Ứng dụng lò phản ứng nghiên cứu: Bài giảng Chương 4

Chương 4

CÁC ỨNG DỤNG CỦA LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU

PGS TS Nguyễn Nhị Điền

Đà Lạt, 2012 Đà L t 2012

CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (1):

ê ứ ề á Nghiên cứu về tán xạ nơtron

Nghiên cứu vật liệu và nhiên liệu

Irr.Tests for Irr.Tests for Fuel&Mat. Fuel&Mat. &&

NAA online NAA online

Neutron Neutron Scattering Scattering

+ Phát triển kỹ thuật phân tích + Chụp ảnh nơtron + Chụp ảnh nơtron

R&DR&D onon RIs&NTD RIs&NTD

Neutron Neutron-- photography photography

Sản xuất ĐV và pha tạp Silic

TechTech.. TrainTrain TechTech.. TrainTrain fields ITIT fields

BNCT & BNCT & rBNCT rBNCT

Others Others

Nghiên cứu về kỹ Nghiên cứu về kỹ thuật BNCT Huấn luyện và đào tạo Huấn luyện và đào tạo về hạt nhân

CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (2):

, g

ệ

được phân ra 4 nhóm: • Các ứng dụng chiếu xạ: để phân tích kích hoạt, sản xuất đồng vị, ạp ậ ệ p pha tạp vật liệu bán dẫn, nghiên cứu hiệu ứng sai hỏng và bền vững với bức xạ, ...

•

Thử vật liệu và thanh nhiên liệu cho lò công suất: để nghiên cứu thiết kế LPƯ và nhiên liệu hạt nhân.

ệ

ạ

•

Sử dụng chùm nơtron ngoài lò: nghiên cứu vật liệu, phân tích gamma tức thời, chụp ảnh nơtron, chiếu xạ sinh học, nghiên cứu cơ bản, ... cơ bản, ...

•

Phát triển nguồn nhân lực: công nghệ LPƯ, thí nghiệm che chắn, huấn luyện và đào tạo cán bộ vận hành, thông tin dân chúng.

Có thể phân ra 3 loại ứng dụng chính là: Có thể hâ hí h là

i ứ

3 l

d

• Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện hạt nhân)

• Các ứng dụng phi năng lượng (cho các ngành kinh tế) ế)

ă g ượ g (c o các gà

Các ứ g dụ g p

• Đào tạo nguồn nhân lực.

Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):

1. Thử nghiệm và phát triển nhiên liệu hạt nhân

ể

(development of nuclear fuels)

+ Nghiên cứu sự biến đổi thành phần và cấu trúc bên trong của + Nghiên cứu sự biến đổi thành phần và cấu trúc bên trong của viên gốm nhiên liệu (như mật độ, độ rỗng, nứt gãy, sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy và hệ số dẫn nhiệt, v.v…).

+ Chiếu xạ thử nghiệm để đánh giá tính toàn vẹn vỏ bọc thanh + Chiếu xạ thử nghiệm để đánh giá tính toàn vẹn vỏ bọc thanh nhiên liệu trong điều kiện vận hành bình thường và tai nạn sự cố, nghiên cứu phát triển các hợp kim mới làm vỏ bọc thanh nhiên liệu cho phép đạt được độ cháy cao hơn. nhiên liệu cho phép đạt được độ cháy cao hơn

+ Nghiên cứu sự di chuyển, phát tán thành phần và hoạt độ của các chất phóng xạ có trong các thanh nhiên liệu bị hỏng ra bên ngoài. ài

+ Nghiên cứu phát triển các thế hệ nhiên liệu mới như nhiên liệu MOX (Mixed oxide fuel development), v.v…

(cid:206)Cần LPƯ công suất lò P >10 MW để có thông lượng nơtron Φ = 1.0 - 5.0 x1014n.cm-2.s-1.

Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):

2. Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu (material irradiation studies)

ế

+ Nghiên cứu hiệu ứng cứng hoá, biến giòn dễ gãy, mất khả năng chịu kéo và nén của vật liệu phụ thuộc vào thông lượng và liều chiếu chịu kéo và nén của vật liệu phụ thuộc vào thông lượng và liều chiếu tích phân.

+ Kiểm tra, đánh giá chất lượng các ống, bình chịu áp lực của lò năng lượng bằng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron. lượng bằng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron

+ Chiếu xạ các mẫu thử hợp kim để nghiên cứu chất lượng thép làm thùng LPƯ (thùng chịu áp lực) và nghiên cứu quá trình lão hóa, sự hồi phục của vật liệu Zr-Nb. hồi phục của vật liệu Zr Nb

+ Áp dụng kỹ thuật đo tiếng ồn nơtron để theo dõi sự dao động, lắc, rung của các khối, bộ phận và chi tiết cấu thành trong vùng hoạt của LPƯ năng lượng. LPƯ năng l ợng

+ Nghiên cứu tính chất hóa học của nước và bản chất hiện tượng ăn mòn vật liệu trong các LPƯ năng lượng.

+ Nghiên cứu quá trình rò rỉ khí phân hạch phóng xạ ra khỏi thanh nhiên liệu theo độ cháy, đặc biệt ở các bó nhiên liệu có độ cháy cao.

Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):

2. Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu (material irradiation studies)

ế

Các lĩnh vực chính và các thiết bị thí nghiệm dùng trong thử nghiệm nhiên liệu và chiếu xạ vật liệu hạt nhân:

ật liệ h t hâ

hiê liệ

à hiế

hiệ

Lĩnh vực ứng dụng

Thiết bị thí nghiệm

Thử nghiệm

Capsule để chiếu xạ: Capsule không kèm thiết bị

• •

đo

ấ

chiếu xạ vật liệu hạt nhân & nhân & nhiên liệu

Đánh giá vật liệu bằng chiếu xạ nơtron Thử nghiệm tính an toàn và sự nguyên vẹn của các vật liệu dùng trong vùng hoạt Đưa ra số liệu để phát triển loại nhiên liệu mới Tính chất giải phóng khí phân hạch Hiệu ứng lão hóa như tính chất dão của vật liệu

Capsule kèm thiết bị đo Capsule nhiên liệu Capsule dão

• • •

• •

Thử nghiệm

Vòng thử nghiệm nhiên liệu (FTL - Fuel Test

• • •

) Loop)

hiê

•

chiếu xạ để xác nhận tính năng của nhiên ủ liệu

Tính chất của nhiên liệu ở các mức công suất Tính chất của nhiên liệu ở các mức công suất khác nhau của LPƯ Tính chất của vỏ bọc thanh nhiên liệu Thử nghiệm tính toàn vẹn của thanh nhiên liệu Nghiên cứu để phát triển các vật liệu bên trong vùng hoạt vùng hoạt Nghiên cứu sự ăn mòn và tính chất hoá học của nước lò

Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):

3. Thử nghiệm và hiệu chuẩn các thiết bị đo ghi bức xạ

Các thiết bị đo ghi nơtron, gamma dùng trong nhà máy điện hạt nhân, LPƯNC và các ứng dụng kỹ thuật, công nghệ hạt hạt nhân, LPƯNC và các ứng dụng kỹ thuật, công nghệ hạt nhân khi được phát triển, chế tạo nhất thiết phải được kiểm tra và hiệu chuẩn trong các điều kiện bức xạ thích hợp để đảm bảo khả năng làm việc chính xác, lâu dài của chúng. đảm bảo khả năng làm việc chính xác lâu dài của chúng

(cid:206) Các yêu cầu này chỉ đòi hỏi thông lượng nơtron và liều bức xạ gamma ở mức thấp từ vài μSv/h đến mSv/h nên hầu bức xạ gamma ở mức thấp từ vài μSv/h đến mSv/h, nên hầu hết các LPƯNC đều có thể đáp ứng được nhu cầu này.

SửSử dụngdụng cáccác Capsules

Capsules chiếu

HANARO chiếu xạxạ tạitại lòlò HANARO

ấ

(cid:137) Thử vật liệu lò phản ứng công suất: (cid:153) Vật liệu thùng áp lực của lò công suất (cid:153) Vật liệu đường ống chịu áp suất của lò: Zr-2.5Nb (cid:153) Các loại vật liệu của các kết cấu trong lò (cid:153) Các loại vật liệu của các kết cấu trong lò

ệ

(cid:137) Thử nghiệm vật liệu của nhiên liệu: (cid:153) Nhiên liệu của lò PWR cải tiến (cid:153) Chu trình nhiên liệu DUPIC (Direct Use of Pressurized Water Reactor Spent Fuel in CANDU - Sử dụng trực tiếp nhiên liệu đã cháy của lò PWR cho lò CANDU- CANada Deuterium Uranium)

(cid:153) Hợp kim U-Zr (cid:153) Hợp kim U Zr

(cid:137) Nghiên cứu cơ bản:

(cid:153) Chất bán dẫn, các vật liệu nano và

ậ

ệ

vật liệu từ tính

(cid:153) Các loại hợp kim Zr-1Nb-1Sn-X,

Zircaloy-4

(cid:153) SPND (self-power neutron detector – (cid:153) SPND (self-power neutron detector – detector nơtron tự cấp nguồn nuôi).

CácCác Capsules

Capsules dụngdụng cụcụ đểđể thửthử VậtVật liệuliệu

R-CT

Charpy

Tube Tube

경도/인장 경 인장

Design Characteristics - Total Length : (cid:1533)6m ( 60mm D x 870mm H) - Available Space(Max.): 40mm D × 600mm L - 5 Stages Independent Temp. Control - Max. Temp. Control : Up to 500(cid:1320) - He Atmosphere : 1 atm(cid:1533)3×10-3 torr (He) - Instrumentation : 14 T/Cs, 5 micro-heaters, 5 F/Ms - Available Test : Tensile, Charpy, Toughness,

p, , , , SP, MBE, TEM, Creep, etc.

Applications - Material Tests

I d t A li ti M t i

Reactor Pressure Vessel Reactor Pressure Vessel Reactor Core Materials CANDU Pressure Tube Materials - Safety and Integrity-Related Tests - Industry Application Material Tests l T t - Fundamental Research

for Nuclear Fuel Test Instrumented Capsules for Nuclear Fuel Test Instrumented Capsules

Design Characteristics - Total Length : (cid:1533) 5 m - Diameter of Outer Tube : 56 mm - Length of Outer Tube : 730 mm - 3 Mini-Elements Fuel Rod - Instrumentations : T/C LVDT SPND - Instrumentations : T/C, LVDT, SPND - Irradiating Environment Control System Using Mixed Gas (He/Ne)

Applications - Fuel Pellet Irradiation Test

Advanced PWR Fuel Fuel Design Data Production - Fuel Design Data Production Center Temperature of Fuel Pellet Internal Pressure of Fuel Rod Deformation of Fuel Pellet

- Fundamental Research

Capsules for Specific Purpose (Creep Capsules for Specific Purpose

sự dão) (Creep –– sự dão)

T t T

Design Characteristics - Total Length : (cid:1533)6 m Total Length : 6 m - Diameter of Outer Tube : 60 mm - Length of Outer Tube : 997 mm - Test Specimen: 1, 2, 4 - Test Temperature : Max. 600(cid:1320) 600(cid:1320) M t - He Atmosphere : 1 atm(cid:1533)30 torr (He) - Instrumentation per specimen :

8 (cid:1533)12 T/Cs, 1(cid:1533)4 micro-heaters, 1 (cid:1533)4 LVDT

M t

i l C

B h i

Applications - Material Creep Behaviour - Lifetime Estimation of Reactor Components - Study of Key Components for Creep y y Capsule

ệ ) Fuel Test Loop (Vòng thử bó nhiên liệu) g

p (

Các ứng dụng Các ứng dụng

(cid:153) Chiếu xạ để kiểm tra tính toàn vẹn của bó nhiên

liệuệ

(cid:153) Kiểm tra chất lượng nhiên liệu

(cid:153) Kiểm tra việc ăn mòn và di chuyển các hoạt

ấchất trong nước lò

(cid:153) Kiểm tra tính không bị phân hạch của vật liệu

làm ống chịu áp lực làm ống chịu áp lực

(cid:153) Kiểm tra độ cháy cao của nhiên liệu.

Fuel Test Loop (Vòng thử bó nhiên liệu)

Thiết bị thử nhiên liệu (Fuel test loop) tại lò HANARO:

- Thông nơtron: 1 2x1014 n/cm²·sec - Thông nơtron: 1.2x10 n/cm ·sec - Áp suất: 17.5 MPa; Nhiệt độ: 350oC

+ Nghiên cứu sự + Nghiên cứu sự biến đổi thành phần và cấu trúc bên trong của bên trong của viên gốm nhiên liệu

+ Thử nghiệm để + Thử nghiệm để đánh giá tính toàn vẹn vỏ bọc thanh nhiên liệu trong nhiên liệu trong điều kiện vận hành bình thường và tai nạn sự cố

33--D Model of In

Pile Section D Model of In--Pile Section

Outer Pressure Vessel

Inner Pressure Vessel

Flow Divider

Insulation Gas Gap

Test Fuel Test Fuel

Test Fuel Carrier Leg

Upward Flow Path

IPS Head IPS Head

Downward Flow Path D P th d Fl

Cross Section of IPS

33--D View of the Out

Pile System D View of the Out--Pile System

g

► Design Pressure : 17.5 MPa

► Design Temperature : 350(cid:1320)

노외공정부 3차원 개략도 (3-D View of OPS)

Fuel Test Loop (Vòng thử bó nhiên liệu)

Oxide layer

Hydride

Brittle fracture

Ductile fracture D il f

Cross section of failed fuel

Các ứng dụng phi năng lượng (phục vụ các ngành

KT XH): KT-XH):

h ể hó (t

t ti

ili

ff

t

1. Sản xuất chất phóng xạ (radioisotope production) 2. Hiệu ứng chuyển hóa (transmutation effects, silicon 2 Hiệ ứ doping)

3. Phân tích kích hoạt nơtron (neutron activation analysis) 4. Chụp ảnh neutron (neutron radiography) 5. Nghiên cứu cấu trúc vật liệu (material structure study) 6. Phân tích kích hoạt gamma tức thời (PGNAA) 6 Phân tích kích hoạt gamma tức thời (PGNAA) 7. Chữa bệnh bằng phương pháp bắt neutron (neutron

capture therapy)

8. Địa thời học (geochronology) 9. Tạo nguồn positron (neutron source) 10. Các ứng dụng khác. 10 Các ứng dụng khác

1. SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

Hai loại thiết bị được dùng để sản xuất ĐVPX: Hai loại thiết bị được dùng để sản xuất ĐVPX:

nông nghiệp như Tc--99m, Mo

99m, Mo--99, I

192, 131, Ir--192,

99, I--131, Ir

hát t iể hát t iể

h á h á

h h

1. Lò phản ứng: 1. Lò phản ứng: LPƯ đóng vai trò chủ đạo trong việc điều chế một số ĐVPX LPƯ đóng vai trò chủ đạo trong việc điều chế một số ĐVPX quan trọng không thể thiếu được cho các ứng dụng trong quan trọng không thể thiếu được cho các ứng dụng trong quan trọng không thể thiếu được cho các ứng dụng trong quan trọng không thể thiếu được cho các ứng dụng trong y tế, công--nông nghiệp như Tc y tế, công CoCo--60, v.v... 60, v.v... Đặc biệt với sự phát triển mạnh các phương pháp điều trị Đặc biệt với sự phát triển mạnh các phương pháp điều trị há điề t ị Đặ biệt ới há điề t ị Đặ biệt ới bệnh dùng các đồng vị phát bêta, bằng xạ trị ngoài (dùng bệnh dùng các đồng vị phát bêta, bằng xạ trị ngoài (dùng nguồn phóng xạ kín) và xạ trị nội (dùng nguồn phóng xạ nguồn phóng xạ kín) và xạ trị nội (dùng nguồn phóng xạ hở)hở)hở).hở).

22. Máy gia tốc: . Máy gia tốc: Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất các chất ĐVPX Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất các chất ĐVPX Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất các chất ĐVPX Máy gia tốc chủ yếu dùng để sản xuất các chất ĐVPX sống ngắn và không thể sản xuất được trên LPƯ. sống ngắn và không thể sản xuất được trên LPƯ.

1. SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

Các ĐVPX sản xuất từ LPƯ được dùng trong y tế, công Các ĐVPX sản xuất từ LPƯ được dùng trong y tế, công nghiệp và đào tạo với các mục đích như sau: nghiệp và đào tạo với các mục đích như sau: + Trong y tế: dùng để chụp hình gamma các cơ quan nội tạng + Trong y tế: dùng để chụp hình gamma các cơ quan nội tạng + Trong y tế: dùng để chụp hình gamma các cơ quan nội tạng + Trong y tế: dùng để chụp hình gamma các cơ quan nội tạng con người phục vụ công việc tầm soát, chẩn đoán và điều trị con người phục vụ công việc tầm soát, chẩn đoán và điều trị độ một số bệnh, đặc biệt là bệnh ung thư; định lượng nồng độ một số bệnh, đặc biệt là bệnh ung thư; định lượng nồng hóc môn bằng kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ hóc môn bằng kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ hóc môn bằng kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ hóc môn bằng kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch học phóng xạ (RIA); điều chế các dược chất phóng xạ, gắn kháng thể đơn (RIA); điều chế các dược chất phóng xạ, gắn kháng thể đơn dòng với ĐVPX; điều trị bệnh bằng tia phóng xạ với các dòng với ĐVPX; điều trị bệnh bằng tia phóng xạ với các nguồn kín (Radiotherapy). nguồn kín (Radiotherapy). nguồn kín (Radiotherapy). nguồn kín (Radiotherapy). + Trong công nghiệp: dùng nguồn kín để chụp ảnh gamma + Trong công nghiệp: dùng nguồn kín để chụp ảnh gamma cho phép xác định các thông số về độ dày, độ ẩm, phát hiện cho phép xác định các thông số về độ dày, độ ẩm, phát hiện khuyết tật hư hỏng rò rỉ ăn mòn chiếu xạ và xử lý bằng bức khuyết tật, hư hỏng, rò rỉ, ăn mòn, chiếu xạ và xử lý bằng bức khuyết tật, hư hỏng, rò rỉ, ăn mòn, chiếu xạ và xử lý bằng bức khuyết tật hư hỏng rò rỉ ăn mòn chiếu xạ và xử lý bằng bức xạ, khử trùng, v.v.... Sử dụng các đồng vị phóng xạ đánh dấu xạ, khử trùng, v.v.... Sử dụng các đồng vị phóng xạ đánh dấu trong việc thăm dò và khai thác dầu khí, nước ngầm, đánh giá trong việc thăm dò và khai thác dầu khí, nước ngầm, đánh giá hiệu quả hoạt động của các hệ thống, chu trình phức tạp hiệu quả hoạt động của các hệ thống, chu trình phức tạp hiệu quả hoạt động của các hệ thống, chu trình phức tạp hiệu quả hoạt động của các hệ thống, chu trình phức tạp trong các nhà máy hoá chất và xi măng. trong các nhà máy hoá chất và xi măng. + Trong nghiên cứu khoa học và đào tạo. + Trong nghiên cứu khoa học và đào tạo.

1. SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

Các loại đồng vị phóng xạ chính được sử dụng. Cá l

hí h đ

ị hó

i đồ

ử d

Lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu

Những đồng vị chính

Tc-99m, Tl-201, I-123, Xe-133, In- , , , Chụp hình ảnh bằng gamma Ch hì h ả h bằ , 111, Lu-177

PET F-18, C-11, N-13, O-15 Chụp hình ảnh nhờ kỹ thuật hạt nhân

Đo nồng độ xương I-124, Gd-153, Am-241

ễ I-125, Co-57, H-3, Fe-59 Xét nghiệm miễn dịch học PX (RIA)

I-131, Re-186, P-32, Lu-177, Sm-

Y học

Dược chất phóng xạ 153, Re-188, Y-90

Chiếu xạ từ ngoài cơ thể Co-60, Cs-137 (Teletherapy) Điều trị bệnh bằng

Ir-192, Cs-137, I-125 Chiếu xạ bên trong cơ thể (Brachytherapy)

phóng xạ với các nguồn kín (Radiotherapy)

Co-60, Cs-137 Chiếu xạ máu để dùng cho việc truyền máu

Nghiên cứu Y-Sinh Nghiên cứu Y-Sinh Chụp ảnh tự động P-32,33, I-125, H-3, Co-57, Sn-119, Sm-152.

Nghiên cứu cứu KH

1. SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

Các loại đồng vị phóng xạ chính được sử dụng.

Lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu

Những đồng vị chính

Kiểm tra on-line

Đo mật độ, khối lượng, ... Cs-137, Co-60, Am-241

Đo độ dày Kr-85, Am-241, Sr-90, Y-90

Am-241 Phát hiện nhờ kỹ thuật hạt nhân Phát hiện bức xạ để phân ể tích (xử lý hoá học)

Đo nhiễm bẩn C-14, Pm-47

Phân tích Fe-55, Cd-109, Am-241, Co-57 , , ,

Công nghiệp

Detector báo khói Am-241

Khử trùng dụng cụ y học Co-60 (hoạt độ cao)

Chiếu xạ và xử lý bằng bức xạ Chiếu xạ thực phẩm Co-60 (hoạt độ cao)

Đánh dấu bức xạ Sc-46, Ir-192, Au-198, ...

Ir-192, Co-60 Kiểm tra không hủy mẫu (NDT)

Đồng vị bền Đồng vị bền Zn-64, … Zn 64

1. SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

Về phương diện mức công suất lò cần thiết để đáp ứng các loại ĐVPX theo yêu cầu của người sử dụng như sau: ● LPƯ công suất thấp (thông lượng nơtron < 1013 n.cm-2.s-1): chỉ có thể sản xuất được một số đồng vị phóng xạ sống ngắn và trung bình, chẳng hạn: Na-24, P-32, Cl-38, Mn-56, Ar-41, Cu-64 và Au-198.

● LPƯ công suất trung bình (thông lượng nơtron trong khoảng 1013- 1014 n.cm-2.s-1): có thể sản xuất được một số loại đồng vị phóng xạ sống trung bình và dài ngày. Ngoài các loại đồng vị sống ngắn nêu ở trên, còn có thể sản xuất được các đồng vị khác như: Y-90, Mo-99, I-125, I-131, và Xe-133.

(

g

g ợ g

)

● LPƯ công suất cao (thông lượng nơtron > 1014 n.cm-2.s-1): có thể sản xuất được nhiều loại đồng vị phóng xạ sống trung bình và dài. Ngoài các loại đồng vị ở 2 phần trên, có thể sản xuất được các đồng vị khác: C-14, S-35, Cr-51, Co-60, Sr-89, Sm-153, Yb-169, Tm-170, Ir- 192.

1. SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

Dự báo nhu cầu sử dụng ĐVPX trên thế giới:

Triệu USD mỗi ỗ năm

1. SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

g

ợ

g

);

(

(cid:206) Nhu cầu sử dụng ĐVPX trên thế giới ngày càng tăng. p Trong khi đó những LPƯ được dùng để sản xuất và cung cấp chủ yếu ĐVPX cho thị trường thế giới đã có tuổi thọ cao như lò NRU 135 MW của Canada (1957); lò HFR 45 MW của Hà Lan (1961); lò BR-2 100 MW của Bỉ (1961); lò OSIRIS 70 MW của Pháp p ( (1966); lò SAFARI 20 MW của Nam Phi (1965).

Hai LPƯ MAPLE-1 và MAPLE-2 công suất 10 MW của Canada thiết kế chuyên dụng cho sản xuất ĐVPX nhưng đã đóng cửa vì thiết kế chuyên dụng cho sản xuất ĐVPX nhưng đã đóng cửa vì lý do kỹ thuật (hệ số nhiệt độ của độ phản ứng là dương).

Vì vậy, các LPƯNC công suất cao được xây dựng trong thời gian gần đây đều đưa mục tiêu sản xuất ĐVPX là một trong các mục gần đây đều đưa mục tiêu sản xuất ĐVPX là một trong các mục tiêu chính, như lò RSG-GAS 30 MW của Indonesia (1987), lò JRR- 3M 20 MW của Nhật Bản (1990), lò HANARO 30 MW của Hàn Quốc (1995), ETRR-2 22 MW của Ai Cập (1998), lò OPAL 20 MW Quốc (1995) ETRR 2 22 MW của Ai Cập (1998) lò OPAL 20 MW của Úc (2006), lò CARR 60 MW của Trung Quốc (2010), v.v… 24

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

Kỹ thuật phân tích mẫu bằng kích hoạt nơtron trong LPƯ cho phép:

(cid:131)(cid:131)Xác định đồng thời đa nguyên tố với độ nhạy & độ Xác định đồng thời đa nguyên tố với độ nhạy & độ chính xác cao ở bậc phần triệu (ppm), thậm chí phần tỷ chính xác cao ở bậc phần triệu (ppm), thậm chí phần tỷ (ppb) (ppb) (ppb) (ppb)

g y g y

p p

(cid:131)(cid:131)Định tính (qualitative) và định lượng (quantitative) Định tính (qualitative) và định lượng (quantitative) g g thành phần nguyên tố trong mẫu thành phần nguyên tố trong mẫu

(cid:131)(cid:131)Không hủy mẫu (non destructive) & khả năng phân Không hủy mẫu (non--destructive) & khả năng phân line” tích “on--line” tích “on

(cid:131)(cid:131)Vì vậy, NAA được chọn làm phương pháp đánh giá Vì vậy, NAA được chọn làm phương pháp đánh giá (method validation) & phê chuẩn vật liệu tham khảo (method validation) & phê chuẩn vật liệu tham khảo ) (certification for reference materials). ( ) ( (certification for reference materials).

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

Nguyên lý của kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron:

(cid:57)(cid:57)Khi một nơtron tương tác với hạt nhân bia qua quá (cid:57)(cid:57)Khi một nơtron tương tác với hạt nhân bia qua quá Khi một nơtron tương tác với hạt nhân bia qua quá Khi một nơtron tương tác với hạt nhân bia qua quá trình tán xạ không đàn hồi, một hạt nhân hợp phần ở trình tán xạ không đàn hồi, một hạt nhân hợp phần ở trạng thái kích thích được tạo ra trạng thái kích thích được tạo ra

trạng Hạt nhân hợp phần có khuynh hướng trở về trạng

(cid:57)(cid:57)Hạt nhân hợp phần có khuynh hướng trở về thái cân bằng hơn bằng cách phát ra một hoặc nhiều tia thái cân bằng hơn bằng cách phát ra một hoặc nhiều tia gamma tức thời gamma tức thời tứ thời tứ thời

(cid:57)(cid:57)Trạng thái cân bằng mới tạo ra một hạt nhân phóng xạ Trạng thái cân bằng mới tạo ra một hạt nhân phóng xạ phân rã bằng cách phát ra một hoặc nhiều tia gamma phân rã bằng cách phát ra một hoặc nhiều tia gamma phân rã bằng cách phát ra một hoặc nhiều tia gamma phân rã bằng cách phát ra một hoặc nhiều tia gamma trễtrễ

(cid:57)(cid:57)Nhân phóng xạ có chu kỳ bán hủy riêng (cid:57)(cid:57)Nhân phóng xạ có chu kỳ bán hủy riêng. Nhân phóng xạ có chu kỳ bán hủy riêng. Nhân phóng xạ có chu kỳ bán hủy riêng

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

Nguyên lý của phương pháp NAA Nguyên lý của phương pháp NAA

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

Độ nhạy phân tích của INAA trong điều kiện chiếu trên lò phản ứng có thông lượng nơtron khoảng 1 x 1013n/cm2.sec

Ñoä nhaïy (picograms)

Nguyeân toá

Dy, Eu

1 – 10 1 10

In, Lu, Mn In Lu Mn

Au, Ho, Ir, Re, Sm, W

10 – 100 100 – 1 x 103

Ag, Ar, As, Br, Cl, Co, Cs, Cu, Er, Ga, Hf, I, La, Sb, Sc, Se, Ta, Tb, Th, Tm, U, V, Yb

1 x 103 - 1 x 104

Al, Ba, Cd, Ce, Cr, Hg, Kr, Gd, Ge, Mo, Na, Nd, Ni, Os, Pd, Rb, Rh, Ru, Sr, Te, Zn, Zr Nd Ni Os Pd Rb Rh Ru Sr Te Zn Zr

Bi, Ca, K, Mg, P, Pt, Si, Sn, Ti, Tl, Xe, Y

F, Fe, Nb, Ne

1 x 104 - 1 x 105 1 x 105 - 1 x 106 1 x 107

Pb, S

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA NAA:

ấ

hiệ (A i

(cid:190) Khoa học địa chất (Geological Science) (cid:190) Công nghiệp (Industry) (cid:190) Nông nghiệp (Agriculture) (cid:190) Nô ) lt (cid:190) Khoa học sống (Life Science) (Hóa sinh, dinh dưỡng,

dịch tễ học)

ọ

ị

(cid:190) Khoa học môi trường (Environment) (cid:190) Điều tra pháp lý (Forensic Investigations) (cid:190) Khảo cổ học (Archaeology) và (cid:190) nhiều lĩnh vực khác.

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

CAÙC LÓNH VÖÏC ÖÙNG DUÏNG CUÛA NAA:

(cid:57)(cid:57)Khoa học địa chất: (cid:57)(cid:57)Khoa học địa chất: Phân tích các mẫu đất, đá, quặng, Phân tích các mẫu đất đá quặng Khoa học địa chất: Phân tích các mẫu đất, đá, quặng, Khoa học địa chất: Phân tích các mẫu đất đá quặng khoáng vật, … phục vụ điều tra thăm dò; đánh giá trữ khoáng vật, … phục vụ điều tra thăm dò; đánh giá trữ lượng; xây dựng bản đồ tài nguyên, khoáng sản. lượng; xây dựng bản đồ tài nguyên, khoáng sản.

2 mục đích, phân tích nguyên tố và Công nghiệp: 2 mục đích, phân tích nguyên tố và

ốố

line). Mục đích thứ 2 dùng line/off--line). Mục đích thứ 2 dùng

g ị g ị

g g

y y

(cid:57)(cid:57)Công nghiệp: (cid:57)(cid:57) kiểm tra quá trình (on kiểm tra quá trình (on--line/off g nguồn đồng vị để kiểm tra trên băng chuyền hay trong g nguồn đồng vị để kiểm tra trên băng chuyền hay trong ống kín của các ngành luyện kim, công nghệ hóa học, ống kín của các ngành luyện kim, công nghệ hóa học, ngành dệt, nhà máy giấy, xây dựng, v.v.. ngành dệt, nhà máy giấy, xây dựng, v.v..

(cid:57)(cid:57)Nông nghiệp: (cid:57)(cid:57)Nông nghiệp: Nghiên cứu quá trình nông nghiệp và Nông nghiệp: Nghiên cứu quá trình nông nghiệp và Nông nghiệp: Nghiên cứu quá trình nông nghiệp và Nghiên cứu quá trình nông nghiệp và cây trồng cũng như hậu quả của chúng thông qua việc cây trồng cũng như hậu quả của chúng thông qua việc xác định nguyên tố vết trong các loại cây cối, đất trồng, xác định nguyên tố vết trong các loại cây cối, đất trồng, phân bón, thuốc trừ sâu hoặc hóa chất. phân bón, thuốc trừ sâu hoặc hóa chất. hất hất

hâ bó th ố t ừ â h ặ hó hâ bó th ố t ừ â h ặ hó

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

CAÙC LÓNH VÖÏC ÖÙNG DUÏNG CUÛA NAA:

ọ

g (

ọ ) ọ )

g, g,

ị ị

(cid:57)Khoa học sống: (Hóa sinh, dinh dưỡng, dịch tễ học): , , Hóa sinh, dinh dưỡng, dịch tễ học): Nghiên cứu các quá trình hóa sinh, đánh dấu tế bào, xác Nghiên cứu các quá trình hóa sinh, đánh dấu tế bào, xác định các nguyên tố độc và cần thiết trong cơ thể người định các nguyên tố độc và cần thiết trong cơ thể người để xác định ảnh hưởng của chúng lên quá trình gây để xác định ảnh hưởng của chúng lên quá trình gây để xác định ảnh hưởng của chúng lên quá trình gây để xác định ảnh hưởng của chúng lên quá trình gây bệnh. Điều tra hàm lượng iốt trong khẩu phần thức ăn bệnh. Điều tra hàm lượng iốt trong khẩu phần thức ăn của vùng miền núi cao nguyên. của vùng miền núi cao nguyên

Phân tích các vật chứng cực nhỏ còn Điều tra pháp lý: Phân tích các vật chứng cực nhỏ còn

ỏ ò ỏ ò

ứ ứ

ậ ậ

á á

â â

í í

(cid:57)(cid:57) ề (cid:57)(cid:57)Điều tra pháp lý: ý ý ề lại tại hiện trường. lại tại hiện trường.

Phân tích để phân loại và tìm nguồn gốc Khảo cổ học: Phân tích để phân loại và tìm nguồn gốc Khảo cổ học: Phân tích để phân loại và tìm nguồn gốc Phân tích để phân loại và tìm nguồn gốc

(cid:57)(cid:57)Khảo cổ học: (cid:57)(cid:57)Khảo cổ học: các mẫu vật khảo cổ. các mẫu vật khảo cổ.

ẫ ẫ

(cid:57)(cid:57)Vật liệu bán dẫn: Xác định tạp chất hiện diện ở mức Vật liệu bán dẫn: Xác định tạp chất hiện diện ở mức dưới ppb ảnh hưởng lên chất lượng vật liệu bán dẫn. dưới ppb ảnh hưởng lên chất lượng vật liệu bán dẫn. ấ ấ 31

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

CAÙC LÓNH VÖÏC ÖÙNG DUÏNG CUÛA NAA:

(cid:57)(cid:57)Trong ngành công nghiệp dầu khí: (cid:57)(cid:57)Trong ngành công nghiệp dầu khí: Trong ngành công nghiệp dầu khí: Trong ngành công nghiệp dầu khí:

ợp ợp

gọ gọ

ợ ợ

ộ ộ

ẹ ẹ

Hệ thống + Thăm dò lỗ khoan “borehole logging”: Hệ thống + Thăm dò lỗ khoan “borehole logging”: NAA được tích hợp thành một khối gọn nhẹ để có thể NAA được tích hợp thành một khối gọn nhẹ để có thể đưa xuống lỗ khoan hay giếng khoan, kết quả phân đưa xuống lỗ khoan hay giếng khoan, kết quả phân tích ngay tại hiện trường; tích ngay tại hiện trường;

ố đá h iá ữ l ố đá h iá ữ l

ồ ồ

á á

Phân tích + Tìm nguồn gốc dầu đánh giá trữ lượng: Phân tích + Tìm nguồn gốc dầu, đánh giá trữ lượng: Phân tích + Tìm nguồn gốc dầu, đánh giá trữ lượng: Phân tích + Tìm nguồn gốc dầu đánh giá trữ lượng: xác định vi lượng các nguyên tố, chỉ số hydro, … xác định vi lượng các nguyên tố, chỉ số hydro, … trong các mẫu dầu thô và đá móng giúp cho công tác trong các mẫu dầu thô và đá móng giúp cho công tác tìm nguồn gốc, đánh giá trữ lượng các mỏ dầu khí tìm nguồn gốc, đánh giá trữ lượng các mỏ dầu khí ỏ dầ khí ỏ dầ khí ì ì ngoài thềm lục địa VN. ngoài thềm lục địa VN.

2. PHÂN TÍCH KÍCH HOẠT NƠTRON

CAÙC LÓNH VÖÏC ÖÙNG DUÏNG CUÛA NAA:

h

ôi t ờ

(cid:57)Khoa học môi trường: (cid:57)Kh Phân tích vật chỉ thị cho môi trường + Phân tích vật chỉ thị cho môi trường liên quan sức khỏe con người. liên quan sức khỏe con người.

q q

g g

+ Xác định các độc tố và các kim loại + Xác định các độc tố và các kim loại nặng độc trong mẫu môi trường (mẫu nặng độc trong mẫu môi trường (mẫu nước, mẫu đất đá, thực vật, …). nước, mẫu đất đá, thực vật, …). nước mẫu đất đá thực vật nước mẫu đất đá thực vật

) )

Hệ phổ kế gamma Hệ phổ kế gamma chuyển mẫu tự động chuyển mẫu tự động chuyển mẫu tự động chuyển mẫu tự động

+ Đặc biệt, phân tích mẫu bụi khí để + Đặc biệt, phân tích mẫu bụi khí để nghiên cứu bài toán ô nhiễm không nghiên cứu bài toán ô nhiễm không khí.khí. (cid:57)Ngành chăn nuôi: xác định hàm lượng khoáng chất trong thức ăn gia lượng khoáng chất trong thức ăn gia súc.

CAÙC LÓNH VÖÏC ÖÙNG DUÏNG CUÛA NAA:

Lĩnh vực ứng dụng

Thiết bị

Khoa học hạt • •

nhân & vật liệu ệ ợp ệ ậ ( , •

Đánh giá ảnh hưởng chiếu xạ lên vật liệu hạt nhân Phân tích các nguyên tố vi lượng như B, U, Th trong nhiên liệu và các vật liệu hạt nhân Phân tích vật liệu siêu tinh khiết và các hợp kim (Ge, Si, , GaAs, GaP, ...)

Địa chất học Phân tích vật liệu vũ trụ Phân tích các thành phần của đá, quặng, ... • •

ẫ bằ

Các hệ chuyển mẫu bằng Cá hệ h ể khí hoặc khí nén • • Các capsule chứa mẫu Nông nghiệp/ Thực phẩm Phân tích các nguyên tố đặc trưng trong đất, phân bón, ... Phân tích các nguyên tố trong rau, cây trồng, lúa gạo, cá, ...

g ể • Môi trường/ Hải chiếu Các hệ phổ kế gamma ệ p HPGe chất lượng cao dương học Kiểm soát & đo các mẫu môi trường (bụi khí, bụi than, ẫ trầm tích, chất thải, ...) Phân tích các nguyên tố đặc trưng của vi sinh vật •

• Sinh vật học Sinh vật học Đo các nguyên tố vi lượng trong xương và tế bào của người, của động vật và cây trồng, ... ậ ời ủ độ à â ồ

Lĩnh vực khác NAA cho y học, khoa học lịch sử NAA cho mẫu pháp y (nhận dạng tội phạm, ...) • •

ỹ • • Kỹ thuật đánh á ậ dấu Phát hiện sự rò rỉ trong ống dẫn và đập nước, ... Phát hiện sự rò rỉ trong ống dẫn và đập nước, ... Đo vận tốc chất lỏng trong các hệ thống công nghiệp khác nhau 34

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

1. Hiệu ứng chuyển đổi (Transmutation effects)

- Pha tạp có độ đồng nhất cao P vào trong Si, As vào trong Ge Pha tạp có độ đồng nhất cao P vào trong Si As vào trong Ge (gấp 20 lần so với các phương pháp khác):

(2,62 giờ) (2 62 giờ)

Si-30(n γ)Si-31 → P-31 + β- Si-30(n, γ)Si-31 → P-31 + β Ge-70(n, γ)Ge-71 → Ga-71 + EC (electron captue)

(cid:206) Dùng để chế tạo các thiết bị, linh kiện bán dẫn công suất cao

- Gây sai hỏng mạng tinh thể bằng chiếu xạ neutron nhanh: Gemstone Coloration - Tạo màng lọc: Membrane Production using Fission Track Tạo màng lọc: Membrane Production using Fission Track - Chuyển hoá Actinide: xử lý thải phóng xạ.

(cid:206) Cần LPƯ công suất trên 10 MW.

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

1. Hiệu ứng chuyển đổi 1 Hiệu ứng chuyển đổi

Neutron

P31

Si30

P31

Si 30+ n Si 31

Doped silicon Neutron irradiation

LPƯ Trung Quốc (CARR, 60MW) có khả năng chiếu xạ 70 tấn/năm NTD-Si

IGCT GTO

IGBT

Rectifier Diode

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

1. Hiệu ứng chuyển đổi (Transmutation effects)

(heavily doped)

(lightly doped) (lightly doped)

E

C

N P

N (moderately doped)

D-Drain

SiO2

n-channel

Anode +

B B

n

p

Metal contact

General Transistor (npn General Transistor (npn type) type)

Substrate

n

IGT

n

Anode +

p Substrate Substrate

p p

G-Gate G Gate

SS SS

n n

Anode +

p

n

n-doped region

p

Gate

S-Source

--

n

Cathode

channel depletion type MOSFET nn--channel depletion type MOSFET

-- --

--

Cathode

Two transistor Two transistor Two transistor Two transistor equivalent SCR equivalent SCR

Cathode

GTOGTO

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

1. Hiệu ứng chuyển đổi (Transmutation effects)

So sánh độ đồng đề của điện trở s ất sử d ng kỹ th ật pha tạp So sánh độ đồng đều của điện trở suất sử dụng kỹ thuật pha tạp bằng NTD-Si và kỹ thuật pha tạp thông thường.

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

1. Hiệu ứng chuyển đổi (Transmutation effects)

ổ

ấ

Sự phụ thuộc của điện trở suất vào thông lượng tổng của nơtron chiếu xạ.

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

1. Hiệu ứng chuyển đổi (Transmutation effects)

Hiện nay trên thế giới có dưới 10 LPƯNC có khả năng chiếu xạ Hiện nay trên thế giới có dưới 10 LPƯNC có khả năng chiếu xạ silicon thương mại:

ất 20 MW lò HWRR ô

Lò OPAL công suất 20 MW; lò HANARO công suất 30 MW, lò JRR 3M ô JRR-3M công suất 20 MW; lò HWRR công suất 15 MW của Trung ất 15 MW ủ T Quốc; lò SAFARI công suất 20 MW của Nam Phi; và một số LPƯ ở Liên bang Nga và Hoa Kỳ.

Sản lượng chiếu xạ và doanh thu của các LPƯ rất khác nhau phụ thuộc vào số lượng khách hàng và chất lượng silicon:

$;

g

Lò HANARO chỉ có 2 hốc chiếu dành cho NTD, mỗi năm có thể Lò HANARO chỉ có 2 hốc chiếu dành cho NTD, mỗi năm có thể chiếu được khoảng vài chục tấn silicon với doanh thu khoảng 4 triệu US$; lò JRR-3M mỗi năm có thể chiếu khoảng 5 tấn silicon với doanh thu khoảng 500.000 US$; lò CARR công suất 60 MW của Trung Quốc, có thể chiếu xạ được khoảng 70 tấn/năm.

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

1. Hiệu ứng chuyển đổi (Transmutation effects)

Nhu cầu của thị trường thế giới hiện nay vào khoảng 140 tấn Nhu cầu của thị trường thế giới hiện nay vào khoảng 140 tấn silicon pha tạp mỗi năm.

Theo dự báo của các Công ty sản xuất thiết bị điện tử và xe ôtô, vào những năm sau 2015, thị trường tiêu thụ vật liệu bán dẫn ẫ loại pha tạp silicon đơn tinh thể sẽ lên đến 400-500 tấn/năm.

g

, ự

Riêng nhu cầu cho ngành sản xuất ôtô, dự kiến năm 2030 khoảng 50 triệu chiếc ôtô dùng động cơ điện (hybrid cars và hydrogen cars) được sản xuất mỗi năm, mỗi ôtô dùng 01 tinh thể silicon dày khoảng 1 mm thì tổng nhu cầu sẽ là: g

g

y

50.000.000 x 1 mm = 50.000.000 mm /600 mm/thỏi = 83.000 thỏi loại 8 inch x 38 kg/thỏi = 3000.000 kg = 3000 tấn/năm.

(cid:206) Như vậy nhu cầu về chiếu xạ là rất lớn và các LPƯNC hiện (cid:206) Như vậy, nhu cầu về chiếu xạ là rất lớn và các LPƯNC hiện có là không đáp ứng được.

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

2. Chiếu xạ chuyển màu đá quý và bán quý (Gem-stone Coloration)

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

2. Chiếu xạ chuyển màu đá quý (Gem stone Coloration) 2. Chiếu xạ chuyển màu đá quý (Gem-stone Coloration)

y Beryl [gamma > 200 Mrad] Quartz Q [gamma] Topaz [gamma]

Tourmaline [gamma] [gamma] London Blue [neutron & heat] [neutron & heat]

Diamond neutron & heat

Sky Blue [EB & heat] Swiss Blue [neutron, EB & heat] Super Blue [neutron, EB & heat]

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

2. Chiếu xạ chuyển màu đá quý (Gem-stone Coloration)

+ LPƯ Đà Lạt chỉ có thể chiếu khoảng 1 kg đá Topaz/tháng.

LPƯ ô

+ LPƯ công suất 2 MW của Thái Lan hiện đang ất 2 MW ủ Thái L hiệ đ chiếu thương mại với khoảng 100 kg/năm.

( ậ

)

+ LPƯ 30 MW (vận hành ở 15 MW) của Indonesia hiện đang chiếu thương mại khoảng 2 tấn đá Topaz/năm.

(cid:206) Cần LPƯ công suất trên 10 MW.

g ạ

- Giỏ chiếu đá 30kg tại công suất lò 15 MW của Indonesia, thời gian chiếu 11 ngày (max).

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

Có thể thiết kế 2 loại hốc chiếu đá:

ất 15 MW ó 4 hố

hiế t

ỗi hố

h t

hé

ù

h

hất hấ th

hiệt ( hẳ

Cd Gd I

) Vì ậ

ầ

t

+ Chiếu xạ trong vùng hoạt (in-core), không bọc các chất hấp thụ nơtron nhiệt, làm nguội trực tiếp bằng nước lò. Thời gian chiếu nhanh do thông lượng nơtron cao. Đá bị kích hoạt bởi nơtron nhiệt nên phải giữ đá tối thiểu là 6 tháng đến 2 năm để giảm hoạt độ phóng xạ tới mức cho phép là 2 nCi/gam. Ví dụ, lò RSG-GAS của Indonesia có công suất thiết kế 30 MW nhưng chỉ vận hành ở công suất 15 MW, có 4 hốc chiếu trong vùng hoạt, mỗi hốc cho phép chiếu đến 1.5 kg đá, thời gian chiếu < 10 giờ. + Chiếu xạ ngoài vùng hoạt (ex-core), container kín nước và bọc chất hấp thụ nơtron nhiệt (chẳng hạn Cd, Gd, In, …). Vì vậy cần có ó h hệ thống làm nguội đá bằng khí trong quá trình chiếu xạ. Chẳn hạn, lò RSG-GAS có 2 hốc chiếu ngoài vùng hoạt, mỗi hốc cho phép chiếu đến 30 kg đá, thời gian chiếu là 11 ngày; thời gian làm nguội chiếu đến 30 kg đá thời gian chiếu là 11 ngày; thời gian làm nguội phóng xạ khoảng 3 tháng.

3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của LPƯ

3. Chuyển hóa Actinide (Actinide transmutation )

h

ị T 99 hú

ẽ hấ th

khi hiế

h Pl t

id khá

N t

A

ti

i

ố

ó

ề

ắ

ề

Quá trình cháy nhiên liệu trong LPƯ, cùng với các sản phẩm phân hạch một lượng nhỏ chất thải hạt nhân độc hại họ actinide được sinh ra. ợ Một số đồng vị họ actinide có thời gian sống rất dài và khó bảo quản để cách ly chúng với môi trường. Chẳng hạn, khi chiếu xạ các đồng vị Te-99, chúng sẽ hấp thụ á đồ Chẳ nơtron nhiệt và chuyển thành Te-100, rồi sau đó phân rã thành đồng vị Ruthenium bền trong vòng vài phút; một số actinide khác như Plutonium, Neptunium, Americium và à Curium khi chiếu trong LPƯ chúng lại chịu quá trình phân hạch để vỡ ra thành các mảnh vỡ phân hạch là các đồng vị bền hay phóng xạ nhưng có thời gian sống ngắn hơn nhiều ó ờ lần (đa số có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 30 năm).

4. Nghiên cứu vật liệu qua các kênh ngang của LPƯ

Các thành tựu của tán xạ nơtron

Những thiết bị khai thác kênh ngang của LPƯ Những thiết bị khai thác kênh ngang của LPƯ

Các thiết bị khai thác kênh ngang tại lò HANARO

IR Port

In service In service

Ex-Core Neutron Irradiation Facility (ENF), 2005

NAA PTS, 1995

developing developing developing developing

ST1 Port

Prompt Gamma Neutron Activation Analysis(PGAA), 2003

NR Port

Neutron Radiography Facility (NRF),1997 Upgrade

Test Station(TS) & Residual Stress Instrument(RSI), 2003

ST4 Port

Small Angle Neutron Scattering (SANS),2001

CN Port

Triple Axis Spectrometer p (TAS), 2010

Cold Neutron Guide Bunker

ST3 Port

ST2 Port

Neutron Reflectometer, (REF-H), 2008 (REF-H) 2008

High Resolution Powder Diff. (HRPD),1998

High Intensity Powder High Intensity Powder Diff. (HIPD), 2008

Bio-Diffractometer (Bio-D), 2010

Four Circle Diffractometer (FCD),1999 Upgrade ’05-’06

Application fields :

•PNS : polarize neutron test & developing

•RSI : residual stress

•TS : test of monochromators, detectors,

mirrors, collimators

NRF PNS/TS NRF

SANS

120

CTAB 0.1M /NVS25500 D1=24,D2=8,L2=3000,BS Aveage : 325counts/sec/

100

e n n a h c Y

100

120

X channel

Application fields : •Nuclear Engineering

Application fields : •Defects in metallic & ceramic Defects in metallic & ceramic materials

•Complex liquids

•Ordnance/Defense/Aerospace Industries

(microemulsions, colloids, LC etc.)

•Archaeological Specimens

FCD HRPD

•Structure & morphology of polymer

Application fields : Application fields :

•Crystal / Magnetic Structures

•Single Crystal Diffraction Analysis

•Phase Transition

•Quantitative Phase Analysis

•Texture Measurement and Analysis

cc

9 K

20 K

30 K

40 K 50 K 60 K

70 K

80 K

90 K 95 K

98 K

99 K

100 K

102 K 104 K

150 K 220 K

b b

Li Li

20

10

15

40

45

50 25 30 35 2theta [deg.]

a a

Nhiễu xạ kế dạng bột phân giải cao (High Nhiễu xạ kế dạng bột phân giải cao (High Resolution Powder Diffractometer) )) Resolution Powder Diffractometer)

Design Characteristics

44°, 65 °, 90 °, 120 ° 44 65 120 90 0.980 – 2.510Å (Qmax = 11.105Å-1)

α1=6/10/20/open(50’),α2=30/open,α3=10’

•2 θM 2 •λ •Collimation •Flux

1.1x106 n/cm2 · s @ sample (Ge(331) α1=20’, α2=30’, α3= 10’,

2θM=90°)

2.00x10-3 (at tan θB/tan θM=1.10)

•Δd/d •Detector 32- 3He Multi-detector

PSD(1-D: 10x20, 20x10 cm2, 2-D: 20x20 PSD(1 D: 10x20, 20x10 cm , 2 D: 20x20

cm2) 2

Applications

• Crystal structures

Ceramics, Metals, Alloys, Chemical Compounds, etc.. Superconductors, CMR materials, Dielectric materials, … Nuclear Fuel and Structural Materials

•Installed @ST2 port in 1997 •Sample environments

- CCR (10~300K)

(

) - Vacuum Furnace (300-1300K)

- Magnet+CCR (0.8T / 10K)

•Phase Transition • Magnetic Structures •Quantitative Phase Analysis • Texture Analysis combining with FCD data

Nhiễu xạ kế dạng bột phân giải cao (High Nhiễu xạ kế dạng bột phân giải cao (High Resolution Powder Diffractometer) Resolution Powder Diffractometer)))

(cid:126) Engineering materials (cid:126) Magnetic Structure and

(cid:0) KMnCl3, GaCMn3 , LaMnO3 (cid:0) KMnCl3 GaCMn3 LaMnO3

Magnetic Phase Transition

(cid:0) QPA of retained austenite in steel (cid:0) Small hydrogen content in materialsN e u tro n In c o h e re n t S c atte rin g s u m m in g re g io n

H R P D

0

20

40

80

100

120

60 1 -D P S D

neutron has spin

20

30

70

80

40 60 50 ) ( 2 T h eta (d eg ree )

g

lattice with ordered spin(antiferromagnetic) spin(antiferromagnetic)

Calibration data of the hydrogen content in zircaloy measured by HRPD and 1-D PSD

9 K

0

50 Hydrogen Content (μg/g) 250

150

200

100

300

350

20 K

35.0k

30 K

4

40 K 50 K 60 K

30.0k

PSD (BKG=8,206) HRPD (BKG=8,209)

70 K

80 K

] n o t e n g a a m

3

90 K 95 K

25.0k

98 K

99 K

r h o B

100 K

2 20.0k

102 K 104 K

) s s 0 0 6 / s t n u o c (

150 K 220 K

15.0k

1

NIS(PSD) = 11335(100) + 42.13(0.64) x c NIS(HRPD) = 12166(95) + 27.40(0.53) x c

10

15

20

40

45

50

m u s S N

25 30 35 2theta [deg.]

10.0k

c: hydrogen content in μg/g R(PSD)=0.99896, R(HRPD)=0.99796

0 0 0

20 20

80 80

100 100

60 60

[ t n e m o M c i t e n g a M

0

2

4

6

8

10

12

14 40 40 T [K]

Number of Polypropylene sheets

Magnetic Phase Transition (AFM - PM) of KMnCl3

Nhiễu xạ kế 4 vòng (Four Circle Diffractometer) Nhiễu xạ kế 4 vòng (Four Circle Diffractometer)

Design Characteristics

-45 -45°

•2 θM •2 θM •Wavelength 0.997Å •Beam Collimation α1=20’, 30’,open(52’), α2=55’,

α3=18’, open(60’) 6.6x105/cm2/sec at Sample

•Neutron Flux

(Ge(331) α1= open)

He-3 gas

proportional counter

30mm dia. at

sample

ω-2θ coupled

•Detectors •Effective Beam Dimension •Scanning mode

Applications

p

i ti l C A l • Single Crystal Diffraction Analysis

• •Installed at ST2 port in 1999 •Major uses

T t

t

• Single crystallography • Texture measurement •Monochromator & PSD

works

Si t l Diff Crystal structure determination Hydrogen-deuterium problem Phase transition Molecular disorder d l M l Magnetic Materials(magnetic structure) • Texture Measurement and Analysis • Protein Crystallography (near future)

vòng (Four Circle Diffractometer) Nhiễu xạ kế 4 4 vòng (Four Circle Diffractometer) Nhiễu xạ kế

• Single Crystal Diffraction Analysis Hydrogen-deuterium problem Magnetic Materials(magnetic structure) structure)

• Study of Lightweighting Steel for Autoboby (cid:0) Interstitial free(IF) steel, TRIP steel - Texture Measurement and Analysis - Recrystallization mechanism & Formability

• Protein Crystallography (near future)

Packing diagram of DKDP

1.000

(cid:0) Pole figures of cold

rolled IF steel

y/b

The projected nuclear density map of DKDP map of DKDP

(cid:0) ODF In Φ 0o & 45 o section

0.000

1.000

x/a

0.000

So sánh giữa các loại tán xạ (tán xạ electron, tia

x và neutron) x và neutron)

Phổ kế tán xạ nơtron góc nhỏ (Small Angle Phổ kế tán xạ nơtron góc nhỏ (Small Angle Phổ kế tán xạ nơtron góc nhỏ (Small Angle Phổ kế tán xạ nơtron góc nhỏ (Small Angle Neutron Spectrometer) Neutron Spectrometer)

≈

sin

)(θ

nλ =

λ 2 θ

Phổ kế tán xạ nơtron góc nhỏ (Small Angle Phổ kế tán xạ nơtron góc nhỏ (Small Angle Neutron Spectrometer) Neutron Spectrometer) Neutron Spectrometer) Neutron Spectrometer)

Design Characteristics

LN2 cooled Bi/Be filter LN2 cooled Bi/Be filter 4.3 ~ 8.5 0.85 Å (by NVS), Δλ/λ(FWHM)~10% Pin hole type 2D-PSD(3He), 65x65cm2 with 5mm2 resolution 5~15mm diameter 0 06 to 6nm-1 0.06 to 6nm

• γ/n Filter • γ/n – Filter • λ • Collimator • Detector • Sample • Q-range • Q range • Flux @sample : Qmin(nm-1)

0.06 0.1 1.0

Is (n/cm2·s ) 5 x 103 1 x 104 1 x 105

• Installed @CN port in 2001 • Sample Environment S l E i t

- Circulation bath (20~80C)

- Heating block (RT~200C)

(

) - Electromagnet (0~1.5 T) g

- Magnet+CCR (0.8T / 10K)

Applications • Defects in metallic and ceramic materials • Critical phenomena in phase transitions • Kinetics of diffusion controlled phase separation • Complex liquids (microemulsions, colloids, LC …) • Structure and morphology of polymer systems • Structural studies of biological macromolecules.

Phổ kế tán xạ nơtron góc nhỏ (Small Angle Phổ kế tán xạ nơtron góc nhỏ (Small Angle Neutron Spectrometer) Neutron Spectrometer) Neutron Spectrometer) Neutron Spectrometer)

(cid:126) Recrystallization mechanism in

(cid:126) Study of Micelle structure in liquid

y

- Structure change as a temperature - Formation of micoemulsion by octanol addition

PGLA-PEO-PLGA tri-block Copolymer Micelle : structure change as a temperature

200

180

IF steel - strongly affected by nano-size precipitates (cid:0) Size distribution of precipitates

H1 H2 H3

160

140

120

) v H ( s s e n d r a H

100 100

500

550

600

650

700

750

800

Temperature(¡É)

0.1M CTAB+Octanol

2.0x10-5

1.5x10-5

H1 H1-R H2 H2-R H3 H3 H3-R

1.0x10-5

n o i t u b i r t s d e m u o V

5.0x10-6

0.0 0 0

Ellipsoidal Micelle Ellipsoidal Micelle

Microemulsion Microemulsion

90 100

Diameter(nm)

Các lĩnh vực nghiên cứu sử dụng nơtron lạnh (Cold Neutron) lạnh (Cold Neutron)

Thermal

Neutron Neutron

Cold

Neutron Neutron

Hệ lấy nguồn nơtron lạnh

Gas blanket

Vacuum pump

Ven tillat ion

Cold Box He compressor compressor

Standby Cooling Sys.

I&C

Electrical system

Hệ lấy nguồn nơtron lạnh

With cold source With cold source

Without cold source Without cold source

y y t t i i s s n n e e t t n n i i n n o o r r t t u u u u e e N N

1 10 1 10 Energy (meV) Energy (meV)

Kênh dẫn dòng nơtron lạnh tại lò HANARO (năm 2008)

• Cold Neutron Source Cold Neutron Source • Neutron Guide • Spectrometers • Cold Neutron Laboratory

DC-TOF : Disc Chopper Time of Flight

Các thiết bị khai thác kênh ngang tại lò HANARO (năm 2010)

Các thiết bị sử dụng dòng nơtron lạnh tại lò HANARO

DC-TOF

Detector Detector shield shield

Detector Detector array array

Dynamic phenomena Dynamic phenomena - 0.1 ~ 25 meV - 2 - 60 nm-1

chopper chopper

40m SANS 40 SANS

g u i d e g u i d e

Nano size 1-500 nm

Sample Sample chamber chamber

inhomogenieties

Incident Incident neutron neutron

Cold TAS

Motor for table translation

Guide Aperture Aperture

Empty E Future use

64 Dynamic phenomena - 20 μeV ~ 10 meV - 2 - 50 Å

Các kênh dẫn dòng nơtron lạnh tại lò HANARO (dự kiến năm 2012) HANARO (dự kiến năm 2012)

- Completion of guide installation - Development and installation of Development and installation of

phase-II spectrometers

- Utilization sharing and support

Các thiết bị dùng với nguồn nơtron lạnh Các thiết bị dùng với nguồn nơtron lạnh

Bố trí các kênh dẫn dòng nơtron của lò HANARO

road way

walk way

Các LPỨ nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tán xạ mạnh nhất hiện nay nhất hiện nay

Các thiết bị nghiên cứu tán xạ nơtron tại lò nước nặng NBSR, 20 MW của Viện Các thiết bị nghiên cứu tán xạ nơtron tại lò nước nặng NBSR, 20 MW của Viện National Institute of Standards and Technology, Hoa Kỳ. NIST –– National Institute of Standards and Technology, Hoa Kỳ. NIST

Các LPỨ nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tán xạ mạnh nhất hiện nay nhất hiện nay

The Institute Laue Laue-Langevin Langevin, Grenoble

Các LPỨ nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tán xạ mạnh y nhất hiện nay ệ

So sánh về công nghệ nghiên cứu thế giới vi mô

5. Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography) 5. Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography)

(cid:126) Aerospace Industries (cid:126) Metallurgy

(cid:126) Nuclear Engineering (cid:126) Offence / Defense Industries (cid:126) Archaeological Specimens

Turbin blade

Neutron X-ray

Detonators, Explosive

Archaeological Specimens

Boron distribution in steel

Irradiated Fuels

- B, Li, U distribution - Micro-voids/ inclusions

. Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography) 55. Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography)

Design Characteristics

Exposure Room

1st room 1st room

2nd 2nd

206

290 5.07x106

~7% ~45 ~45

NC-H-C = 75-8-7

room • Collimations ratio (L/D) • Thermal Neutron Flux(n/cm2/s) 1.13x107 • Beam Uniformity(σ) • Cadmium Ratio • Cadmium Ratio • Neutron/γ (n/mrem/cm2) 3.9x106 • Effective Beam Size (mm2) 250x350 350x450 • ASTM Designation

Irradiated Fuels, Reactor Components

Installed at NR beam port in 1996

• Non-destructive test of materials,

Detonators, Explosive bolts, FCDC, etc. Detonators, Explosive bolts, FCDC, etc.

ti t internal structure of unknown systems, and education program d d for student practice, etc.

• Certification of NDT&E under

turbine blade

KOLAS (ISO 17025 equivalent) system in early 2003

Applications Applications • Nuclear Engineering • Ordnance/Defense Industries • Archaeological Specimens : bronze dagger, ring, etc. • Aerospace Industries(composite specimens): • Consumer industries, mostly Motor industry • Metallurgy • Metallurgy

• Autoradiography technique for B

B, Li, U distributions, Micro-voids / Inclusions

and U, etc.. distribution detection 74

5. Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography) 5. Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography)

. Chữa bệnh bằng bắt nơtron của boron 66. Chữa bệnh bằng bắt nơtron của boron (BNCT) (BNCT) (BNCT) (BNCT)

BNCT (Boron neutron capture therapy) là một phương pháp điều trị căn bệnh ung thư lý tưởng, là phương pháp có thể điều trị căn bệnh ung thư lý tưởng là phương pháp có thể tiêu diệt được các tế bào khối u mà không gây tổn hại đáng kể đến các tế bào bình thường ở xung quanh.

Nguyên lý cơ bản của phương pháp BNCT là dựa vào phản ứng bắt nơtron và phát hạt alpha của nguyên tố B-10 và được mô tả bằng phản ứng (n, α) như sau:

ô tả bằ

hả ứ

) h

( n + B-10 → *B-11 → Li-7 + α + γ

Phân chia năng lượng sau phản ứng:

+ Động năng của hạt α là ≈ 1,47 MeV + Động năng của Li-7 là ≈ 0,84 MeV + Năng lượng của bức xạ gamma là ≈ 0,48 MeV

. Chữa bệnh bằng bắt nơtron của boron 66. Chữa bệnh bằng bắt nơtron của boron (BNCT) (BNCT) (BNCT) (BNCT)

- Có tính chọn lọc và khu trú ở mức độ tế bào

- Thử nghiệm lâm sàng cho loại u não

- Phát triển phương pháp cho việc tiêu diệt các loại tế bào u khác

- Phát triển các hợp chất của Bo tốt hơn

hất ủ B tốt h

Phát t iể

á h

. Chữa bệnh bằng bắt nơtron của boron 66. Chữa bệnh bằng bắt nơtron của boron (BNCT) (BNCT) (BNCT) (BNCT)

Phương pháp BNCT có ưu điểm quan trọng hơn so với các Phương pháp BNCT có ưu điểm quan trọng hơn so với các phương pháp xạ trị thông thường là BNCT tạo ra các hạt mang điện nặng (hạt α và ion Li-7) có năng lượng cao và có hệ số truyền năng lượng trên một đơn vị độ dài quãng chạy hệ số truyền năng lượng trên một đơn vị độ dài quãng chạy khá lớn.

điệ

á hiệ ứ

i h h

â

Các hạt mang điện gây ra các hiệu ứng sinh học và tiêu diệt à tiê diệt Cá h t các tế bào ung thư chỉ trên một khoảng chạy tương đương với kích thước của tế bào.

. Xác định tuổi địa chất 77. Xác định tuổi địa chất

Có 2 phương pháp phổ biến để định tuổi khoáng vật là:

1. Địa thời học dùng Argon dùng để xác định tuổi của khoáng vật với khối lượng nhỏ (mg) dựa vào sự phân rã phóng xạ của Kali tự nhiên trong mẫu Kali tự nhiên trong mẫu. + Nguyên tắc của phương pháp là chiếu xạ mẫu trong LPƯ theo phản ứng 39K(n, p)39Ar, sau đó ghi đo các đồng vị bằng khối phổ kế để xác định tỷ số 40Ar/39Ar Sự có mặt của nguyên khối phổ kế để xác định tỷ số Ar/ Ar. Sự có mặt của nguyên tố phóng xạ Ar-40 phát ra trong mẫu là do quá trình phân rã K- 40. Do vậy, nếu xác định được lượng Ar-40 trong mẫu và khối lượng K 40 ban đầu thì cho phép xác định được tuổi địa chất lượng K-40 ban đầu thì cho phép xác định được tuổi địa chất của mẫu vật. Bằng phương pháp này, các mẫu vật có tuổi khá trẻ từ 2000 năm đến 4,6 tỷ năm (tuổi trái đất) có thể được xác định tùy thuộc vào bản chất của mẫu. định tùy thuộc vào bản chất của mẫu

7. Xác định tuổi địa chất 7. Xác định tuổi địa chất

Có 2 phương pháp phổ biến để định tuổi khoáng vật là: Có 2 phương pháp phổ biến để định tuổi khoáng vật là:

thấ ở á l

T ổi ủ

i đá t

ẫ đ

t

2. Địa thời học dùng vết sản phẩm phân hạch để xác định tuổi của những khoáng vật chứa Uranium Apatites và Zircon của những khoáng vật chứa Uranium, Apatites và Zircon. Apatit là một loại phốt phát canxi thường thấy trong đá granit và đá hóa thạch. Zircon ở dạng silicat zirconi cũng th ờ thường thấy ở các loại đá tương tự. Tuổi của mẫu được xác định bằng cách đếm các vết phân hạch trong vật liệu do phân hạch ngẫu nhiên của U-238.

8. Tạo nguồn positron cho nghiên cứu cơ 8. Tạo nguồn positron cho nghiên cứu cơ bảnbảnbảnbản

Khi LPƯ làm việc, chính nó là một nguồn phát hạt positron e+. Positron có thể sử dụng như một hạt để thăm dò các khuyết tật có + Positron có thể sử dụng như một hạt để thăm dò các khuyết tật có

mật độ thấp trong vật liệu.

+ Kỹ thuật tương quan góc 2 chiều của bức xạ hủy hạt (Angular

Correlation of Annihilation Radiation 2D ACAR) sử dụng một Correlation of Annihilation Radiation - 2D-ACAR) sử dụng một chùm positron có cường độ cao để nghiên cứu bề mặt và chỗ giao nhau giữa các bề mặt.

Kỹ th ật 2D ACAR h

ới độ hâ

iải ất

hé đ

+ Kỹ thuật 2D-ACAR cho phép đo với độ phân giải rất cao phân bố hâ bố mô men động lượng electron theo chiều sâu, các khuyết tật địa phương, hệ thống các lớp mỏng và các bề mặt.

+ Ngoài ra, một chùm positron kích thước micro mét có thể cho

phép tái tạo hình dạng chiều sâu của khuyết tật ở các vật mỏng 2 mặt có kích thước nhỏ hơn 1 micro mét. Các khuyết tật dạng lỗ trống cũng có thể thăm dò và vẽ lên ở dạng 3 chiều.

ố

ề

ể

8. Tạo nguồn positron 8. Tạo nguồn positron Có 3 phương pháp tạo nên một nguồn positron trên LPƯ: Có 3 phương pháp tạo nên một nguồn positron trên LPƯ:

(1) Positron có thể được tạo ra bằng cách kích hoạt một số loại vật liệu nhờ nơtron nhiệt. Bia chiếu bằng đồng kim loại (Cu) được đặt và chiếu xạ ở trong vùng hoạt của LPƯ, hoặc được bắn đặt và chiếu xạ ở trong vùng hoạt của LPƯ hoặc được bắn vào/ra khỏi vùng hoạt. Bia đồng sau chiếu xạ sẽ là nguồn phát các hạt positron.

(2) Positron có thể được tạo ra bằng phương pháp chuyển đổi (2) Positron có thể được tạo ra bằng phương pháp chuyển đổi gamma-positron. Khi chiếu xạ Cadmium kim loại (Cd) trong trường nơtron nhiệt của LPƯ, Cadmium bắt và hấp thụ các nơtron nhiệt, nó sẽ bức xạ ra các hạt gamma có năng lượng nơtron nhiệt nó sẽ bức xạ ra các hạt gamma có năng lượng cao (gamma cứng). Tiếp đó các hạt gamma lại được cho chiếu xạ lên bề mặt các kim loại như platium (Pt), volfram (W), chúng sẽ phát ra các hạt positron.

ạ p

p

(3) Positron có thể được tạo ra bằng phương pháp chuyển đổi trực tiếp bằng tia gamma có năng lượng cao. Các hạt gamma năng lượng cao sinh ra từ các mảnh vỡ phân hạch cho chiếu trực lượng cao sinh ra từ các mảnh vỡ phân hạch cho chiếu trực tiếp lên bia volfram hoặc platium.

Bài giảng Chương 4: Các ứng dụng của lò phản ứng nghiên cứu - PGS.TS Nguyễn Nhị Điền

Chủ đề:

Vật lý vật liệu

Bài giảng Vật lý vật liệu

Chương 4

CÁC ỨNG DỤNG CỦA LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU

PGS TS Nguyễn Nhị Điền

Đà Lạt, 2012 Đà L t 2012

CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (1):

Irr.Tests for Irr.Tests for Fuel&Mat. Fuel&Mat. &&

NAA online NAA online

Neutron Neutron Scattering Scattering

R&DR&D onon RIs&NTD RIs&NTD

Neutron Neutron-- photography photography

TechTech.. TrainTrain TechTech.. TrainTrain fields ITIT fields

Others Others

CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (2):

được phân ra 4 nhóm: • Các ứng dụng chiếu xạ: để phân tích kích hoạt, sản xuất đồng vị, ạp ậ ệ p pha tạp vật liệu bán dẫn, nghiên cứu hiệu ứng sai hỏng và bền vững với bức xạ, ...

Có thể phân ra 3 loại ứng dụng chính là: Có thể hâ hí h là

i ứ

3 l

d

Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):

1. Thử nghiệm và phát triển nhiên liệu hạt nhân

ể

(development of nuclear fuels)

+ Nghiên cứu sự di chuyển, phát tán thành phần và hoạt độ của các chất phóng xạ có trong các thanh nhiên liệu bị hỏng ra bên ngoài. ài

+ Nghiên cứu phát triển các thế hệ nhiên liệu mới như nhiên liệu MOX (Mixed oxide fuel development), v.v…

(cid:206)Cần LPƯ công suất lò P >10 MW để có thông lượng nơtron Φ = 1.0 - 5.0 x1014n.cm-2.s-1.

Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):

2. Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu (material irradiation studies)

ế

+ Nghiên cứu hiệu ứng cứng hoá, biến giòn dễ gãy, mất khả năng chịu kéo và nén của vật liệu phụ thuộc vào thông lượng và liều chiếu chịu kéo và nén của vật liệu phụ thuộc vào thông lượng và liều chiếu tích phân.

+ Kiểm tra, đánh giá chất lượng các ống, bình chịu áp lực của lò năng lượng bằng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron. lượng bằng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron

+ Chiếu xạ các mẫu thử hợp kim để nghiên cứu chất lượng thép làm thùng LPƯ (thùng chịu áp lực) và nghiên cứu quá trình lão hóa, sự hồi phục của vật liệu Zr-Nb. hồi phục của vật liệu Zr Nb

+ Áp dụng kỹ thuật đo tiếng ồn nơtron để theo dõi sự dao động, lắc, rung của các khối, bộ phận và chi tiết cấu thành trong vùng hoạt của LPƯ năng lượng. LPƯ năng l ợng

+ Nghiên cứu tính chất hóa học của nước và bản chất hiện tượng ăn mòn vật liệu trong các LPƯ năng lượng.

+ Nghiên cứu quá trình rò rỉ khí phân hạch phóng xạ ra khỏi thanh nhiên liệu theo độ cháy, đặc biệt ở các bó nhiên liệu có độ cháy cao.

Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):

2. Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu (material irradiation studies)

ế

Các lĩnh vực chính và các thiết bị thí nghiệm dùng trong thử nghiệm nhiên liệu và chiếu xạ vật liệu hạt nhân:

ật liệ h t hâ

hiê liệ

à hiế

hiệ

Lĩnh vực ứng dụng

Thiết bị thí nghiệm

Thử nghiệm

Capsule để chiếu xạ: Capsule không kèm thiết bị

đo

ấ

chiếu xạ vật liệu hạt nhân & nhân & nhiên liệu

Capsule kèm thiết bị đo Capsule nhiên liệu Capsule dão

Thử nghiệm

Vòng thử nghiệm nhiên liệu (FTL - Fuel Test

) Loop)

hiê

chiếu xạ để xác nhận tính năng của nhiên ủ liệu

Các ứng dụng năng lượng (cho chương trình điện HN):

3. Thử nghiệm và hiệu chuẩn các thiết bị đo ghi bức xạ

SửSử dụngdụng cáccác Capsules

Capsules chiếu

HANARO chiếu xạxạ tạitại lòlò HANARO

ấ

ệ

ậ

ệ

vật liệu từ tính

Zircaloy-4

(cid:153) SPND (self-power neutron detector – (cid:153) SPND (self-power neutron detector – detector nơtron tự cấp nguồn nuôi).

CácCác Capsules

Capsules dụngdụng cụcụ đểđể thửthử VậtVật liệuliệu

Applications - Material Tests

for Nuclear Fuel Test Instrumented Capsules for Nuclear Fuel Test Instrumented Capsules

Design Characteristics - Total Length : (cid:1533) 5 m - Diameter of Outer Tube : 56 mm - Length of Outer Tube : 730 mm - 3 Mini-Elements Fuel Rod - Instrumentations : T/C LVDT SPND - Instrumentations : T/C, LVDT, SPND - Irradiating Environment Control System Using Mixed Gas (He/Ne)

Applications - Fuel Pellet Irradiation Test

Advanced PWR Fuel Fuel Design Data Production - Fuel Design Data Production Center Temperature of Fuel Pellet Internal Pressure of Fuel Rod Deformation of Fuel Pellet

- Fundamental Research

Capsules for Specific Purpose (Creep Capsules for Specific Purpose