1. Trang Chủ
  2. Vật lý
  3. Lò phản ứng hạt nhân (tiếp theo)

Lò phản ứng hạt nhân (tiếp theo)

Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân hạch để thu được năng lượng nhiệt do phản ứng phân hạch tạo ra. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ: Chương 3 - Lò phản ứng hạt nhân (tiếp theo) TS. Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐH Bách Khoa TP. HCM 01/2011 1. Cấu trúc lò phản ứng hạt nhân Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân hạch để thu được năng lượng nhiệt do phản ứng phân hạch tạo ra. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu

Thể loại Tài liệu miễn phí Vật lý

Số trang 19

Ngày tạo 8/29/2018 8:36:13 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước

Tên tệp

Tải Lò phản ứng hạt nhân (tiếp theo) (.pdf)

Xem mẫu

  1. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ: Chương 3 - Lò phản ứng hạt nhân (tiếp theo) TS. Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐH Bách Khoa TP. HCM 01/2011 1. Cấu trúc lò phản ứng hạt nhân Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân hạch để thu được năng lượng nhiệt do phản ứng phân hạch tạo ra. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 1
  2. Các yếu tố cấu thành lò phản ứng bao gồm: 1) Nhiên liệu hạt nhân tạo ra sự phân hạch. 2) Chất làm chậm với chức năng làm giảm tốc độ của các nơtron sinh ra từ phản ứng phân hạch để dễ dàng tạo ra sự phân hạch tiếp theo. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 3) Chất tải nhiệt với chức năng thu nhiệt sinh ra do phân hạch hạt nhân từ tâm lò phản ứng để chuyển ra bộ phận bên ngoài. 4) Các thanh điều khiển để điều chỉnh quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 2
  3. 2. Lò phản ứng hạt nhân sử dụng nhiên liệu gì ? Nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân có thể sử dụng các chất có khả năng phân hạch như Uranium hoặc Plutonium. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 Uranium tự nhiên chỉ chứa 0,7% U-235 phân hạch nên chỉ sử dụng làm nhiên liệu cho lò phản ứng hấp thu nơtron và sử dụng chúng một cách hiệu quả như lò nước nặng. Hoặc lò phản ứng làm nguội bằng khí và dùng chất làm chậm là than chì. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 3
  4. - Nước nhẹ có thể dễ điều chế và rẻ tiền nhưng khả năng hấp thu nơtron không hiệu quả nên không thể sử dụng Uranium tự nhiên làm nhiên liệu cho lò phản ứng nước nhẹ. - Lò phản ứng nước nhẹ sử dụng nhiên liệu Uranium được làm giàu trên dưới 4% ở dạng ôxit Uranium. -Còn Plutonium thì thích hợp làm nhiên liệu cho lò phản ứng tái sinh nhanh. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 3. Chất làm chậm của lò phản ứng là gì ? Để dễ dàng tạo ra phản ứng phân hạch hạt nhân dây chuyền, cần phải hãm bớt tốc độ của nơtron tố c độ cao thành nơtron nhiệt. vật liệu làm chậm nơtron được gọi là chất làm chậm. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 4
  5. Tính chất của chất làm chậm như sau: 1) Hấp thu nơtron hiệu quả. 2) Giảm tốc độ của nơtron với hiệu suất cao Vật liệu thích hợp cho chất làm chậm thường là những nguyên tố có số nguyên tử nhỏ. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 Các loại chất làm chậm thông thường: 1. Nước nhẹ (nước thông thường) có hiệu suất làm chậm rất tốt, giá thành rẻ. Nhưng có nhược điểm là hấp thu nơtron một cách lãng phí. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 5
  6. 2. Nước nặng cũng có hiệu suất làm chậm tốt do không hấp thu nơtron một cách lãng phí nên có thể nói đây là chất giảm tốc lý tưởng. Nhưng giá thành rất cao và khó điều chế. 3. Than chì (Graphite) tuy hiệu suất làm chậm thấp nhưng lại ít hấp thu nơtron và giá tương đối rẻ. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 4. Chất tải nhiệt của lò phản ứng là gì ? Chất thu nhiệt sinh ra trong lò phản ứng và chuyển ra bên ngoài được gọi là chất tải nhiệt. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 6
  7. - Lò phản ứng nước nhẹ sử dụng chất tải nhiệt là nước nhẹ. - Lò nước nặng sử dụng chất tải nhiệt là nước nặng. - Lò khí sử dụng chất tải nhiệt là khí CO2 hoặc Heli. - Lò tái sinh nhanh sử dụng chất tải nhiệt là Natri. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 5. Chất điều khiển của lò phản ứng là gì ? Chất điều khiển có tác dụng điều chỉnh công suất của lò phản ứng (tốc độ phản ứng phân hạch) và có khả năng hấp thu nơtron. Chất điều khiển được sử dụng phổ biến là Boron hoặc Cadmium. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 7
  8. 6. Nguyên tắc hoạt động của lò phản ứng - Khi hạt nhân vỡ ra thì trung bình có 2,5 nơtron nhanh bắn ra. Nếu dùng chất làm chậm nơtron để năng lượng nơtron giảm đến mức trở thành nơtron nhiệt (0,1-0,01eV) Thì có thể dùng uranium thiên nhiên làm giàu U- 235 để thực hiện phản ứng dây chuyền. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 Tính chất trên được dùng trong lò phản ứng hạt nhân chạy bằng nhiên liệu phân hạch với nơtron chậm (U-235, P-239 và U-233). Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 8
  9. - Trong một lò phản ứng hạt nhân, các thanh uranium thiên nhiên hay plutonium rất mỏng được xếp xen kẽ các lớp khá dày của chất làm chậm tạo thành vùng hoạt động mà trong đó xảy ra phản ứng dây chuyền. Như vậy, nơtron nhanh sinh ra do phản ứng phân hạch, sẽ bị giảm tốc đến vận tốc nhiệt trong chất làm chậm. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 - Muốn điều chỉnh hoạt động của lò mạnh lên hay yếu đi thì dùng các thanh cadimi có đặc tính hấp thụ mạnh nơtron nhiệt: * Muốn lò chạy yếu đi thì cho dồn những thanh cadimi vào lò. * Muốn lò chạy mạnh lên thì rút dần ra, để bảo đảm hệ số nhân nơtron luôn luôn bằng đơn vị (k = 1). Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 9
  10. • Một dòng nước thường sẽ nhận nhiệt nóng trong buồng trao đổi nhiệt và biến thành hơi. Hơi nước sẽ kéo tuabin của máy phát điện rồi về buồn ngưng hơi và trở về buồng trao đổi nhiệt. • Chất tải nhiệt chạy theo chu trình từ lò đến buồng trao đổi nhiệt về lò nhờ vào hệ thống bơm đặc biệt. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 - Lò phản ứng có hệ thống điều khiển và bảo vệ: * Hệ điều khiển: dùng để khởi động, làm dừng hoặc thay đổi công suất lò phản ứng. * Hệ bảo vệ: bảo đảm sự an toàn phóng xạ. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 10
  11. Thanh điều khiển Vỏ kim loại Thanh Uranium Thành bảo vệ phóng xạ Chất phản xạ bằng Graphite Đường ống làm Chất làm chậm thí nghiệm Ống làm lạnh Nguyên lý lò phản ứng hạt nhân Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 7. Phân loại lò phản ứng 1. Phân loại theo mục đích sử dụng với nhiên liệu, chất tải nhiệt, chất làm chậm khác nhau. * Nghiên cứu khoa học * Cung cấp năng lượng nguyên tử * Sản xuất nhiên liệu hạt nhân Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 11
  12. 2. Phân loại theo năng lượng nơtron gây ra phản ứng phân hạch: * Lò phản ứng nơtron nhiệt: nơtron nhiệt có năng lượng ở lân cận 0,025eV. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 * Lò phản ứng nơtron trung gian: nơtron trung gian có năng lượng trong khoảng 1keV- 100keV * Lò phản ứng nơtron nhanh: nơtron nhanh có năng lượng lớn hơn 100keV. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 12
  13. • Nhiên liệu urani giàu U235, Pu239, U233 được sử dụng cho các lò nơtron chậm. • U233, Th232 được sử dụng cho các lò nơtron nhanh. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 • Chất làm chậm thường dùng là: graphit, nước nặng. • Chất tải nhiệt có thể là: nước nặng, kim loại lỏng natri, kali, bismut, chì, thủy ngân, … Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 13
  14. 8. Nguyên lý điều khiển lò phản ứng hạt nhân • Các hiệu ứng làm cho lò ra khỏi trạng thái tới hạn được chia thành 2 loại, tùy theo mức độ kéo dài về thời gian tác động của các hiệu ứng này. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 • Để đặc trưng cho mức độ lò ra khỏi trạng thái tới hạn độ phản ứng của lò: k −1 ρ= k Trong đó: k là một hệ số nhân Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 14
  15. Hệ số nhân (độ phản ứng) k có thể thay đổi do một trong hai lý do sau đây: 1. Sự thay đổi trung bình của các nơ trôn nhiệt và do đó ảnh hưởng đến tiết diện hiệu dụng tán xạ và hấp thụ. 2. Sự thay đổi mật độ các vật liệu kết cấu trong lò, nghĩa là sự thay đổi độ dài khuyếch tán, kích thước lò, . . . Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 ρ = 0: lò ở trạng thái tới hạn • k=1 ρ > 0: lò ở trạng thái trên tới hạn • k>1 ρ < 0: lò ở trạng thái dưới tới hạn • k
  16. • Các hiệu ứng nhiệt độ của độ phản ứng • Các thay đổi ngẫu nhiên vì lý do này hay lý do khác • Các tác động cố ý tới độ phản ứng nhằm nâng cao hoặc hạ thấp công suất Mang tính chất ngắn hạn được gọi chung là động lực lò. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 • Ngoài ra, nếu xét chung cả lò với tất cả các phần hệ còn lại đòi hỏi phải chú ý đến: -Các tính chất nhiệt động của các chất lỏng hay chất khí được dùng để làm chất trao đổi nhiệt. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 16
  17. -Việc lấy năng lượng ra khỏi lò ở các nhà máy điện nguyên tử. -Tính chất diễn biến của các bộ phận khác nhau còn lại của hệ lò. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 • Công suất của lò phản ứng hạt nhân được quyết định bởi tốc độ diễn ra quá trình phân hạch. Trong một lò cụ thể nào đó, tốc độ này tỉ lệ với lượng chất phân hạch và mật độ nơtron trung bình. Thay đổi mật độ nơtron trung bình thay đổi mức công suất của lò. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 17
  18. • Nghiên cứu diễn biến của lò, sử dụng: khái niệm mật độ nơtron trong lò khái niệm công suất của lò ở một thời điểm nào đó. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 • Việc điều khiển lò được thực hiện bằng cách thay đổi giá trị của thông lượng nơtron trong lò. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 18
  19. • Có thể thay đổi thông lượng nơtron trong lò bằng 2 cách: – Đưa vào hoặc rút bớt ra khỏi vùng hoạt động của lò các chất hấp thụ mạnh nơtron, chẳng hạn như chất Bo. – Đưa lại gần vùng hoạt hay đưa ra xa vùng hoạt một chất phản xạ nơtron nào đó. Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 HẾT PHẦN 2 - CHƯƠNG 3 Nhà máy điện nguyên tử - TS. Huỳnh Châu Duy Chương 3 – Lò phản ứng hạt nhân – phần 2 19
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học