zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Xác định độ cháy của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân bằng phương pháp tỷ số đồng vị

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Báo xấu

28
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong luận văn này, tác giả sẽ sử dụng phương pháp phân tích không phá hủy mẫu để xác định độ cháy của thanh nhiên liệu hạt nhân. Phương pháp này dựa vào việc đo đạc hoạt độ của các sản phẩm phân hạch thông qua các bức xạ gamma để xác định độ cháy nhiên liệu và các thông tin về phân bố theo trục và theo bán kính của các sản phẩm phân hạch này, cùng với sự di chuyển của chúng bên trong thanh nhiên liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Xác định độ cháy của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân bằng phương pháp tỷ số đồng vị

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Đinh Văn Thìn XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Đinh Văn Thìn XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÁY CỦA THANH NHIÊN LIỆU TRONG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỶ SỐ ĐỒNG VỊ Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử và Hạt nhân Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT Hà Nội - 2015 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, tôi đã được gặp gỡ, học hỏi và làm việc cùng những giảng viên rất nhiệt tình và tâm huyết với nghiên cứu khoa học, đặc biệt là các thầy cô đang công tác tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý. Vì thế, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy, cô, xin chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe để tiếp tục thắp sáng ngọn lửa tri thức dẫn lối cho lớp lớp sinh viên trên con đường nghiên cứu khoa học. Để hoàn thành được nội dung nghiên cứu trong cuốn luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Bùi Văn Loát, người thầy đã trực tiếp dìu dắt và hướng dẫn khoa học cho tôi trong nhiều năm qua. Tôi đã học hỏi ở thầy không chỉ về kiến thức chuyên môn mà còn cả lòng yêu nghề và sự tâm huyết với khoa học. Tôi xin chúc thầy và gia đình luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và mong muốn thầy sẽ tiếp tục cống hiến nhiều hơn nữa cho sự nghiệp giáo dục và đào tạo cho các thế hệ tương lai của đất nước. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Trường Đại học Điện lực, Phòng Tổ chức Cán bộ và Bộ môn Điện Hạt nhân đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành khóa học này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể người thân, bạn bè của tôi, những người đã luôn quan tâm, động viên tôi vượt qua mọi khó khăn trong cuộc sống. Tôi xin hứa sẽ cố gắng, nỗ lực nhiều hơn nữa để không phụ lòng tin của tất cả mọi người. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày……..tháng……..năm………… Đinh Văn Thìn ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………...……………………………………………...….1 CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………….2 1.1. Độ cháy và mối liên hệ với các đại lƣợng quan trọng trong lò phản ứng hạt nhân. ...……………………………………………………………………2 1.1.1. Độ cháy ............................................................................................. 2 1.1.2. Liên hệ giữa độ cháy và các đại lượng quan trọng trong lò phản ứng hạt nhân ..................................................................................................................... 2 1.1.2.1. Các đại lượng nhiệt động học ..................................................... 2 1.1.2.2. Các tiêu chí an toàn đối với nhiên liệu hạt nhân ......................... 4 1.2. Các phƣơng pháp xác định độ cháy .................................................. 12 1.2.1. Xác định độ cháy bằng phương pháp hóa học ................................ 13 1.2.2. Xác định độ cháy bằng phương pháp khối phổ kế.......................... 14 1.2.3. Xác định độ cháy bằng phương pháp không phá hủy mẫu ............. 19 1.3. Lý thuyết lò phản ứng hạt nhân ........................................................ 22 1.3.1. Tương tác của notron với hạt nhân ................................................. 22 1.3.1.1. Tiết diện phản ứng ................................................................... 22 1.3.1.2. Phản ứng tán xạ notron ............................................................. 24 1.3.1.3. Phản ứng chiếm bắt notron ....................................................... 25 1.3.1.4. Phản ứng phân hạch hạt nhân .................................................. 25 1.3.2. Lý thuyết khuếch tán notron đa nhóm và trạng thái tới hạn của lò phản ứng hạt nhân. .................................................................................................. 29 1.3.3. Quá trình biến đổi thành phần nhiên liệu hạt nhân ......................... 35 CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…...41 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................ 41 2.1.1. Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ........................................................ 41 2.1.1.1. Cấu trúc của lò phản ứng ........................................................... 41 2.1.1.2. Thanh nhiên liệu ........................................................................ 43 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................. 44 2.2.1. Xác định các hằng số nhóm và sản phẩm phân hạch ..................... 44 2.2.2. Tiến hành thực nghiệm ....................................................................... 49 2.2.2.1. Cấu tạo của một hệ đo bức xạ ..................................................... 49 2.2.2.2. Thực nghiệm ................................................................................ 51 2.2.2.3. Các thông số của sản phẩm phân hạch được sử dụng.................. 52 2.2.3. Phần mềm lập trình MATLAB ........................................................... 54 CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………..55 3.1. Kết quả ................................................................................................. 55 3.1.1. Phân bố công suất trong tâm lò phản ứng ...................................... 55 3.1.2. Biến thiên số hạt nhân theo thời gian của bó nhiên liệu số 62 ....... 57 3.1.3. Biến thiên số hạt nhân theo thông lượng của bó nhiên liệu số 62 .. 59 3.1.4. Biến thiên của độ cháy theo thời gian chiếu xạ và thông lượng notron đối với bó nhiên liệu số 62 .......................................................................... 61 3.1.5. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi tương đối…………………….62 3.1.6. Tỷ số đồng vị Cs134 và Cs137……………………………………….64 3.1.7. Độ cháy của bó nhiên liệu số 62…………………………………...65 3.2. Thảo luận ............................................................................................. 70 KẾT LUẬN ................................................................................................. 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………..72 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 PHỤ LỤC…………………………………………………………………75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Giá trị giới hạn an toàn của một số nước đang sử dụng.….................6 Bảng 2: Các đồng vị đặc trưng phù hợp với phương pháp khối phổ kế……17 Bảng 3: Năng lượng ngưỡng và kích thích đối với một số hạt nhân.……….26 Bảng 4: Phân bố năng lượng theo sản phẩm phân hạch đối với 235 92U .….…27 Bảng 5: Số notron trung bình được sinh ra sau mỗi phản ứng phân hạch.…28 Bảng 6: Một số đặc trưng của các notron trễ đối với các hạt nhân nặng.…29 235 Bảng 7: Suất lượng phân hạch của các sản phẩm phân hạch từ 92U ……36 Bảng 8: Các thông số liên quan đến bó nhiên liệu số 62……………………44 Bảng 9: Các thông số đối với Cs134.………………………….…………….53 Bảng 10: Các thông số đối với Cs137.………………………………………53 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Bảng 11: Các thông số đối với Eu154.…………………….... ……………..53 Bảng 12: Phân bố công suất tại các vị trí thanh nhiên liệu trong tâm lò phản ứng…………...…………………………………………………………….55 Bảng 13: Giá trị thực nghiệm đối với thanh nhiên liệu số 62.………………63 Bảng 14: Giá trị tính toán đối với tỷ số đồng vị Cs134/Cs137………………..64 Bảng 15: Các giá trị tính toán về độ cháy trung bình của các thanh nhiên liệu tại Lò Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt …………………………………………..66 Bảng 16: Các giá trị tham chiếu về độ cháy trung bình của các thanh nhiên liệu tại Lò Phản ứng Hạt nhân Đà Lạt………………………………………68 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Dẫn nhiệt trong thanh nhiên liệu hạt nhân …………….……………3 Hình 2: Đường cong sôi của Ukiyama …….……………………….….……4 Hình 3: Độ dẫn nhiệt của UO2 theo nhiệt độ ……….………………….……9 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 4: Sự trương nở viên nhiên liệu và rão của lớp vỏ ……………………10 Hình 5: Độ dẫn nhiệt qua khe theo độ cháy của thanh nhiên liệu PWR ……10 Hình 6: Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính theo chiều cao tâm lò phản ứng ……11 Hình 7: Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính theo độ cháy ………………………..11 Hình 8: Khối phổ kế của UO2 tự nhiên và sau khi chiếu xạ ………….……15 Hình 9: Khối phổ kế của uranium và plutonium trong mẫu trải qua chiếu xạ…………………………………………………………………………..16 Hình 10: Phổ plutonium sau khi chiếu xạ…………………….……………16 Hình 11: Khối phổ kế của zirconium tự nhiên và của zirconium trong UO2 bị chiếu xạ có pha trộn với dung dịch zirconium tự nhiên.……………………19 Hình 12: Bắn chùm notron đồng nhất đến một bia mỏng ………………….23 Hình 13: Tiết diện vi mô của phân hạch giữa notron với 235 92U ……………23 Hình 14: Bắn chùm notron đồng nhất đến một bia dày ……………………24 Hình 15: Cơ chế phân hạch hạt nhân theo mẫu giọt chất lỏng ………….…26 Hình 16: Suất lượng của sản phẩm phân hạch đối với 92U235 và 94Pu239.…27 Hình 17: Quá trình phân rã beta và sinh notron trễ của Br87 và I131………28 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 18: Chiếm bắt notron trong nhóm U235………………………………35 Hình 19: Chiếm bắt notron trong nhóm U238………………………………36 Hình 20: Sơ đồ biến đổi chi tiết của các sản phẩm phân hạch.………….…40 Hình 21: Mặt cắt đứng của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.…………………41 Hình 22: Mặt cắt ngang của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.…………………42 Hình 23: Mặt cắt ngang của vùng hoạt và vành phản xạ…………………..43 Hình 24: Mặt cắt ngang của bó thanh nhiên liệu loại VVR- M2……………43 Hình 25: Sơ đồ khối của hệ đo bức xạ.……………………………………49 Hình 26: Cấu hình của detector HPGe loại mặt phẳng và đồng trục ………49 Hình 27: Độ phân giải năng lượng.…………………..……………………50 Hình 28: Cấu hình hệ đo thực nghiệm……………………………………..51 Hình 29: Phân bố công suất trong tâm lò phản ứng………………………...57 Hình 30: Biến thiên số hạt nhân U235 theo thời gian chiếu xạ………………58 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 31: Biến thiên số hạt nhân Cs137 theo thời gian chiếu xạ……………...58 Hình 32: Biến thiên số hạt nhân Cs133 theo thời gian chiếu xạ……………58 Hình 33: Biến thiên số hạt nhân Cs134 theo thời gian chiếu xạ…………….59 Hình 34: Biến thiên số hạt nhân U235 theo thông lượng notron…………….59 Hình 35: Biến thiên số hạt nhân Cs133 theo thông lượng notron……………60 Hình 36: Biến thiên số hạt nhân Cs134 theo thông lượng notron…………….60 Hình 37: Biến thiên số hạt nhân Cs137 theo thông lượng notron…………….60 Hình 38: Biến thiên số hạt nhân Cs134/Cs137 theo thông lượng notron…..61 Hình 39: Độ cháy theo thời gian chiếu xạ của bó nhiên liệu số 62………….61 Hình 40: Độ cháy theo thông lượng notron nhiệt của bó nhiên liệu số 62…62 Hình 41: Phổ gamma thu được từ bó nhiên liệu số 62…………………...…62 Hình 42: Đường cong mô tả sự phụ thuộc của tốc độ đếm theo năng lượng..63 Hình 43: Phân bố hoạt độ của Cs134 và Cs137 dọc theo bó nhiên liệu số 62…………………………………………………………………………..65 Hình 44: Tỷ số Cs134 và Cs137 theo các vị trí dọc theo bó nhiên liệu số 62……..........................................................................................................65 ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 STT Ký hiệu Ý nghĩa 1 BU Độ cháy. 2 BWR Lò phản ứng nước sôi. 3 CHF Thông lượng nhiệt tới hạn. 4 CRUD Sự tích tụ của lớp oxit trên bề mặt lớp vỏ nhiên liệu. 5 DNBR Tỷ số khoảng cách tính từ điểm sôi hạt nhân. 6 Ef Năng lượng sinh ra trên một phân hạch. 7 h Hệ số truyền nhiệt. 8 k Độ dẫn nhiệt. 9 L Chiều dài của thanh nhiên liệu. 10 LHGR Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính. 11 LOCA Sự cố mất chất tải nhiệt. 12 mHM Khối lượng của các hạt nhân nặng trong thanh nhiên liệu tại thời điểm ban đầu. 13 N Tổng số viên nhiên liệu trong tâm lò. 14 Nf Tổng số phân hạch đã xảy ra. 15 N HM Số hạt nhân nặng có trong nhiên liệu tại thời điểm ban đầu. r 16 N r  Số hạt nhân trên một đơn vị thể tích. 17 P Công suất nhiệt toàn phần. r 18 P( r, t ) Công suất nhiệt tại vị trí r và thời gian t. 19 PWR Lò nước áp lực. 20 q' Công suất tuyến tính. ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 21 q '' Thông lượng nhiệt. r 22 q '''  r  Tốc độ sinh nhiệt thể tích. 23 I Cường độ chùm notron. 24 R Bán kính viên nhiên liệu. 25 T Nhiệt độ tuyệt đối. 26 Tc Nhiệt độ bề mặt của lớp vỏ. 27 Tm Nhiệt độ trung bình của chất làm mát. 28 V Thể tích của viên nhiên liệu. 29  f  En  Tiết diện phân hạch vi mô theo năng lượng notron. r 30   r , En  Thông lượng notron theo năng lượng của notron. ĐINH VĂN THÌN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 MỞ ĐẦU Độ cháy của nhiên liệu hạt nhân là một đại lượng đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực điện hạt nhân. Xác định chính xác độ cháy của nhiên liệu là yêu cầu cần thiết trong việc quản lý nhiên liệu, nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn hạt nhân và tối ưu tính kinh tế của chu trình nhiên liệu. Các tiêu chuẩn an toàn hạt nhân có liên quan trực tiếp tới độ cháy bao gồm: Thông lượng nhiệt tới hạn, hệ số độ phản ứng, độ giàu nhiên liệu, sự tích tụ CRUD, ứng suất, độ biến dạng và tính mỏi, oxi hóa và hydrua, áp suất khi bên trong thanh nhiên liệu và khả năng nóng chảy nhiên liệu [13, 14, 21]. Độ cháy của nhiên liệu có thể được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau như là phương pháp khối phổ kế, phương pháp phân tích hóa học hoặc là các phương pháp phân tích không phá hủy mẫu. Phương pháp khối phổ kế và phân tích hóa học có giá thành rất cao, tốn nhiều thời gian tiến hành và mẫu đo sẽ bị phá hủy [13]. Để hạn chế những nhược điểm đó, trong luận văn này, tác giả sẽ sử dụng phương pháp phân tích không phá hủy mẫu để xác định độ cháy của thanh nhiên liệu hạt nhân. Phương pháp này dựa vào việc đo đạc hoạt độ của các sản phẩm phân hạch thông qua các bức xạ gamma để xác định độ cháy nhiên liệu và các thông tin về phân bố theo trục và theo bán kính của các sản phẩm phân hạch này, cùng với sự di chuyển của chúng bên trong thanh nhiên liệu. Phương pháp cho độ chính xác cao, thời gian phân tích nhanh, giá thành rẻ và đặc biệt là giữ được sự toàn vẹn của thanh nhiên liệu [16]. Luận văn có tiêu đề là: “Xác định độ cháy của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân bằng phương pháp tỷ số đồng vị”. Bố cục của luận văn gồm ba chương: - Chương I: Cơ sở lý thuyết. - Chương II: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu. - Chương III: Kết quả và thảo luận. Trong luận văn có sử dụng 44 đồ thị, hình vẽ và 16 bảng biểu. ĐINH VĂN THÌN 1
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Độ cháy và mối liên hệ với các đại lƣợng quan trọng trong lò phản ứng hạt nhân. 1.1.1. Độ cháy. Độ cháy được định nghĩa là tổng năng lượng nhiệt được tạo ra trên một đơn vị khối lượng vật liệu phân hạch ban đầu trong lò phản ứng. Đơn vị thường được dùng đối với độ cháy là MWd/kg hoặc GWd/t, đơn vị này được sử dụng trong trường hợp chúng ta muốn nhấn mạnh đến khía cạnh tạo ra nhiệt của nhiên liệu. Độ cháy của nhiên liệu hạt nhân được xác định theo phương trình [16]: Ef BU  N f  (1.1) mHM Độ cháy liên hệ với công suất nhiệt của lò phản ứng theo không gian và thời r r P ( r, t )  t gian như sau [22]: BU  r , t   mHM (1.2) Ngoài ra, độ cháy còn được định nghĩa theo đơn vị phần trăm như sau [14]: Nf BU  100  (1.3) N HM Ở đây: BU là độ cháy của nhiên liệu; Nf là số phản ứng phân hạch đã xảy ra trong nhiên liệu; NHM và mHM lần lượt là số hạt nhân và khối lượng của nguyên tố r nặng có mặt trong nhiên liệu tại thời điểm ban đầu; P( r, t ) là công suất nhiệt tại vị trí r và thời điểm t bất kỳ. 1.1.2. Liên hệ giữa độ cháy và các đại lƣợng quan trọng trong lò phản ứng hạt nhân. 1.1.2.1. Các đại lƣợng nhiệt động học. Tốc độ sinh nhiệt thể tích trong một viên nhiên liệu [22]: ĐINH VĂN THÌN 2
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015  r r r q '''  r    E f N  r   f  En    r , En  dEn (1.4) 0 Công suất tuyến tính của một viên nhiên liệu [22]: 1 r q'   q '''  r dV (1.5) L V Thông lượng nhiệt trung bình đi qua bề mặt thanh nhiên liệu [22]: 1 r q ''   q '''  r  dV (1.6) 2 RL V Công suất nhiệt toàn phần của tâm lò [22]: N r P    q '''  r  dV (1.7) i 1 Vi Độ cháy của một viên nhiên liệu liên hệ với tốc độ sinh nhiệt thể tích, công suất tuyến tính và thông lượng nhiệt đối với một viên nhiên liệu được xác định như sau: 1  r  q ' Lt q '' 2 RLt BU i    q '''  r  dV   t   (1.8) mHM  V  m mHM  i  HM Độ cháy sẽ quyết định trực tiếp đến tốc độ sinh nhiệt thể tích, do đó ảnh hưởng đến quá trình dẫn nhiệt trong viên nhiên liệu [22]: r 1 T q '''  r   T  2 0 (1.9)  t k Quá trình dẫn nhiệt từ nhiên liệu ra chất tải nhiệt theo định luật Fourier: T q ''  x   k (1.10) x ĐINH VĂN THÌN 3
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 Hình 1. Dẫn nhiệt trong thanh nhiên liệu hạt nhân [22]. Thông lượng nhiệt trên lớp vỏ hình đĩa:  dT  qc ''  qb ''  q f ''  kc   kc Tb  Tm   (1.11)  dx  x  xc  kc / h    xc  xb  Thông lượng nhiệt trên lớp vỏ hình trụ:  dT  qc ''  kc  rb Tb  Tm    qb ''  kb (1.12)  dr  r rc rc rc ln  rc / rb    kc / h  Giá trị của thông lượng nhiệt sẽ quyết định trực tiếp đến quá trình sôi của chất tải nhiệt như trong hình 2: Vùng sôi hạt nhân (A-B) tạo thành cách bọt khí từ điểm tâm hóa hơi ngẫu nhiên phân bố trên bề mặt; B là điểm cháy hỏng hay còn gọi là điểm thông lượng nhiệt tới hạn; Sôi chuyển tiếp (B-C-D) các bọt khí bắt đầu ngưng tụ lại; Sôi màng (D-E) tiếp tục tạo ra các lỗ trống của hơi nước trên bề mặt và các bọt khí thoát khỏi bề mặt. Hình 2. Đường cong sôi của Ukiyama [22]. ĐINH VĂN THÌN 4
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 1.1.2.2. Các tiêu chí an toàn đối với nhiên liệu hạt nhân. Thông lƣợng nhiệt tới hạn CHF. Thông lượng nhiệt tới hạn hay còn gọi là khủng hoảng sôi mô tả về giới hạn nhiệt của các quá trình biến đổi trạng thái của chất tải nhiệt trong lò phản ứng. Trong lò phản ứng PWR thì CHF xuất hiện khi mà mật độ các bọt khí từ quá trình sôi hạt nhân tại lớp biên của thanh nhiên liệu rất lớn đến mức các bọt khí này kết tụ lại với nhau và tạo thành một lớp màng khí ngay tại bề mặt của thanh nhiên liệu. Hệ số truyền nhiệt từ thanh nhiên liệu qua lớp màng này có giá trị nhỏ hơn nhiều lần khi so sánh với hệ số truyền nhiệt qua chất lỏng. Sự xuất hiện của CHF sẽ kéo theo sự tăng lên nhanh chóng giá trị nhiệt độ tại lớp vỏ thanh nhiên liệu. Tại điều kiện nhiệt độ này thì quá trình oxi hóa hoặc là nóng chảy lớp vỏ thanh nhiên liệu sẽ sảy ra nhanh chóng, dẫn tới phá hỏng lớp vỏ [21]. Trong PWR, thông lượng nhiệt tới hạn này được đặc trưng bởi khoảng cách tính từ điểm sôi hạt nhân DNBR, chính bằng tỷ số của CHF với giá trị thông lượng nhiệt tại một điểm trên thanh nhiên liệu. Tương tự đối với lò BWR thì giá trị CHF được đặc trưng bởi giá trị tỷ số công suất tới hạn CPR, chính bằng tỷ số của thông lượng nhiệt tới hạn với giá trị thông lượng nhiệt thật sự của thanh nhiên liệu. Chúng ta có thể xác định thông lượng nhiệt tới hạn phụ thuộc vào áp suất và tốc độ dòng chảy của chất tải nhiệt. Giá trị DNBR chính là giới hạn an toàn đối với thanh nhiên liệu trong quá trình vận hành, giới hạn này cho phép xác định được sự phá hỏng của nhiên liệu. CHF sẽ liên quan đến từng kiểu thanh nhiên liệu cụ thể thông qua các thông số như áp suất, vận tốc dòng khối, chất lượng dòng chảy. Giới hạn an toàn DNBR thường lấy xấp xỉ 1.15, giới hạn này sẽ đảm bảo sự toàn vẹn của thanh nhiên liệu. Ngoài ra, chúng ta còn sử dụng thêm 1 giới hạn an toàn nữa là CPR/DNB để đặc trưng cho quá trình tăng lên của thông lượng nhiệt trong điều kiện vận hành không ổn định. Khi mà giá trị của tốc độ sinh nhiệt tuyến tính LHGR được đưa ra, thì hệ số truyền nhiệt của thanh nhiên liệu bị oxi hóa có bề mặt nhám sẽ tăng lên so với thanh nhiên liệu có bề mặt trơn. Đặc tính truyền nhiệt của thanh nhiên liệu bị ảnh hưởng nhiều bởi các lớp oxi hóa của các đồng vị nặng. Quá trình này xảy ra ở ĐINH VĂN THÌN 5
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015 lớp vỏ khi mà giá trị độ cháy tăng lên. Khi đó thì sự biến đổi cấu trúc và vật liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính truyền nhiệt. Để tính toán được tính toàn vẹn của lớp vỏ nhiên liệu thì chúng ta cần xem xét ba đại lượng đó là [21]: - Khoảng thời gian của quá trình chuyển tiếp sôi. - Hệ số truyền nhiệt của bề mặt lớp vỏ với chất tải nhiệt sau quá trình chuyển tiếp sôi. - Khoảng thời gian làm mát trở lại đối với lớp vỏ. Bảng 1: Giá trị giới hạn an toàn của một số nước đang sử dụng [21]. Quốc gia Loại tiêu chí Giá trị Quốc gia Loại tiêu chí Giá trị Phần Lan DNB 1.33 Nhật Bản DNB 1.17 CPR 1.06 CPR 1.06 Pháp CHF 1.17;1.30 Hà Lan DNB 1.30 Đức DNB 1.15 Thụy Điển DNB 1.17 CPR 1.09 CPR 1.06 Hungary DNB 1.33 Thụy Sĩ DNB 1.15-1.45 CPR 1.06 Hệ số độ phản ứng. Hệ số độ phản ứng liên quan tới các tiêu chí an toàn của lò phản ứng nước nhẹ, chúng ta xem xét đến hệ số nhiệt độ của chất làm chậm hoặc là các hệ số độ phản ứng âm. Các hệ số độ phản ứng sẽ phụ thuộc vào năm đại lượng sau [21]: - Nhiệt độ của nhiên liệu T f . - Nhiệt độ của chất làm chậm Tm . - Thành phần thể tích của hơi nước trong chất tải nhiệt µ. - Áp suất của hệ thống Ps . - Hàm lượng của boron. ĐINH VĂN THÌN 6
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC_2015  Chúng ta xét đến nhiệt độ của nhiên liệu thông qua hiệu ứng Doppler , T f ở đây  là độ phản ứng và thể hiện ngay lập tức giá trị năng lượng được tạo thành trong nhiên liệu. Hằng số thời gian của nhiên liệu (cỡ vài giây) sẽ phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt dung riêng của nhiên liệu, bởi vì nó sẽ làm ảnh hưởng đến thời gian trễ của các thay đổi về nhiệt độ của chất làm chậm và hệ số rỗng. Do vậy mà hệ số nhiệt độ của nhiên liệu sẽ phụ thuộc vào độ giàu và độ cháy của nhiên liệu. Tuy nhiên, sự phụ thuộc của hệ số nhiệt độ của nhiên liệu vào độ cháy là không đáng kể đối với lò phản ứng nước nhẹ. Hệ số nhiệt độ của chất làm chậm Tm dẫn tới hai ảnh hưởng chính như sau: - Mật độ của nước sẽ giảm, dẫn đến hệ số rỗng tăng lên. - Làm cứng phổ của notron nhiệt, dẫn đến việc làm thay đổi tiết diện notron hiệu dụng.  Đối với lò nước áp lực PWR, sẽ nhận giá trị âm trong điều kiện vận Tm hành bình thường, nhưng sẽ nhận giá trị dương tại điều kiện nhiệt độ thấp. Do hàm  lượng boron giảm tại cuối chu trình nhiên liệu nên sẽ dẫn tới giá trị của càng Tm nhận giá trị nhỏ hơn. Điều này gây ra ảnh hưởng lớn trong các tai nạn như vỡ đường ống dẫn hơi, bởi vì khi đó lò phản ứng sẽ sinh ra công suất lớn hơn. Đối với lò nước sôi BWR, áp suất của hệ thống sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ bão hòa của chất làm chậm, sụt áp trong hệ thống sẽ gây ra sự tăng cường bọt khí trong nước. Điều này dẫn đến sự thay đổi độ phản ứng âm trong lò. Khi hệ số rỗng có giá trị đáng kể sẽ dẫn tới việc áp suất trong lò tăng lên đột ngột. Đây là nguyên nhân chính làm ngắt tua bin ra khỏi hệ thống. Độ giàu nhiên liệu. Độ giàu 5% được sử dụng để đảm bảo tính tới hạn khi chế tạo, xử lý và vận chuyển. Độ giàu ảnh hưởng trực tiếp đến độ cháy, muốn có độ cháy cao hơn thì chúng ta cần độ giàu phải cao hơn tương ứng. Chúng ta luôn mong muốn chế tạo ĐINH VĂN THÌN 7

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.