VLHN Dalat

Vien NCHN, 19 June 2007
1
Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt
VIEÄN NGHIEÂN CÖÙU HAÏT NHAÂN ÑAØ LAÏT -
MOÄT SOÁ ÖÙNG DUÏNG ÑIEÅN HÌNH
CUÛA KYÕ THUAÄT HAÏT NHAÂN PHUÏC VUÏ PHAÙT TRIEÅN KINH TEÁ – XAÕ HOÄI
Vien NCHN, 19 June 2007
2
NộI DUNG TRìNH BàY
i. một vàI kháI niệm cơ bản
ii. Thông tin về lò phản ứng nghiên cứu
iii. Thông tin về lò phản ứng hạt nhân đà lạt
iv. một số ứng dụng đIển hình của kỹ thuật hạt nhân
v. Thay cho Lời kết
Phần phụ lục
Vien NCHN, 19 June 2007
3
I. một vài khái niệm cơ bản (1)
Các ứng dụng điển hình của Năng lượng nguyên tử:
1. Vũ khí hạt nhân:
Bom nguyên tử (bom A), tên lửa mang đầu đạn hạt nhân, v.v... (phản ứng phân hạch các hạt nhân nặng)
Bom H (phản ứng tổng hợp các hạt nhân nhẹ)
2. Điện hạt nhân (năng lượng phân hạch):
Lò phản ứng năng lượng (lò nước áp lực, lò nước sôi, lò nước nặng, lò khí graphit, lò nhanh tái sinh, v.v...)
3. Kỹ thuật hạt nhân (năng lượng bức xạ):
- Lò phản ứng nghiên cứu, nguồn phóng xạ, đồng vị phóng xạ, v.v... (các hạt bức xạ alpha, beta, gamma, neutron).
Vien NCHN, 19 June 2007
4
I. một vài khái niệm cơ bản (2)
Để quản lý việc sử dụng Năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình:
- Năm 1957 thành lập Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), có trụ sở đặt tại Vienna (Cộng hòa áo).
Việt Nam (dưới tên của Chính quyền Sài gòn cũ) là một trong 57 quốc gia gia nhập sớm nhất (vào năm 1957).
Đến cuối năm 2006, IAEA có 140 nước thành viên.
VN ký kết các Hiệp định quốc tế (NPT-Non Proliferation Treaty, 1982; International Safeguards, 1989; Early Notification of a Nuclear Accident, 1986; Assistance in the Case of a Nuclear Accident, 1987; SEANWFZ - South East Asia Nuclear Weapons Free Zone, 12/1995.
?VN chỉ được phép thực hiện 2 ứng dụng vì mục đích hòa bình là: Điện hạt nhân và Kỹ thuật hạt nhân.
Vien NCHN, 19 June 2007
5
I. một vài khái niệm cơ bản (3)
Hạt nhân nguyên tử: Năm 1911, mẫu hạt nhân của Rêgiơpho ra đời.
- Nguyên tử gồm: Hạt nhân & các điện tử (e-)
Hạt nhân gồm: Các proton (p) & các nơtron (n), hay còn gọi chung là các hạt nucleon.
Proton có điện tích dương du?c Rêgiơpho tìm ra nam 1914. Nơrton là hạt trung hòa không mang điện được J. Chadwick tìm ra nam 1932.
Điện tử: e- = 1,602x10-19 culông, me- = 9,11x10-28 g
Hạt nhân: mp = 1836 me-, mn = 1838 me-. Hạt nhân có số khối A, số proton bằng số nguyên tử Z (thứ tự trong bảng tuần hoàn), và số nơtron là N (A = Z + N).
Vien NCHN, 19 June 2007
6
I. một vài khái niệm cơ bản (4)
Hạt nhân nguyên tử:
+ Vì hạt nhân có năng lượng liên kết nên:
- Muốn tách các nucleon cần một năng lượng lớn hơn năng lượng liên kết ?.
- Các hạt nhân có Z>83 thì có ? <0, do vậy các hạt nhân này đều là hạt nhân phóng xạ phân rã alpha.
- Khi hạt nhân nặng vỡ ra thành 2 hạt nhân trung bình cũng cần năng lượng vượt năng lượng liên kết 2 hạt nhân. Trong quá trình phân rã sinh ra năng lượng dư. Mỗi phân rã do neutron tương tác với nhiên liệu hạt nhân (U-235) sinh ra năng lượng gần 200 MeV.
? Đó là cơ sở cho lò phản ứng hạt nhân, tàu ngầm nguyên tử và bom nguyên tử.
- Khi 2 hạt nhân nhẹ hợp thành một hạt nhân trung bình cũng tỏa ra năng lượng lớn gấp 6 lần so với năng lượng tỏa ra do phân rã.
? Đó là cơ sở của bom H.
Vien NCHN, 19 June 2007
7
I. một vài khái niệm cơ bản (5)
Tương tác của nơtron với hạt nhân
Vien NCHN, 19 June 2007
8
Nơtron
Gamma, alpha ...
Nơtron
Gamma, alpha, ...
Phản ứng phân chia hạt nhân
đối với U-233, U-235, U-238
Pu-239, Th-232
I. một vài khái niệm cơ bản (6)
U-233, U-235, Pu-239 phân rã
do n nhiệt (0,02 eV);
U-238, Th-232 phân rã
do n nhanh (? 1 MeV).
Vien NCHN, 19 June 2007
9
Mỗi phân hạch sinh ra kho?ng 3 nơtron (chính xác là 2.43 nơtron với phân hạch nơtron nhiệt lên 235U).
I. một vài khái niệm cơ bản (7)
Phản ứng hạt nhân dây chuyền
350 = 1025n
Vien NCHN, 19 June 2007
10
I. một vài khái niệm cơ bản (8)
nguyên lý HOạT ĐộNG của phản ứng phân hạch
Vien NCHN, 19 June 2007
11
I. một vài khái niệm cơ bản (9)
+ các đặc điểm của phản ứng phân chia hạt nhân
1. Sinh ra caực bửực xaù ion hoựa: nụtron, gamma, beta, v.v.
2. Giaỷi phoựng ra naờng lửụùng raỏt lụựn.
+ lò phản ứng hạt nhân: Laứ thieỏt bũ duy trỡ Phaỷn ửựng haùt nhaõn daõy chuye�n.
+ các loại lò phản ứng hạt nhân cơ bản:
1. Loứ nghieõn cửựu: Sửỷ duùng caực bửực xaù ion hoựa (naờng lửụùng bửực xaù) ủeồ trieồn khai caực ửựng duùng cuỷa kyừ thuaọt haùt nhaõn vaứo caực lúnh vửùc kinh teỏ.
2. Loứ naờng lửụùng: Sửỷ duùng nhieọt naờng (tửứ naờng lửụùng phaõn haùch) ủeồ saỷn xuaỏt ủieọn.
3. Lò tái sinh: n+U-238 ?P-239, n+Th-232?U-233
? Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt thuộc loại thứ 1 !
Vien NCHN, 19 June 2007
12
+ Năng lượng giải phóng khi phản ứng phân chia hạt nhân:
Mỗi phân rã tỏa ra năng lượng gần 200 MeV;
- Nhieọt lửụùng toỷa ra khi ủoỏt chaựy heỏt:
1 g U-235 ? 2.107 Kcalo
1 kg da�u diezel ? 104 Kcalo
Nhử vaọy: 1 g U-235 chaựy heỏt seừ tửụng ủửụng vụựi 2 taỏn da�u (khoaỷng 10 thuứng phuy)!
- So sánh cách khác, nhieọt lửụùng toỷa ra khi ủoỏt chaựy heỏt:
1 g U-235 ? 1 MW.d
1 g than ? 4x10-7 MW.d
Nhử vaọy: 1 g U-235 chaựy heỏt cuừng tửụng ủửụng vụựi 2,5 taỏn than !
I. một vài khái niệm cơ bản (10)
Vien NCHN, 19 June 2007
13
+ Ngày 2/12/1942, Enrico Fermi và các cộng sự của ông khẳng định khả năng điều khiển phản ứng phân hạch dây chuyền. Đó cũng là thời điểm xuất hiện LPƯ nghiên cứu đầu tiên - gọi là lò Fermi.
+ Đến nay đã có trên 675 LPƯ nghiên cứu được xây dựng
+ Thời điểm có số LPƯ vận hành nhiều nhất là năm 1975 (390 lò vận hành).
+ Hiện nay có 68 nước đã hoặc đang có LPƯ nghiên cứu với: 284 lò đang vận hành và 12 lò đang xây dựng.
+ Phân bố theo vùng như sau:
- Bắc Mỹ: 63
- Tây âu: 59
- Đông âu: 73
- Châu á: 55
- Chây Mỹ la tinh: 19
- Châu phi/ trung cận đông: 15
II. thông tin về lò phản ứng nghiên cứu (1)
Vien NCHN, 19 June 2007
14














II. thông tin về lò phản ứng nghiên cứu (2)
Vien NCHN, 19 June 2007
15














II. thông tin về lò phản ứng nghiên cứu (3)

Thống kê lò phản ứng Nghiên cứu theo khu vực
Vien NCHN, 19 June 2007
16
+ Trong 284 LPƯ nghiên cứu đang vận hành được phân theo loại LPƯ như sau:
+ Lò pool-type: 67 (23,6%)
+ Lò tank-type: 32 (11,3%)
+ Lò TRIGA-type: 40 (14,1%)
+ Lò nước nặng: 12 (4,2%)
+ Cơ cấu tới hạn: 60 (21,1%)
+ SLOWPOKE: 6 (2,1%)
+ HOMOG.: 19 (6,7%)
+ ARGONAUT: 7 (2,5%)
+ Các loại khác: 41 (14,4%)
(zero power, sodium fast, sodium cooled, LMFBR, ...)
II. thông tin về lò phản ứng nghiên cứu (4)
Vien NCHN, 19 June 2007
17
II. thông tin về lò phản ứng nghiên cứu (5)
phân loại lpư nghiên cứu theo mục đích sử dụng
Vien NCHN, 19 June 2007
18
+ Chỉ tính riêng các nước tham gia hợp tác vùng Châu á và Thái Bỡnh Dương có bức tranh như sau:

úc: 1 lò 10 MW sắp dừng, 1 lò 20 MW mới xây xong 2006;
Bangladesh: 1 vận hành 3 MW
Trung quốc: 13 vận hành, 2 xây mới (60 MW và 20 MW);
ấn độ: 4 vận hành 100 MW, 40 MW, 1 sắp xây mới
Indonesia: 3 vận hành 100 kW, 2 MW, 30 MW;
Hàn quốc: 1 vận hành 30 MW, 2 đang chờ tháo dỡ
Malaysia: 1 vận hành 1 MW;
Myanmar: sẽ có dự án LPƯNC
Pakistan: 2 vận hành 10 MW và 30 kW
Philippines: 1 đang chờ tháo dỡ
Thỏi Lan: 1 vận hành 2 MW, 1 đang xây mới 10 MW
Việt Nam: 1 vận hành tại đà Lạt 500 kW
II. thông tin về lò phản ứng nghiên cứu (6)
Vien NCHN, 19 June 2007
19
III. thông tin về lò phản ứng hạt nhân đà lạt (1)
các điểm mốc thời gian:

? 1960 - khụỷi coõng xaõy dửùng loứ TRIGA Mark II taùi ẹaứ Laùt
? 26/2/1963 - Loứ TRIGA ủaùt traùng thaựi tụựi haùn la�n ủa�u
? 4/3/1963 - Loứ TRIGA ủửụùc ủửa vaứo hoaùt ủoọng chớnh thửực ụỷ coõng suaỏt 250 kW
? Tửứ 1963-1968 - LPệ ủửụùc vaọn haứnh vụựi 3 muùc tieõu: huaỏn luyeọn caựn boọ (Training), nghieõn cửựu khoa hoùc (Research) vaứ saỷn xuaỏt ủo�ng vũ phoựng xaù (Isotope Production)
? Tửứ 1968-1974 - LPệ taùm ngửứng hoaùt ủoọng do chieỏn tranh
? Sau Hieọp ủũnh Paris ủửụùc kyự keỏt vaứo naờm 1973, giai ủoaùn 1974-1975, nhieõn lieọu cuỷa LPệ ủửụùc laỏy ra khoỷi vuứng hoaùt vaứ chuyeõn chụỷ traỷ ve� Hoa kyứ. LPệ hoaứn toaứn khoõng coứn khaỷ naờng hoaùt ủoọng.
Vien NCHN, 19 June 2007
20
III. thông tin về lò phản ứng hạt nhân đà lạt (2)
các điểm mốc thời gian:

? Theo Qẹ soỏ 64/CP ngaứy 26/4/1976, ngaứnh haùt nhaõn ủửụùc thaứnh laọp vaứ ủửụùc giao quaỷn lyự Trung taõm Nghieõn cửựu Nguyeõn tửỷ ẹaứ Laùt maứ thieỏt bũ chớnh laứ LPệ TRIGA Mark II
? 9/10/1979 - Hụùp ủo�ng soỏ 85-096/54100 ve� khoõi phuùc LPệ ủửụùc ủaùi dieọn hai nửụực Vieọt Nam vaứ Lieõn xoõ kyự keỏt
? 15/3/1982 - khụỷi coõng xaõy dửùng coõng trỡnh khoõi phuùc & mụỷ roọng LPệ haùt nhaõn ẹaứ Laùt (goùi laứ loứ IVV-9)
? 01/11/1983 - Loứ IVV-9 ủaùt traùng thaựi tụựi haùn la�n ủa�u
? 20/3/1984 - LPệ hoaùt ủoọng chớnh thửực ụỷ coõng suaỏt 500kW
? Tửứ 13/2/1985 - sau 1 naờm baỷo haứnh, 3 chuyeõn gia cuoỏi cuứng cuỷa Lieõn xoõ ve� nửụực. Vieọn NCHN hoaứn thaứnh ủaỷm nhaọn coõng taực vaọn haứnh vaứ khai thaực LPệ.
Vien NCHN, 19 June 2007
21
III. thông tin về lò phản ứng hạt nhân đà lạt (3)
lò ivv-9: cấu tạo và hoạt động

Cấu tạo:
- Là lò nghiên cứu dạng bể bơi, làm chậm nơtron và làm nguội vùng hoạt bằng nước thường
- Vùng hoạt đặt trong bể lò dưới độ sâu khoảng 5m nước
- Bể lò là một thùng nhôm hình trụ (cao 6,26m, đường kính 1,98m, dày 0,6-1cm), chứa khoảng 18m3 nước cất tinh khiết
- Vùng hoạt chứa khoảng 100 bó nhiên liệu, mỗi bó chứa khoảng 40g U-235
- Mỗi bó nhiên liệu có cấu tạo từ 3 lớp hình ống đồng trục: 2 ống bên trong hình trụ tròn, ống ngoài cùng hình trụ lục giác
- Lớp nhiên liệu mỗi ống dày 0,7mm làm bằng hợp kim nhôm-uran, tỷ lệ uran theo khối lượng là 35%. Được bao bọc bởi hai lớp nhôm bảo vệ, mỗi lớp dày 0,9mm.
Vien NCHN, 19 June 2007
22
III. thông tin về lò phản ứng đà lạt (4)
lò ivv-9: cấu tạo và hoạt động
Hoạt động:

- Hệ điều khiển gồm:
+ 3x2 kênh đo mật độ thông lượng nơtron
+ 7 thanh điều khiển làm bằng vật liệu hấp thụ mạnh nơtron
trong đó:
. 2 thanh an toàn và
. 4 thanh bù trừ làm bằng B4C
. 1 thanh điều chỉnh tự động làm bằng thép không rỉ

- Hệ tải nhiệt gồm hai vòng nối tiếp nhau qua bình trao đổi nhiệt:
+ Vòng I (sơ cấp): là hệ kín, chứa phóng xạ
+ Vòng II (thứ cấp): là hệ hở, thải nhiệt trực tiếp ra môi trường.
Vien NCHN, 19 June 2007
23
III. thông tin về lò phản ứng đà lạt (5)
Tiết diện cắt đứng
Tiết diện cắt ngang
Vien NCHN, 19 June 2007
24
III. thông tin về lò phản ứng đà lạt (6)
Sơ đồ nguyên lý của hệ tải nhiệt
Vien NCHN, 19 June 2007
25
Sơ đồ nguyên lý của lò phản ứng đà lạt
Vien NCHN, 19 June 2007
26
Mặt cắt ngang vùng hoạt lò phản ứng
Bẫy nơtron
Vành phản xạ Graphite
Mâm quay 40 hốc chiếu
31.75
Thanh nhiên liệu

Thanh điều khiển (Boron Carbide)
Thanh tự động
Khối Beryllium

Các kênh chiếu mẫu
Vien NCHN, 19 June 2007
27
Thanh nhiªn liÖu lo¹i VVr-m2
Vùng hoạt Lò phản ứng
Vien NCHN, 19 June 2007
28
CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA LPƯ
? Công suất nhiệt danh định: 500 kW
? Chất làm nguội và làm chậm: Nước thường (H20)
? Kích thước và cấu hình của vùng hoạt của lò:
- Hình trụ, đường kính 44.2 cm, cao 60 cm
- Cấu hình 88, 92, 89 bó nhiên liệu (4/1984-4/1994), 100 bó (4/1994-3/2002), 104 b� (3/2002-10/2006) và hiện nay là 106 bó.
- 7 thanh điều khiển gồm:
+ 2 thanh an toàn (B4C): 5.36$
+ 4 thanh bù trừ (B4C): 11.26$
+ 1 thanh điều chỉnh tự động (thép không rỉ): 0.49$
- Vành phản xạ bằng Beryllium và Graphite
Vien NCHN, 19 June 2007
29
CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LÒ

? 4 tuần 1 đợt 100 giờ liên tục. Trung bình mỗi năm 1250 giờ ở công suất 500 kW
? Tính đến tháng 6/2007, LPƯ đã hoạt động khoảng 30.000 giờ
? Các mục tiêu chính của LPƯ hạt nhân Đà lạt:
+ S�n xu�t ��ng v� ph�ng x�
+ Ph�n t�ch k�ch ho�t
+ Nghi�n c�u v�t l� h�t nh�n v� v�t l� l� ph�n �ng
+ ��o t�o c�n b�
Phòng điều khiển LPƯ
Vien NCHN, 19 June 2007
30
thống kê thời gian hoạt động của lò phản ứng
Vien NCHN, 19 June 2007
31
1. Về thiết kế: Hệ thống điều khiển làm việc tin cậy, dập lò khi có bất thường
2. Về mặt vận hành:
+ Bảo đảm nghiêm ngặt chế độ vận hành và khai thác LPƯ bằng các quy phạm, nội quy và quy chế
+ Bảo đảm nghiêm ngặt chế độ tải nhiệt vùng hoạt và các thông số nước làm nguội trong lò
3. Về an toàn phóng xạ: Kiểm xạ khu vực, kiểm tra liều phóng xạ tại các vị trí quan trọng, lọc khí phóng xạ trước khi thải ra môi trường, quản lý nghiêm ngặt các loại thải phóng xạ lỏng và rắn.
4. Về an toàn hạt nhân: Hệ thống che chắn và giam giữ chất phóng xạ: theo cơ chế bảo vệ nhiều tầng nhờ 3 lớp rào chắn:
- Vỏ bọc nhiên liệu
- Thùng lò, hệ tải nhiệt vòng 1 và thành bê tông
- Nhà lò phản ứng bằng bê tông cốt thép.
Các biện pháp đảm bảo an toàn cho lò phản ứng
Vien NCHN, 19 June 2007
32
Uranium
Các lớp bảo vệ của lò phản ứng