỏ hơn), % 0,2Độ cháy trung bình của bó nhiên liệu (chu trình nhiên liệu yêu cầu), MWday/kgU

54,6

Độ cháy nhiên liệu cực đại (chu trình nhiên liệu yêu cầu), MW day/kgU 66.6 Nhiệt độ nước cấp ở công suất danh định, С 220+5

Nhiệt độ nước cấp trong trường hợp mất kết nối với HPH ở công suất bằng 0, С

1644

Nhiệt độ nước cấp trong trường hợp mất kết nối của HPH ở mức công suấtdanh định, С

1864

Các thông số thiết kế vòng sơ cấp - Áp suất, MPa - Nhiệt độ, 0C

17,64350

Các thông số thiết kế vòng sơ cấp - Áp suất, MPa - Nhiệt độ, 0C

7,846300

b. Các thành phần của vòng sơ cấp

b.1. Hệ thống làm mát lò phản ứ ngHệ thống làm mát lò phản ứng thực hiện việc tải nhiệt từ vùng hoạt lò phản ứng nhờ

hệ thống làm mát trong 1 vòng kín, đồng thờ i chuyển nhiệt đó ra vòng thứ cấ p. Năng lượ ng từ phản ứng phân hạch hạt nhân trong vùng hoạt lò phản ứng đượ c sử

dụng để làm nóng chất tải nhiệt bên trong vòng kín: Lò phản ứng – bình sinh hơi – bơmtuần hoàn – lò phản ứng. Chất làm mát nhận nhiệt trong lò phản ứng, chuyển tớ i thànhcủa ống trong bình sinh hơi và tớ i vòng thứ cấ p, chất làm mát quay tr ở lại lò phản ứngnhờ bơm tuần hoàn.

Bình sinh hơi giúp kết nối giữa hệ thống làm mát lò phản ứng (Vòng sơ cấ p) và hệ thống thứ cấ p. Các bộ góp và ống dẫn là những rào chắn giữa vòng sơ cấ p và vòng thứ cấ p.

Hệ thống làm mát lo fphanr ứng bao gồm: lò phản ứng và 4 nhánh tuần hoàn, mỗinhánh bao gồm:

- Bình sinh hơi; - Bơm tuần hoàn chất làm mát

- Các ống dẫn chất làm mátPhần đườ ng ống giữa lò phản ứng và bình sinh hơi gọi là “chân nóng” và phần giữa bình sinh hơi, bơm tuần hoàn và lò phản ứng gọi là chân lạnh.


14/50

14

b.2. Bình sinh hơi Bình sinh hơi đượ c sử dụng để tạo thành hơi khô có chất lượ ng và số lượ ng theo yêu

cầu, do nhiệt cung cấ p từ vòng sơ cấ p.Các đầu phun và ống dẫn trao đổi nhiệt của các SG giúp vòng sơ cấp đóng kín lại và

có chức năng như 1 rào chắn, ngăn chặn sự lây lan của vật liệu phóng xạ từ vòng sơ cấ p

qua vòng thứ cấ p.b.3. Bơm tuần hoàn chính

Bơm tuần hoàn chính đượ c thiết k ế để tuần hoàn chất làm mát trong vòng sơ cấ p.Bơm tuần hoàn chính có chức năng bổ xung là chạy chậm dần khi xảy ra sự cố mấtnguồn cấp điện. Điều này cho phép thu đượ c chế độ đối lưu tự nhiên. Bơm tuần hoànchính là 1 bơm ly tâm có trục thẳng đứng.

b.4. Bình điều ápHệ thống điều áp duy trì áp suất trong vòng sơ cấ p, giữ hệ thống ở tr ạng thái vận hành

ổn định và giớ i hạn những sai lệch trong tr ạng thái chuyển tiế p và sự cố.Hệ thống điều áp bao gồm:- Bộ điều áp vớ i các bộ gia nhiệt bằng điện- 3 van xả vận hành bằng điện- Bình xả với đườ ng ống dẫn- Đườ ng ống dẫn từ chân nóng của nhánh thứ 3 tới đáy của bình điều áp (Thể tích

nướ c)- Đườ ng ống dẫn và các van k ết nối chân lạnh của nhánh thứ 4 với không gian hơi

(đỉnh) của bình điều áp.PRZ bao gồm một thùng, các bộ phận bên trong và bình chứa. Bình điều áp đượ c

trang bị bộ đốt điện, các chốt khóa, hệ thống truyền tải và lớ p cách nhiệt.

b.5. Vùng hoạt lò phản ứ ngVùng hoạt lò phản ứng đượ c chế tạo để tạo thành nhiệt và vận chuyển qua bề mặt của

các thành phần nhiên liệu tớ i chất làm mát.Vùng hoạt đượ c sắ p xế p bao gồm 163 bó nhiên liệu (khác nhau về độ giàu), và 121

thanh hấ p thụ.Các thanh hấ p thụ được đưa vào để giúp ngăn chặn phản ứng hạt nhân trong vùng

hoạt một cách nhanh chóng, để duy trì công suất ở mức đặt ra và tiến đến một mức khác,đảm bảo cân bằng công suất theo phương thẳng đứng, và ngăn chặn dao động do xenon.

FA chứa 312 thanh nhiên liệu, 18 ống dẫn cho thanh hấ p thụ, 1 kênh để đo đạc, và 15lưới định vị.

Các đầu đo (ICID) bên trong vùng hoạt được cài đặt trong 54 FA. ICID được đưa vàođể kiểm soát phân bố công suất trong vùng hoạt, đồng thời xác định nhiệt độ và mức chấtlàm mát trong suốt quá trình vận hành. Sắ p xế p của ICID trong vùng hoạt phù hợ p vớ inhững yêu cậu về mức độ tin cậu của hệ thống kiểm soát công suất, theo dõi sai hỏngxuất hiện trong vòng sơ cấ p.


15/50

15

c. Các thành phần liên quan đến thùng lò

c.1 Thùng chịu áp (Reactor Vessel).

Thùng chịu áp của lò phản ứng là thành phần chịu đượ c một áp suất lớ n, cỡ 16Mpa, làm việc dướ i nhiệt độ cao, chứa vùng hoạt lò phản ứng.

Hình vẽ thùng chịu áp của lò phản ứ ng VVER1000

c.2 Tấm phân dòng.

Phần phía dướ i của thùng chứa vùng hoạt là một tấm phân dòng hình elip có đụclỗ để dòng chảy đi vào trong vùng hoạt lò phản ứng. Những tấm có 1344 lỗ tròn cóđườ ng kính 40 mm. Độ cong đáy hình elip của giếng lò (reactor shaft) lớn hơn độ congđáy hình elip của thùng lò (reactor vessel). Cấu trúc đó phù hợp để một lượng đáng kể diện tích dòng giúp chất làm mát đi vào thùng lò khi xảy ra sự cố mất chất làm mát(LOCA) hay khi nhiệt độ thùng lò cao. Chất làm mát đi qua tấm đục lỗ bên trong thùnglò, dòng chất tậ p trung lại ở khoang dưới, nơi sát vớ i các cột đỡ các bó nhiên liệu hạtnhân.

Bảng 1. Các thông số của t ấ m phân dòng ở khoang dướ i thùng lò [1]

Thành phần Số liệuTâm đỡ phía dướ i vùng hoạt• Bề dày, (mm) 100

• Chiều cao tính từ đáy của thùng lò phản ứng đến đỉnh của tấm đỡ ,(mm)

1 633

Tấm đỡ phía trên vùng hoạt


16/50

16

• Chiều cao tính từ đáy của thùng lò, (mm) 6 103• Bề dày, (mm) 265Lỗ của tấm đỡ phía trên vùng hoạt• Lỗ để đặt đỉnh các bó nhiêu liệu 163• Lỗ cho chất làm mát đi qua 186 x 122 mm

• Lỗ để đặt các thiết bị đo đạc bên trong vùng hoạt 72 x 108 mm12 x 92 mmTấm ở đỉnh của khối các ống dẫn thanh điều khiển (CRGT), (mm) 9 925• Bề dày, (mm) 200Lỗ của tấm ở trên đỉnh CRGT• Lỗ cho ống dẫn dẫn thanh điều khiển 61 x 185 mm• Lỗ cho thiết bị đo đạc bên trong vùng hoạt 72 x 115 mm

• Lỗ cho chất làm mát42 x 100 mm

90 x 9 mm • Lỗ cho thiết bị đo đạc nhiệt độ ngoại vi 30 x 22 mmTấm giữa phần hình tr ụ và phần elip ở đỉnh trên• Chiều cao tính từ đáy của thùng lò, (mm) 10 660• Bề dày, (mm) 90• Đườ ng kính của tấm, (mm) 3 240• Đườ ng kính ngoài của xuyến, (mm) 3 280• Khe ngăn cách, (mm) 20Lỗ của tấm• Lỗ cho các ống dẫn 61 x 63 mm

• Các lỗ cho chất làm mát chảy qua 36 x200 mm

6 x 145 mm

c.3 Cột đỡ nhiên liệu

Các cột đỡ nhiên liệu hạt nhân cũng đượ c làm r ỗng để chất làm mát có thể đi vàocác bó nhiên liệu. Các cột đỡ nhiên liệu này đượ c hàn cố định vớ i phần bên trong của

thùng lò. Phần đỉnh của cột đỡ có hình lục lăng đỡ lấy đáy của bó nhiên liệu. Có 163 cộtđỡ tương ứng vớ i số lượ ng bó nhiên liệu. Các cột đỡ nhiên liệu có đườ ng kính ngoài là

194 mm đượ c làm bằng thép có độ dày là 12 mm. Những lỗ hổng trong cột đỡ nhiên liệucó dạng hình elipsoit dài 30 mm và r ộng 3 mm. Mỗi cột có 12 hàng, các khe đượ c xế pxen k ẽ nhau theo hình thoi có độ r ộng 30 mm. Dòng chất làm mát đi qua các khe này, đilên qua các cột đỡ và đi vào bó nhiên liệu. Việc tạo các lỗ này để phân bổ dòng chảy.Chức năng khác của các khe này là để ngăn cản những mảnh vừa đi vào miền chứa nhiênliệu hoạt động và không làm ảnh hưởng đến bó nhiên liệu. Các cột đỡ này cũng đảm bảor ằng ứng lực đượ c truyền đến đáy hình elip phía trong thùng lò. Cột đỡ sẽ đượ c mô tả tỉ mỉ hơn ở phần trình bày về bó nhiên liệu lò phản ứng VVER1000.

c.4 Thùng chứ a vùng hoạt (Core Barrel)

Giỏ vùng hoạt lò phản ứng dựa vào những gờ đỡ đặt ở phần phía trên của thùng


17/50

17

chịu áp của lò phản ứng, bắt bu-lông ở đầu phía trên. Phía ngoài của phần trên giỏ vùng

hoạt là một vòng xuyến chống đỡ . Giỏ vùng hoạt đượ c gia cố nhờ một tấm phía trên đỉnhcủa thùng chịu áp. Đỉnh của giỏ vùng hoạt có một vòng xuyến bao xung quanh. Khi đầutrên đượ c lắp đặt vào, các xuyến hình chữ O đượ c ép vào giữa đỉnh và xuyến đỡ của giỏ vùng hoạt để đảm bảo kín hoàn toàn. Giỏ vùng hoạt đượ c mô tả trong Hình 1.

Hình 1. Thùng chứ a vùng hoạt lò phản ứ ng VVER [1]

Bảng 2. Thông số của thùng chứ a vùng hoạt (core bar rel) [1]

Thông số Giá tr ị Đáy hình elip của giỏ vùng hoạt• Chiều cao so với đáy của thùng lò, (mm) 106• Bề dày, (mm) 120Lỗ ở phía đáy hình elip của giỏ vùng hoạt• Số lượ ng 1 344• Đườ ng kính của lỗ, (mm) 40

Lỗ của gió chứa vùng hoạt phía trên vùng hoạt• Số lượ ng hành 6• Chiều cao của hàng thứ 3 so với đáy của thùng lò, (Tr ục đối xứngcủa chân nóng), (mm)

8 773

• Khoảng cách giữa tr ục của mỗi hàng, (mm) 250• Số lượ ng lỗ trong hành số 3 (38 cho chất tải nhiệt và 2 lỗ cho các

bính tích lũy Hydro) 38 x 180 mm2 x 300 mm

• Số lượ ng lỗ ở các hàng khác 40 x 180 mm

c.5 Giỏ đỡ vùng hoạt (Core Basket)

Giỏ chứa vùng hoạt đượ c mô tả trong Hình 2 và Bảng 3.


18/50

18

Hình 2. Giỏ chứ a vùng hoạt [1]

Bảng 3. Thông số của giỏ đỡ vùng hoạt [1]

Thông số Giá tr ị Chiều cao tổng cộng, (mm) 4 070Đườ ng kính ngoài, (mm) 3 485Chiều cao của đáy giỏ so với đáy phía trong của thùng lò, (mm) 1 533

c.6 Nắp của thùng lò

Nắ p của thùng lò và mô tả các kích thướ c của nắp thùng lò đượ c chỉ ra trong Hình3 và Bảng 4.


19/50

19

Hình 3. N ắ p thùng lò (Reactor Cover) [1]

Bảng 4. Các thông số của nắ p thùng lò

[1]

Thông số Giá tr ị Chiều cao nắ p thùng lò (Reactor cover), (mm)• Tổng cộng (incl. wall) 2 062• Phần hình elip ở phía trên 1 085• To the end of nozzle for control rods 2 710Đườ ng kính trong của nắ p lò, (mm) 3 396Đườ ng kính ngoài của nắ p lò, (mm) 4 580Lớ p mạ bên trong phần elip của nắ p lò, (mm) 9Lỗ của đầu hình elip:• Các miệng của CRGT: 61


20/50

20

– Miệng của các lỗ để đo đạc nhiệt độ 14 – Miệng của các lỗ để đo đạc thông lượ ng neutron 16 – Miệng của ống hút không khí ra 1

d. Nhiên liệu lò phản ứ ng VVER1000

d.1. Khái quát nhiên liệu UO2 cho VVER1000

Nhiên liệu UO2 làm giàu thấ p, khoảng 1.6% đến 4.1% U-235 đượ c sử dụng phổ biếntrong các lò phản ứng VVER hiện tại. Tùy vào cấu trúc, công suất của từng lò phản ứng,độ giàu và cách sắ p xế p nhiên liệu trong lò phản ứng VVER là khác nhau, trong phần nàysẽ mô tả chi tiết nhiên liệu UO2 trong lò phản ứng AES-92 V-412 nhà máy điện hạt nhânKudankulam, Ấn Độ.

5 loại độ giàu U-235 khác nhau đượ c sử dụng là 1.6%, 2.4%, 3.3%, 3.7%, và 4.1%.

4 loại bó nhiên liệu đượ c sử dụng: 16, 24, 36 và 40 phân chia theo độ giàu trung bình

là 1.6%, 2.4%, 3.6%, và 4.0%.

Các bó nhiên liệu loại 16 và 24 có tất cả các thanh nhiên liệu cùng độ giàu, chúngđượ c gọi là các bó nhiên liệu đồng nhất như trong hình 1.1 và 1.2.

Các bó nhiên liệu loại 36 sử dụng 245 thanh nhiên liệu độ giàu 3.7% ở tâm, và 66thanh nhiên liệu độ giàu 3.3% ở ngoài biên.

Các bó nhiên liệu loại 40 sử dụng 245 thanh nhiên liệu độ giàu 4.1% ở tâm, và 66thanh nhiên liệu độ giàu 3.7% ở ngoài biên.

Thanh chèn hấ p thụ neutron BAR có 3 loại nồng độ Boron là: 0.020 g/cc, 0.036 g/cc,0.050 g/cc, ghép vớ i các bó nhiên liệu loại 16, 24, 36 và 40 tr ở thành 11 loại: 16, 24,36, 40, 24B20, 24B36, 36B20, 36B36, 40B20, 40B36 và 40B50 (bảng 1.1). Hợ p chất

CrB2 trong hợ p chất của nhôm có 3 loại khác nhau phụ thuộc nồng độ Boron ở trên,đượ c sử dụng là các thanh chèn (BAR) trong bó nhiên liệu.

Vật liệu hấ p thụ của hệ thống điều khiển và bảo vệ lò phản ứng là B4C có chiều dài320 cm và dưới đáy là 30 cm hợ p kim dysprosium titanate.

Vùng ho ạt ở chu trình nh iên l i ệu đầu tiênCác thành phần bên trong vùng hoạt bao gồm 54 bó nhiên liệu có độ giàu 1.6%, 67 bó

có độ giàu trung bình 2.4%, 42 bó có độ giàu trung bình 3.62%. Độ giàu trung bình của

nhiên liệu bên trong vùng hoạt là 2.48%. Có 42 bó BAR (6 bó loại 0.020 và 36 bó loại0.036, có 85 bộ CPSAR trong vùng hoạt. Chu trình nhiên liệu đượ c thiết k ế kéo dài trong30 ngày làm việc ở công suất hiệu dụng (EFPD). Trong chu trình nhiên liệu đầu tiên,nhiên liệu có độ giàu cao nhất (3.62%) được đưa vào vận hành ở miền ngoài biên củavùng hoạt, loại 1.6% loại 2.40% được đặt ở miền phía trong, như trình bày trong hình 7.K ết thúc chu trình đầu tiên này (EOC-1), 54 bó nhiên liện được thay đổi (thay bằng các

bó khác) và độ cháy trung bình là 12.0 Mwd/kg-U.(Chú ý r ằng đây chỉ 1 một tr ạng thái hoạt động của vùng hoạt Kudankulam NPP, ở

những chu trình nhiên liệu khác nhau, độ giàu các bó nhiên liệu là khác nhau và sắ p xế pở những vị trí khác nhau, một số độ giàu chưa đượ c sử dụng)


21/50

21

Hình 1.1. Bó nhiên liệu đồng nhất [1] Hình 1.2. Bó nhiên liệu không đồng nhất [1]

Hình 1.3. 1/6 vùng hoạt VVER-1000[1]

Bảng 1.1 Các d ạng nhiên liệu theo độ giàu [1].

Kiểu Độ giàu (% U-235)1 16234

2424B2024B36

567

3636B2036B36

Bó nhiên liệu loại 36 sử dụng độ giàu nhiên liệu U-235 là 3.3% &

3.7%8

91011

40

40B2040B3640B50

Bó nhiên liệu loại 36 sử dụng độ

giàu nhiên liệu U-235 là 34.1 % &3.7%


22/50

22

d.2. Thiết k ế vùng hoạt và bó nhiên liệu sử dụng nhiên liệu UO2 và MOXThành ph ần nhiên l i ệu MOX.

Nhiên liệu MOX sử dụng trong các thiết k ế bó nhiên liệu và vùng hoạt lò phản ứnghạt nhân yêu cầu phải chứa hai hạt nhân là uranium và plutonium (bột UO2 và PuO2).Uranium đượ c sản xuất trong nhiên liệu MOX có nồng độ U-235 là 0.2 wt%. Mức độ

plutonium cấp độ vũ khí (WG – weapon-grade) đượ c hòa tr ộn vớ i plutonium cấp độ lò phản ứng (RG – reactor-grade) để thu đượ c mức độ phù hợ p nồng độ các đồng vị có thể sử dụng để chế tạo nhiên liệu MOX. Trong những nghiên cứu đượ c tiến hành trước đây,tỉ lệ 93% 239Pu, 6% 240Pu, và 1% 241Pu đượ c sử dụng trong tính toán [2]. Vớ i mục đích

phân tích nhiên liệu MOX, đặc điểm chi tiết cho các đồng vị plutonium đượ c chỉ ra trong bảng 2.1. Việc định lượ ng hòa tr ộn PuO2 vớ i UO2 thay đổi phụ thuộc vào thiết k ế riêngcủa bó nhiên liệu chạy trong từng nhà máy.

Bảng 2.1. Thành phần đồng vị Plutonium [3].

Đồng vị 238Pu 239Pu 240Pu 241Pu 242Pu 241Am Tỉ lệ, wt % 0.13 91.72 6.55 1.17 0.43 0.0

Bó nhiên l i ệu MOX.Thiết k ế của bó nhiên liệu MOX dựa trên các thiết k ế chuẩn cho bó nhiên liệu UO2 sử

dụng ở Nga. Thiết k ế nhiên liệu này đượ c cải tiến từ việc sử dụng vỏ bọc và lướ i giằnglàm bằng thép không gỉ sang hợ p kim zirconium-niobium để giảm sự hấ p thụ neutrontrong cấu trúc bó. Hình học của bó nhiên liệu MOX giống hệt bó nhiên liệu UO2 và do đódiện tích dòng và hình học tương thích vớ i bất kì thành phần nào khác trong vùng hoạt lò

phản ứng.Các bó nhiên liệu UO2 chứa duy nhất một độ gàu nhiên liệu hoặc nhiều nhất là 2 độ

giàu nhiên liệu để giảm thiểu chênh lệch công suất gần khe nướ c ở biên bó nhiên liệu. Những bó nhiên liệu MOX yêu cầu 3 miền plutonium khác nhau để giảm chênh lệchcông suất xuất hiện trên mặt phân cách giữa bó nhiên liệu MOX và UO2 gây ra bở i sự

phân hạch và tiết diện hấ p thụ của Pu-239 lớn hơn so vớ i U-235. Thiết k ế hiện tại của các bó nhiên liệu UO2 và MOX sử dụng UO2/Gd2O3 là chất hấ p thụ cháy được để điều khiểnđộ phản ứng ở đầu chu trình nhiên liệu (BOC). Các bó nhiên liệu UO2 có 6 viêngadolinium 5% trong tr ạng thái vận hành bình thườ ng. Các bó nhiên liệu MOX yêu cầu

nhiều viên gadolinium hơn, từ 8 đến 27 pin phụ thuộc vào thiết k ế vùng hoạt do ảnhhưở ng của các chất hấ p thụ gadolinium thấp hơn, gây ra bở i phổ neutron cứng hơn trong

bó nhiên liệu MOX. Hơn nữa, hoạt động gadolinium trong bó nhiên liệu MOX thấp hơntrong các bó UO2, 3 đến 4 %, vì gadolinium cháy chậm hơn. Các bó nhiên liệu UO2 vàMOX đượ c chỉ ra trong hình 2.1 và 2.2. Mô hình chỉ ra những cấu hình các bó nhiên liệuUO2 và MOX đượ c sử dụng có những khác biệt trong độ giàu U-235 và plutonium.Thi ế t k ế vùng ho ạt ch ứ a 1/3 MOX

Thiết k ế vùng hoạt cơ sở hiện tại thường đượ c sử dụng là 1 mô hình vùng hoạt chứa1/3 nhiên liệu MOX, có hoạt động tương tự vớ i thiết k ế vùng hoạt sử dụng nhiên liệu

UO2 cải tiến, V-320. Sơ đồ của vùng hoạt này đượ c mô tả trong hình 2.3 và việc xem xétcác thông số của vùng hoạt đượ c chỉ ra trong bảng 2.2. Ở hình 2.3, mỗi hình lục giác mô


23/50

23

tả một bó nhiên liệu, ghi rõ loại của bó nhiên liệu (U42G6 là bó nhiên liệu Uranium vớ iđộ giàu 4.2% và 6 thanh uranium-gadolium; P39G8 là bó nhiên liệu MOX vớ i 3.9 wt %

plutonium và 8 thanh hấ p thụ uranium-gadolinium) và số của chu trình mà bó nhiên liệuđã cháy. Màu đượ c lựa chọn: màu xanh là bó nhiên liệu uranium và mày đỏ là nhiên liệuMOX. Vùng hoạt này hoạt động trong một chu trình có thờ i gian một năm vớ i tỉ lệ bố trí

plutonium là 270 kg một năm. Cơ sở của thiết k ế vùng hoạt loại này là công nghệ vùnghoạt MOX đã phát triển ở Châu Âu trong suốt thậ p niên qua. Thiết k ế này có những đặcđiểm đáng chú ý như sau:

- Các bó nhiên liệu MOX và UO2 đượ c sắ p xế p lồng vào nhau với các bó uran đặt ở vùng sát biên vùng hoạt và những bó có độ cháy lớ n (các bó nhiên liệu uranium đã

cháy 4 lần) đặt ở bên trong tâm của thùng lò để giảm thiểu fluence của thùng lò.

- Trong thiết k ế này bó nhiên liệu MOX cháy trong 3 chu k ỳ, mỗi chu k ỳ kéo dài

một năm, và bó nhiên liệu UO2 cháy trong 3 và 4 chu k ỳ.

- Số lượ ng và vị trí của các thanh điều khiển không bị thay đổi so vớ i thiết k ế vùnghoạt chứa nhiên liệu UO2, nhưng độ giàu của B4C tăng lên 80% để tăng ảnh hưở ngcủa thanh điều khiển.

- Hệ số đỉnh công suất trong vùng hoạt MOX về cơ bản giống vớ i hệ số đỉnh côngsuất trong thiết k ế vùng hoạt UO2.

- Tỉ phần neutron tr ễ hiệu dụng trong vùng hoạt MOX thấp hơn khoảng 10% so vớ i

vùng hoạt UO2.

Thảo luận tiế p theo về các vấn đề neutron ảnh hưở ng tớ i thiết k ế đưa ra ở trên đượ cthảo luận trong chương tiế p theo.

Hình. 2.1 Thiế t k ế bó nhiên liệu uranium U41G6n [3].


24/50

24

Hình 2.2 Bó nhiên liệu MOX cấp độ M2G18n [3].

Hình 2.3 Vùng hoạt chứ a 1/3 nhiên liệu MOX [3].

Bảng 2.2. So sánh đặc trưng của uranium (trong thiế t k ế vùng hoạt V-320) và vùng hoạtchứ a 1/3 MOX [3].

UO2 (V-320) 1/3 MOX

Số lượ ng bó nhiên liệu trong mỗichu k ỳ 30 (UO2, 4.23 wt % 235U)24 (UO2,4.40 wt % 235U) 30 (UO2, 4.08% 235U)18 (MOX, 3.65% Pu)

Tỉ lệ MOX trong vùng hoạt - 33%


25/50


26/50

26

cho chu trình 18 tháng chưa đượ c thiết k ế, nhưng đề án sơ bộ chỉ ra r ằng những thiết k ế vùng hoạt vớ i chức năng tương tự như thiết k ế vùng hoạt V-320 sử dụng nhiên liệuuranium có chu trình 12 tháng có thể xây dựng đượ c. Những chu trình nhiên liệu dài hơnyêu cầu phải tăng độ giàu nhiên liệu, do đó yêu cầu thực hiện những phân tích bổ xungcho tính toán tớ i hạn, vận chuyển và cất giữ. Độ phản ứng của vùng hoạt ban đầu giảm

xuống bằng cách bổ xung các thanh uranium-gadolinium trong bó nhiên liệu, và yêu cầutăng nồng độ boron hòa tan.

Dựa trên chu trình nhiên liệu uranium có thờ i gian 12 tháng và 18 tháng, những thiếtk ế vùng hoạt bổ xung đượ c thực hiện từng phần thay thế nhiên liệu UO2 bằng nhiên liệuMOX. K ết quả chỉ ra r ằng tỉ lệ MOX tối đa trong vùng hoạt cỡ 45% và khối lượ ng

plutonium nhiều nhất cỡ 450 kg. Đề giữ đượ c hiệu lực của hệ thống điều khiển, chất hấ pthụ B10 trong các thành phần điều khiển được làm giàu đến 80%. So sánh những k ết quả thu đượ c trong bảng 2.3 vớ i một vài thiết k ế tính toán, bảng này đưa ra những thông số quna tr ọng cho mỗi thiết bao gồm thờ i gian chu trình và tỉ lệ MOX. Dựa trên những thiếtk ế đó, tỉ lệ MOX tăng lên có thể tính toán cho những chu trình 12 tháng và 18 tháng. Tuynhiên phải chú ý r ằng những thiết k ế vùng hoạt này yêu cầu phải đượ c phân tích chi tiếthơn để đảm bảo r ằng chúng tuân thủ tất cả những tiêu chuẩn an toàn.

Bó nhiên liệu MOX có một cấu hình vật lý giống vớ i các bó nhiên liệu UO2; tuynhiên, việc chứa plutonium trong bó nhiên liệu MOX phải làm giảm đỉnh công suất ở mặt

phân cách giữa bó nhiên liệu MOX và bó nhiên liệu UO2. Việc tăng tỉ lệ MOX đồngnghĩa vớ i yêu cầu giảm đáng kể tác dụng của thanh điều khiển và tỉ phần neutron tr ễ hiệudụng, cũng như tăng nồng độ boron cần thiết. Do những ảnh hưởng đó, tỉ lệ MOX giớ i

hạn có thể đưa vòa vùng hoạt cỡ khoảng 45%, yêu cầu tăng độ giàu boron trong thanhđiều khiển và boron hòa tan trong chất làm mát để đảm bảo vận hành lò phản ứng.Việc đánh giá dữ liệu hiện có phục vụ việc hiệu chỉnh và chuẩn hóa cho chương trình

tính toán thiết k ế lò phản ứng VVER-1000 chỉ ra r ằng cần thiết phải có nhiều hơn nhữngthực nghiệm, thực hiện vớ i các chất hấ p thụ (boron và gadolinium) trong nhiên liệuMOX. Những yêu cầu khác liên quan đến ảnh hưở ng của nhiệt độ và các thông số độnghọc cũng rất cần thiết. Những chuyên gia của Nga dưới chương trình thực nghiệm SUPRnhằm tìm kiếm và cung cấ p dữ liệu bổ xung để đánh giá chính xác việc đưa những bónhiên liệu MOX vào vùng hoạt lò phản ứng hạt nhân VVER-1000.

Bảng 2.3 Các thông số thiế t k ế của vùng hoạt chứa UO2 và MOX khi tăng thờ i gian củamỗ i chu k ỳ làm việc [7].

Tên thiết k ế chu trình U42 U24P30 U66 U36P36Số lượ ng bónhiên liệu đưavào

Tổng cộng 42 54 66 72 Uranium 42 24(4) 66 36(2-3)MOX - 30(2-3) - 36(2)

Độ giàu trunh bình của của bó nhiên liệu UO2 tươi, %

4.33 4.38 4.61 4.65

Lượ ng plutonium trung bình chứa trong các thanh

nhiên liệu MOX, %

- 3.69 - 4.63

Lượ ng plutonium cực đại chứa trong các thanhnhiên liệu MOX tươi, %

- 3.9 - 4.95


27/50

27

Lượ ng plutonium cực tiểu chứa trong các thanhnhiên liệu MOX tươi, %

- 2.6 - 2.8

Số lượ ng thanh U-G trong bó nhiên liệu MOX tươi - 18 - 27 Lượ ng plutonium trung bình chứa trong bó nhiênliệu MOX tươi, %

- 3.48 - 4.23

Bó nhiên liệu MOX đưa vào % - 55.6 - 50.0Bó nhiên liệu MOX trong vùng hoạt, % - 40.5 - 44.2Thanh nhiên liệu MOX trong vùng hoạt, % - 38.2 - 40.3Chiều dài chu trình nhiên liệu, EFPD (giảm dần) 300 307 464 465Thờ i gian vận hành lò phản ứng ở mức danh định,EFPD

- - 436 431

Hệ số tải, % 82.0 82.5 87.1 86.9Khối lượ ng plutonium, kg - 444 - 450Độ cháy của nhiênliệu UO2,

MWd/kgHM

Trung bình 49.8 50.4 48.9 46.3Cực đại 53.3 53.3 60.4 52.8

Độ cháy của nhiênliệu MOX,MWd/kgHM

Trung bình 31.1 - 43.5Cực đại của bó 36.9 - 45.5Cực đại của thanh 41.9 - 49.8

d.3. Tính chất neutron trong bó nhiên liệu UO2 và MOXKhái quát các tính ch ấ t h ạt nhân

Nhiên liệu MOX trong vũ khí hạt nhân khác vớ i nhiên liệu UO2 trong vật liệu phânhạch căn bản ở Pu-239, và Pu-241, cùng chứa U-235. Plutonium và uranium có tiết diện

hạt nhân khác nhau. Các tính chất hạt nhân của các vật liệu phân hạch đượ c tóm tắt trong bảng 3.1. Plutonium có tiết diện hấ p thụ neutron nhiệt cao hơ n và tiết diện phân hạch caohơn, nhiều neutron tạo ra trong 1 phân hạch, năng lượ ng phân hạch lớn hơn và tỉ phầnneutron tr ễ đượ c tạo ra thấp hơn. Những tính chất hạt nhân khác biệt có ảnh hưở ng tớ i

phổ neutron, hệ số độ phản ứng và ảnh hưở ng của những chất hấ p thụ. Tỉ phần neutrontr ễ nhỏ hơn gây ra những thay đổi trong phản hồi động học của lò phản ứng vớ i việc lò

phản ứng phản hồi nahhn hơn do những thay đổi trong độ phản ứng.

Bảng 3.1 So sánh tính chấ t hạt nhân của 235U và 239 Pu [1,2].

Thông s U Pu Tiết diện tương tác phân hạch neutron nhiệt (barn) 577 741Tiết diện tương tác hấ p thụ neutron nhiệt (barn) 678 1015Số neutron trung bình tạo ra trong mỗi phân hạch 2.43 2.87Tỉ phần neutron tr ễ 0.0065 0.0020

Năng lượ ng tỏa ra trong mỗi phân hạch (MeV) 192.9 198.5 Độ ph ản ứng và độ cháy c ủa bó nhiên l i ệu

Thiết k ế bó nhiên liệu đượ c thảo luận trong phần trên đòi hỏi k ết hợ p của các bó nhiênliệu MOX và UO2 để tạo ra một mô hình chu trình nhiên liệu hoàn chỉnh. So sánh hệ số nhân vô hạn cho các bó nhiên liệu chứa urani và MOX WG (khi không đưa vào các chấthấ p thụ cháy đượ c) có k ết quả biểu diễn trong hình 3.1. Đồ thị chỉ ra r ằng bó nhiên liệuMOX có độ phản ứng thấp hơn. Do đó, việc k ết hợ p bó nhiên liệu MOX và uranium phải


28/50

28

tính toán đến sự khác biệt này để thu đượ c chu trình nhiên liệu phù hợ p. Một cách tổngquát, độ phản ứng trung bình trong suốt thờ i gian sống phải phù hợ p với độ phản ứng ở đầu chu trình và cuối chu trình. Tuy nhiên, đối vớ i những vùng hoạt sử dụng các chất hấ pthụ cháy đượ c hoặc có thờ i gian làm việc trong vùng hoạt khác nhau tương ứng vớ i các

bó nhiên liệu MOX và UO2, việc k ết hợp độ phản ứng không nhất thiết phù hợ p về độ

phản ứng trung bình trong suốt thờ i gian sống. Trong trườ ng hợ p thiết k ế vùng hoạt chứaMOX trong VVER-1000, những viên uranium-gadolinium đượ c sử dụng như là chất hấ pthụ cháy đượ c trong cả bó nhiên liệu UO2 và MOX. Vì khác biệt trong phổ neutron,gadolonium cháy chậm hơn trong bó MOX, do đó phải chú ý đến việc sử dụnggadolonoim trong bó nhiên liệu sử dụng MOX.Ph ổ thông lượ ng neutr on.

Vì tiết diện tương tác vớ i neutron nhiệt của plutonium lớn hơn so vớ i uranium, thônglượ ng neutron nhiệt trong các bó nhiên liệu MOX nhỏ hơn so vớ i các bó UO2. Bảng 3.2chỉ ra các giá tr ị thông lượ ng neutron nhiệt, neutron nhanh và tỉ lệ của chúng cho các bónhiên liệu MOX và UO2. Thông lượng neutron nhanh trong bó MOX thườ ng lớn hơntrong bó UO2, nhưng thông lượ ng neutron nhiệt về cơ bản là tương đồng. Tỉ lệ thônglượ ng neutron nhanh trên neutron nhiệt trong bó MOX xấ p xỉ bằng 2 lần so vớ i tỉ lệ trong

bó UO2.Phổ neutron trong MOX cứng hơn gây ra những thay đổi trong dạng thông neutron

của bó nhiên liệu này. Một trong những ảnh hưở ng quan tr ọng nhất là làm giảm giá tr ị độ phản ứng của vật liệu hấ p thụ neutron, nhất là với boron đượ c sử dụng trong các thanhhấ p thụ và chất độc hòa tan để điều khiển độ phản ứng. Rò r ỉ neutron nhiệt từ bó nhiên

liệu UO2 vào bó nhiên liệu MOX sát cạnh dẫn đến đỉnh công suất trong những viên nhiênliệu MOX ở biên của bó. Sự tăng chút ít thông lượ ng neutron nhanh có thể dẫn đến việctăng dòng neutron trong thùng lò. Những vấn đề này cần đượ c xem xét tỉ mỉ khi thiết k ế vùng hoạt và cần tiền hành những tính toán chi tiết.

Bảng 3.2 So sánh thông lượ ng neutron nhanh, nhiệt trong bó nhiên liệu MOX và UO2.

Bó nhiên liệu UO2 Bó nhiên liệu MOXThông lượ ng neutron nhiệt (< 0.625 eV) 3.59 x 1013 2.03 x 1013

Thông lượ ng neutron nhanh ( > 0.625 eV) 2.30 x 1014 2.47 x 1014 Tỉ lệ thông lượ ng neutron nhanh/nhiệt 6.4 12.2


29/50

29

Hình 3.1 So sánh hệ số nhân vô hạn cho bó nhiên liệu MOX và UO2

Độ ph ản ứng đố ng góp b ở i boron hòa tanAxit boric (H3BO3) hòa tan vào trong nước đượ c sử dụng để điều chỉnh độ cháy của

nhiên liệu và những chất hấ p thụ cháy đượ c trong suốt chu trình nhiên liệu, trong nhữnghệ thống phản hồi khẩn cấ p dể dậ p lò phản ứng, và trong suốt các hoạt động thay đảonhiên liệu để đảm bảo hệ thống dướ i tớ i hạn. Vì boron chủ yếu hấ p thụ neutron nhiệt, ảnhhưở ng của chúng giảm đi trong những bó nhiên liệu MOX do việc giảm thông lượ ng

neutron nhiệt. Những tính toán chi tiết cho vùng hoạt lò phản ứng đánh giá giá trị của chất hấ p thụ boron hòa toan và áp dụng cho vùng hoạt chứa UO2 và chứa 1/3 MOX [3, 4]. Đối vớ ivùng hoạt chứa nhiên liệu UO2, miền nồng độ boron nhận từ -1.6 đến -1.7 pcm/ppmH3BO3 (-8.9 đến -9.7 pcm/ppm B) và đối vớ i vùng hoạt chứa 1/3 MOX, nồng độ H3BO3 nằm trong khoảng từ -1.3 đến -1.5 pcm/ppm (nồng độ B là -7.4 đến -8.6). Trong thiết k ế vùng hoạt sự suy giảm nồng độ boron vào khoảng 15%. Giá tr ị thấ p cần tăng nồng độ

boron từ 5657 ppm H3BO3 (992 ppm B) đến 6765 ppm H3BO3 (1183 B). Đối vớ i nhữngvùng hoạt chứa MOX nhiều hơn, lượng axit boron tăng hơn nữa. Những k ết quả từ những

nghiên cứu gần đây vớ i tỉ lệ plutonium tăng lên đượ c mô tả trong bảng 3.3 cho các chutrình nhiên liệu từ 12 tháng và 18 tháng, và độ dữ tr ữ dướ i tớ i hạn 2% khi dập lò tăng25% cho vùng hoạt chứa MOX so vớ i UO2. Trong những thiết k ế này, sử dụng chủ yếucác thanh uranium-gadolinium đưa vào độ phản ứng ban đầu cho vùng hoạt và để cungcấp độ dự tr ữ dậ p lò.

Bảng 3.3 So sánh nồng độ Boron cho vùng hoạt chứ a UO2 và vùng hoạt chứ a MOX [13].

Thiết k ế vùng hoạt

Thông số UO2

(U42)

MOX

(U24P30)

UO2

(U66)

MOX

(U36P36)Chiều dài chu trình, (tháng) 12 12 18 18 Tỉ lệ plutonium, (kg/năm) - 444 - 450


30/50

30

ồng độ boron tớ i hạn, ppmH3BO3 (ppm B)

6700(1175)

7700(1346)

8500(1486)

10,700 (1870)

ồng độ boron cho tr ạng tháiduwois tớ i hạn 2%, ppm H3BO3(ppm B)

11,200(1958)

14,400(2517)

13,100(2290)

16,200 (2830)

Công suất giảm dần có thể làm tăng nồng độ boron hoặc độ giàu của đồng vị B10

sovớ i nồng độ B10 tự nhiên là 19.8%. Nồng độ boron tăng chủ yếu trong suốt quá trình vậnhành và thay đảo nhiên liệu có thể gây ra những khác biệt trong việc điều chỉnh mức độ

boron, dẫn đến việc tăng đáng kể trong thể tích hóa chất và nước, điều này phải đượ c tínhtoán chi tiết.Giá tr ị độ ph ản ứng đóng góp bởi thanh điều khi ể n

Lò phản ứng VVER-1000 có tổng cộng 61 bó thanh điều khiển, mỗi bó có 18 thành phần hấ p thụ được đưa vào các ống dẫn trong bó nhiên liệu. Mỗi thành phần hấ p thụ chứa323 mm, chế tạo từ B4C và 30 mm ở 2 đầu vớ i Dy2O3-TiO2 là vật liệu hấ p thụ. Các thành

phần điều khiển đượ c chia thành 10 nhóm vớ i nhóm số 10 đóng vai trò điều chỉnh. Cácthanh điều khiển đượ c sử dụng trong suốt quá trình khởi động và dập lò để điều chỉnhmức công suất lò phản ứng và một phần của hệ thống an toàn để dậ p lò. Giá tr ị của thanhđiều khiển là r ất quan tr ọng trong đánh giá dộ dự tr ữ dậ p lò của lò phản ứng cũng như tốcđộ đưa độ phản ứng đưa vào vùng hoạt.

Những tính toán giá tr ị độ phản ứng dậ p lò của các thanh điều khiển vớ i tr ườ ng hợ pthanh điều khiển bị tắc không đi vào vùng hoạt, tính toán thực hiện cho vùng hoạt UO2 vàvùng hoạt chứa 1/3 MOX, vớ i thiết k ế thanh điều khiển như mô tả ở trên làm từ boron tự nhiên. Đối vớ i vùng hoạt UO2, thanh điều khiển có giá tr ị là -8330 pcm và vùng hoạtMOX có giá tr ị là -7600 pcm ở BOC. Độ dự tr ữ dậ p lò và hiệu suất hãm giảm xuốngtương ứng vớ i việc tăng lượ ng MOX trong vùng hoạt, do đó, trong phân tích các vùnghoạt có tỉ lệ MOX tăng lên, boron độ giàu 80% đượ c sử dụng để duy trì độ dự tr ữ dậ p lò.Phân b ố công su ấ t

Vì tiết diện tương tác lớn hơn, các bó nhiên liệu MOX gây ra đỉnh công suất trong cácviên nhiên liệu ở phần phân cách UO2/MOX. Do đó, các bó MOX đã sử dụng những viên

plutonum khác nhau trong quá trình vận hành để tối thiểu ảnh hưở ng của đỉnh công suất.Đỉnh bó nhiên liệu có thể được điều chỉnh bằng toàn bộ lượ ng plutonium trong bó và

bằng các thành phần hấ p thụ cháy đượ c. Các hệ số đỉnh công suất cho thiết k ế chu trìnhnhiên liệu 12 tháng đến 18 tháng vớ i tỉ lệ MOX tăng lên đượ c mô tả trong bảng 3.4. Những k ết quả này chỉ ra r ằng những mẫu thiết k ế bó nhiên liệu và vùng hoạt, không cóảnh hưởng đáng kể tới đỉnh công suất và tốc độ nhiệt tuyến tính trong những phần vùnghoạt chứa MOX và những viên trong bó nhiên liệu MOX không làm ảnh hưở ng tớ i tốc độ sinh nhiệt tuyến tính.

Bảng 3.4 So sánh các hệ số đỉ nh công suấ t của viên nhiên liệu và t ỉ l ệ t ỏa nhiệt theochiề u dài giữ vùng hoạt chứ a nhiên liệu UO2 và vùng hoạt chứ a 1 phần MOX [13]

Chu trình 12 tháng Chu trình 18 thángUO2 (U42)

MOX(U24P36)

UO2 (U66)

MOX(U36P36)


31/50

31

Công suất cực đại trong viên nhiênliệu UO2 (tương đối)

1.50 1.50 1.49 1.47

Công suất cực đại trong viên nhiênliệu MOX (tương đối)

- 1.50 - 1.47

Tỉ lệ tỏa nhiệt theo chiều dài cựcđại trong viên nhiên liệu UO

2 (W/cm)

296 298 297 294

Tỉ lệ tỏa nhiệt theo chiều dài cựcđại trong viên nhiên liệu MOX(W/cm)

- 298 - 306

Các thông s ố động h ọc

T ỉ ph ần neutron tr ễ Tỉ phần neutron tr ễ hiệu dụng (β) là một thông số động học xác định phản hồi theo

thờ i gian của lò phản ứng. Giá tr ị β nhỏ hơn làm tỉ lệ neutron tạo thành tức thờ i từ phân

hạch tăng lên; do đó, phản hồi động học của lò phản ứng nhanh hơn. Ngượ c lại, β lớ nhơn thể hiện tỉ lệ neutron sinh ra tức thờ i từ phân hạch giảm và vùng hoạt lò phản ứng

phản hồi chậm hơn. Như trình bày trong bảng 3.1 tỉ phần neutron tr ễ đối vớ i Pu-239 chủ yếu thấp hơn U-235. Do đó vùng hoạt chứa MOX có phản hồi theo thờ i gian chậm hơn,thay đổi độ phản ứng trong vùng hoạt chậm hơn.

Tỉ phần neutron tr ễ hiệu dụng đượ c tính toán cho các thiết k ế UO2 và MOX [3, 4, 5,7], và k ết quả đượ c so sánh trong bảng 3.5. Những k ết quả này chỉ ra r ằng tỉ phần β từ 10

– 15% phụ thuộc vào tỉ lệ MOX trong vùng hoạt. Và tỉ lệ MOX trong vùng hoạt lớn hơnthể hiện sự suy giảm mạnh trong tỉ phần neutron. Những giá tr ị thấ p nhất của tỉ phầnneutron tr ễ xuất hiện ở EOC vì tỉ lệ phân hạch từ plutonium cao nhất ở thờ i gian này,thậm chí cho cả những vùng hoạt chỉ chứa UO2. Phân tích an toàn cho vùng hoạt chỉ chứa UO2 sử dụng giá tr ị EOC thấp hơn, nhưng vẫn hơn hơn vùng hoạt chứa MOX. Dođó, sự suy giảm trong tỉ phần neutron tr ễ phải đượ c xem xét trong phân tích an toàn vàtrong việc ước lượ ng hệ thống bảo vệ vùng hoạt lò phản ứng.

Bảng 3.5 So sánh t ỉ phần neutron tr ễ hiệu d ụng cho vùng hoạt chỉ chứ a UO2 và vùnghoạt chứ a một phần MOX [11, 12, 13, 15].

Chu trình 12 tháng Chu trình 18 tháng

UO2 MOX(30%)

MOX/UO2 UO2 MOX(40%)

MOX/UO2

BOC 0.0065 0.0057 0.88 - - -EOC 0.0055 0.0051 0.92 0.0056 0.0048 0.86

Th ờ i gian s ố ng c ủa neutron t ứ c th ờ iThờ i gian sống của neutron tức thời (Λ) cũng là một thông số động học có ảnh hưở ng

tớ i thờ i gian phản hồi của vùng hoạt lò phản ứng theo những thay đổi trong độ phản ứng.Liên quan tớ i thời gian sinh ra neutron và do đó là thông số phụ thuộc thờ i gian ảnh

hưở ng tớ i những thay đổi trong hệ số nhân của vùng hoạt, làm thay đổi số lượ ng neutronneutron trong vùng hoạt. Vì tiết diện tương tác hấ p thụ neutron nhiệt lớn hơn trong nhiênliệu MOX, những neutron chậm hơn bị hấ p thụ trướ c dẫn đến thờ i gian sống của neutron


32/50

32

tức thờ i ngắn hơn. Những tính toán thờ i gian sống của neutron tức thời đượ c tiến hànhđối vớ i chu trình nhiên liệu 12 tháng trong vùng hoạt UO2 và vùng hoạt chứa 30% MOX[11,12], suy ra thờ i gian sống tức thờ i của neutron lần lượt là 22.5 µs và 19.2 µs. Do đó,giống như tỉ phần neutron tr ễ, 15% khác biệt trong các k ết quả này cần phải đượ c xemxét trong phân tích an toàn và đánh giá hệ thống bảo đảm an toàn của vùng hoạt lò phản

ứng.H ệ s ố độ ph ản ứ ng.

Hệ số độ phản ứng đượ c sử dụng mô tả tác động của các điều kiện thủy nhiệt (nhiệt độ và mật độ nướ c) tớ i neutron trong vùng hoạt thông qua thay đổi trong độ phản ứng. Dođó, dấu và độ lớ n của hệ số này r ất quan tr ọng, ảnh hưởng đến các điều kiện vận hành vàsự cố của vùng hoạt lò phản ứng. Những hệ số độ phản ứng thường đượ c xem xét là hiệuứng Doppler liên quan đến thay đổi độ phản ứng do thay đổi nhiệt độ nhiên liệu, và hiệuứng nhiệt độ chất làm chậm (MTC), liên quan đến thay đổi độ phản ứng do thay đổi nhiệtđộ và mật độ chất làm chậm.

Những tính toán đã thực hiện chỉ ra r ằng nhiên liệu MOX có hệ số độ phản ứng theonhiệt độ nhiên liệu là âm hơn và nhỏ (hiệu ứng Doppler), và hiệu ứng âm hơn đáng kể đối vớ i hiệu ứng MTC [15]. Những hệ số âm này liên quan đến những k ịch bản sự cố chất làm mát vùng hoạt suy giảm, vì phản hồi độ phản ứng theo nhiệt độ nhiên liệu MOXlàm tăng độ phản ứng. Sự kiện vỡ đườ ng dẫn hơi là chuyển tiếp mà trong đó chất làmmát suy giảm gây ra sự suy giảm nhiệt độ chất làm mát và có khả năng tăng công suấtvùng hoạt.

Thay đổi trong MTC chủ yếu liên quan đến phân tích sự cố và đóng góp âm đáng kể ở

BOC so với EOC. Do đó, sử dụng nhiên liệu MOX sẽ tác động chủ yếu ở BOC hơn là ở EOC. Tuy nhiên, MTC ở BOC nhạy vớ i nồng độ boron hòa toan và giá tr ị độ phản ứngtương ứng của nó. Thiết k ế VVER-1000 có mức độ tin cậy cao do việc sử dụng các chấthấ p thụ uranium-gadolinium để điều khiển độ phản ứng ở BOC và do đó MTC âm hơn ở BOC so vớ i PWR của phương Tây. Một so sánh hệ số MTC và Doppler đượ c chỉ ra trong

bảng 3.6. Những k ết quả đó chỉ ra r ằng có những thay đổi không đáng kể tớ i hệ số độ phản ứng khi đưa nhiên liệu MOX vào sử dụng.

Bảng 3.6 So sánh hệ số độ phản ứ ng cho thiế t k ế vùng hoạt chứ a UO2 và MOX [11-14].

Điều kiện UO2(V-320) MOX(30%,270kg/năm)

UO2(U42) MOX(U24P30,40%450 kg/năm)

Hệ số nhiệtđộ chất làmchậm(pcm/°C)

BOC, công suất danh định -25 -29 -31 -32EOC, công suất danh định -60 -65 -67 -69

Hệ số Doppler(pcm/°C)

BOC, công suất danh định -2.9 -2.9 -2.5 -2.6EOC, công suất danh định -3.1 -3.1 -2.8 -2.8

4. Các hệ thống an toàn

Theo khái niệm bảo vệ theo chiều sâu, hệ thống an toàn trong thiết k ế của NPP đượ c


33/50

33

đưa vào để thực hiện những chức năng an toàn cơ bản dưới đây: - Dậ p lò phản ứng khẩn cấ p và duy trì lò phản ứng ở tr ạng thái dướ i tớ i hạn;- Tải nhiệt từ vùng hoạt lò phản ứng và tải nhiệt từ bể chứa nhiên liệu;- Giữ vật liệu phóng xạ bên trong giớ i hạn thiết k ế của nhà máy.OPB-88/97 phân loại các hệ thống an toàn theo chức năng của chúng như sau:

- Hệ thống bảo vệ;- Hệ thống ngăn ngừa;- Hệ thống hỗ tr ợ ;- Hệ thống điều khiển.Hệ thống bảo vệ an toàn thực hiện chức năng làm mát khẩn cấ p và tải nhiệt dư từ

vùng hoạt bao gồm các hệ thống chủ động và thụ động.- Hệ thống làm việc chủ động trong thiết k ế của AES-92 bao gồm:

o Hệ thống bơm cao áp cấp nướ c vào khẩn cấ p (JND10-40);o Hệ thống đưa boron vào khẩn cấ p (JND50-80)o Hệ thống làm mát khẩn cấ p hệ thống sơ cấ p và bể chứa nhiên liệu (JNA);o Hệ thống bảo vệ quá áp vòng sơ cấ p (JEF21-23);o Hệ thống bảo vệ quá áp vòng thứ cấ p (LBA);o Hệ thống tải khí khẩn cấ p vòng sơ cấ p (KTP);o Hệ thống làm mát và giảm áp khẩn cấ p của SG (JNB10-40);o Hệ thống cách ly đường hơi chính (LBA).

- Hệ thống an toàn thụ động bao gồm:o Các bình tích lũy cho giai đoạn đầu tiên (JNG10-40);

o Các bình tích lũy cho giai đoạn thứ hai (JNG50-80);o Hệ thống tải nhiệt thụ động (JNB50-80);o Hệ thống bơm nhanh boron (JDJ); o Hệ thống bảo vệ lò phản ứng.

Các hệ thống ngăn chặn sự cố bao gồm 2 loại chủ động và thụ động, đượ c liệt kê dướ iđây.

- Hệ thống chủ động bao gồm:o Hệ thống phun bên trong nhà lò (JMN);o Hệ thống cách ly trong nhà lò.

- Các hệ thống thụ động bao gồm:o Hệ thống che chắn của nhà lò;o Hệ thống điều khiển và loại bỏ khẩn cấ p Hidro bên trong nhà lò (J

Documents

Cac Dac Trung Nha May Dien Hat Nhan VVER1000