BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
------------------------------------
NGUYỄN KIÊN CƯỜNG
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VẬT LÝ, THỦY NHIỆT VÀ QUẢN LÝ
VÙNG HOẠT ĐỂ VẬN HÀNH AN TOÀN VÀ SỬ DỤNG HIỆU QUẢ
LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT
LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ
HÀ NỘI – 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
1
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
------------------------------------
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VẬT LÝ, THỦY NHIỆT VÀ QUẢN LÝ
VÙNG HOẠT ĐỂ VẬN HÀNH AN TOÀN VÀ SỬ DỤNG HIỆU QUẢ
LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT
LUẬN ÁN TIẾN SỸ
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Mã số: 9.44.01.06
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN NHỊ ĐIỀN
HÀ NỘI - 2023
2
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Sau khi thực hiện thành công việc chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu
độ giàu thấp vào tháng 11 năm 2011, các chương trình tính toán xác định các
thông số vật lý, thủy nhiệt cũng như phân tích an toàn chi tiết, tính toán cháy
nhiên liệu để quản lý vùng hoạt và nhiên liệu rất cần thiết phải được hiệu lực
hóa và đưa vào sử dụng. Các chương trình tính toán có vai trò quan trọng trong
việc tính toán thiết kế các thí nghiệm, thay đảo nhiên liệu phục vụ cho vận hành
an toàn và khai thác có hiệu quả Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (PƯHNĐL).
Việc hiệu lực hóa các chương trình tính toán liên quan đến vật lý và
thủy nhiệt được tiến hành và thể hiện chi tiết trong các kết quả của luận án. Các
thông số đặc trưng vật lý, an toàn thủy nhiệt ở trạng thái vận hành ổn định được
xác định cho vùng hoạt sử dụng 92 bó nhiên liệu (BNL) độ giàu thấp.
Các nghiên cứu tính toán phân tích an toàn cho Lò PƯHNĐL trước đây
chỉ tập trung chính vào sử dụng mô hình tính toán động học Lò điểm nên khó
3
phản ảnh việc ảnh hưởng đến không gian, cũng như thay đổi độ phản ứng của
thanh điều khiển đưa vào như bù trừ hoặc tự động. Chương trình PARCS có
khả năng tính toán động học 3 chiều, nhiều nhóm năng lượng neutron có kết
hợp thủy nhiệt nên được sử dụng trong cả phân tích an toàn. Hằng số nhóm cho
chương trình PARCS được chuẩn bị từ chương trình Serpent 2 hoặc các chương
trình tính toán ô mạng khác như PIJ (SRAC) hay GENMAXS.
Với cấu trúc hình học phức tạp như Lò PƯHNĐL khi có mặt các kênh
ngang, cột nhiệt, tính toán cháy nhiên liệu dựa vào các chương trình sử dụng
phương pháp Monte Carlo thường cho kết quả hợp lý, tin cậy về thông lượng,
tốc độ phản ứng cũng như hệ số nhân hiệu dụng. Kết hợp với module tính toán
cháy nhiên liệu có tích hợp tính toán nhiễm độc berily, chương trình MCDL
(Monte Carlo Depetion Light water reactor) được phát triển, đáp ứng yêu cầu
về chính xác với sai số 10-12 đối với nồng độ hạt nhân. Dễ dàng sử dụng với khả
năng thay đổi vị trí thanh điều khiển trong quá trình tính toán cháy, cũng như
có báo cáo tổng hợp các vùng và BNL theo bước thời gian tính cháy.
Thông qua kết quả nghiên cứu, định hướng nghiên cứu tiếp theo tập
trung vào việc kết hợp tính toán động học 3 chiều cùng với chương trình tính
toán thủy nhiện mô tả được cả hệ thống như chương trình RELAP5. Từ đó có
thể áp dụng tốt cho phân tích an toàn của Lò PƯHNĐL cũng như Lò phản ứng
nghiên cứu mới công suất cao đa mục tiêu trong tương lai.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu
Các kết quả nghiên cứu chính từ luận án đã có những đóng góp như sau:
- Tính toán vật lý và thủy nhiệt trong quản lý vùng hoạt và nhiên liệu đối
với Lò PƯHNĐL để vận hành an toàn và khai thác hiệu quả. Đặc biệt
là việc đánh giá, xác định được các thông số vật lý đặc trưng của vùng
hoạt sau các đợt vận hành dài ngày cũng như thay đảo nhiên liệu.
- Sử dụng chương trình động học 3 chiều PARCS khảo sát và đánh giá
an toàn Lò PƯHNĐL trong tình huống chuyển tiếp và sự cố độ phản
ứng. Kết quả nghiên cứu này là tiền đề để tiến hành việc kết hợp với
chương trình RELAP5 nhằm có thể có được phân tích an toàn chính
4
xác hơn cho Lò PƯHNĐL cũng như Lò nghiên cứu mới trong tương
lai.
- Xây dựng chương trình tính toán cháy nhiên liệu có ghép nối với tính
toán nhiễm độc berily đồng thời có thể cập nhật được chương trình
MCNP và thư viện tính toán để áp dụng cho Lò PƯHNĐL trong việc
xác định phân bố cháy nhiên liệu ba chiều. Chương trình được sử dụng
nhằm mục tiêu chính là quản lý nhiên liệu, tính toán các phương án
thay đảo nhiên liệu và áp dụng tốt cho Lò PƯHNĐL cũng như Lò phản
ứng có vật liệu berily trong vùng hoạt.
Kết hợp với hoạt động của Trung tâm tính toán, các chương trình tính
toán này được dùng là bộ công cụ chính cho công tác quản lý vùng hoạt và
nhiên liệu Lò PƯHNĐL. Ngoài ra, bộ chương trình này sẽ sử dụng trong tính
toán thiết kế và phân tích an toàn cho Lò nghiên cứu mới công suất cao đa mục
tiêu.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Các chương trình tính toán quản lý vùng hoạt và nhiên liệu xác định
các thông số vật lý và an toàn thủy nhiệt đối với các lò phản ứng nghiên cứu
luôn được quan tâm do ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tính toán thiết kế
cũng như đảm bảo an toàn trong vận hành, hiệu quả trong khai thác sử dụng.
Các chương trình tính toán Vật lý hiện nay phát triển theo xu hướng dùng
phương pháp Monte Carlo vì sẽ có kết quả chính xác, hơn nữa tài nguyên máy
tính hiện này đáp ứng tốt về nhu cầu sử dụng. Tuy nhiên, các chương trình
dùng các phương pháp tất định vẫn còn nguyên giá trị khi cần thiết phải có kết
quả nhanh hoặc phải tính toán với số lượng lớn như trong tính toán động học,
tối ưu thay đảo nhiên liệu. Các chương trình tính toán được áp dụng cho hầu
hết các lò phản ứng nghiên cứu trên thế giới đều cần phải tiến hành hiệu lực
hóa khi so sánh với số liệu thực nghiệm hoặc kết quả từ bài toán chuẩn, chẳng
hạn như kết quả tính toán từ các chương trình Monte Carlo. Có thể thấy rằng
5
