Luận văn tốt nghiệp: Tìm hiểu và tính toán các thông số cơ bản của lò phản ứng hạt nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN GVHD: ThS. Nguyễn Đình Gẫm SVTH: Nguyễn Hà Kim Loan Niên khóa: 2006 – 2011 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4, 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN GVHD: ThS. Nguyễn Đình Gẫm SVTH: Nguyễn Hà Kim Loan Ngành: Sư phạm Vật lý Mã số: 102 Niên khóa: 2006 – 2011 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4, 2011 LỜI MỞ ĐẦU Từ khi lò phản ứng đầu tiên trên thế giới đạt trạng thái tới hạn tại Chicago vào ngày 2 tháng 12 năm 1942, một số lượng lớn các lò phản ứng hạt nhân đã được thiết kế và xây dựng vì nhiều mục đích khác nhau như: sản xuất điện, chiếu xạ y học, nghiên cứu, sản xuất nhiên liệu phân hạch, tạo sức đẩy trong tàu thuyền, máy bay, tên lửa, vệ tinh,… Như vậy, việc sử dụng và đưa vào hoạt động các lò phản ứng hạt nhân nói chung hay các nhà máy điện hạt nhân nói riêng rất quan trọng đối với cuộc sống. Ở các nước trên thế giới, sự phát triển lò phản ứng hạt nhân cũng như nhà máy điện hạt nhân đã đạt đến trình độ kỹ thuật tiên tiến. Riêng ở Việt Nam, ngoài lò phản ứng hạt nhân ở Đà Lạt, chúng ta chỉ mới bắt đầu phát triển, nghiên cứu và sắp tới sẽ tiến hành xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Ninh Thuận. Để tính toán, thiết kế lò phản ứng hạt nhân, ta cần phải biết các thông số đặc trưng của lò. Sau khi thiết kế và lắp ráp lò, cần phải xác định bằng thực nghiệm các thông số vật lý lò. Với đề tài “TÌM HIỂU VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN”, em mong rằng luận văn này sẽ mang lại cho mọi người những kiến thức cơ bản về vật lý lò. Và có thể trong tương lai, khi lò phản ứng hạt nhân và nhà máy điện hạt nhân trở nên rất phổ biến, những kiến thức này sẽ được dạy ở trường phổ thông. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đình Gẫm đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường và khoa vật lý trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp kiến thức trong thời gian học tập tại trường và tạo điều kiện cho em được làm luận văn. Cảm ơn các bạn bè đã ủng hộ, động viên trong thời gian làm luận văn. Con xin cảm ơn ba mẹ đã nuôi dạy để con có được kết quả ngày hôm nay. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng vì kiến thức còn hạn hẹp và đề tài được thực hiện trong một thời gian ngắn, nên em không thể trình bày một cách sâu sắc những vấn đề liên quan đến lò phản ứng hạt nhân. Kính mong nhận được ý kiến góp ý, phê bình và xây dựng của các thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn. MỤC LỤC 0T ỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................3 0T ỤC LỤC................................................................................................................4 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂNT0 ..................................7 CHƯƠNG 1: NĂNG LƯỢNG TỪ PHẢN ỨNG PHÂN HẠCHT0............................7 0 .1. Phản ứng phân hạch hạt nhân................................................................................7 0T .1.1. Thế nào là phản ứng phân hạch hạt nhânT0 .............................................................7 0T .1.2. Phản ứng dây chuyền...........................................................................................7 0T .2. Khối lượng tới hạn...................................................................................................8 0T .3. Năng lượng phân hạch hạt nhân.............................................................................9 1.3.1 Năng lượng liên kết và năng lượng liên kết riêng của hạt nhân0T .............................9 1.3.2 Sự phân hạchT0 ......................................................................................................10 0 .3.3 Động năng của các mảnh vỡ phân hạchT0 ..............................................................11 T0 .3.4 Năng lượng phát ra sau sự kiện phân hạch0T ..........................................................12 1.3.5 Năng lượng tỏa ra từ phản ứng phân hạch 0T 235 .................................................12 T0 .4. Sự tương đương năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch và nhiên liệu hạt nhân.....13 CHƯƠNG 2: LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN.........................................................14 2.1. Lò phản ứng hạt nhân ...........................................................................................14 2.2. Cấu tạo chungT0 ........................................................................................................14 2.3. Nguyên tắc hoạt động0T ............................................................................................16 2.4. Phân loại lò phản ứngT0 ............................................................................................17 0T .4.1 Phân loại các lò phản ứng theo mục đích sử dụng: gồm 2 nhóm.........................17 T0 .4.2 Phân loại các loại lò phản ứng theo đặc trưng vật lýT0 ...........................................18 T0 .4.3 Phân loại lò theo đặc trưng kỹ thuật....................................................................19 T0 HƯƠNG 3: CHU TRÌNH SỐNG CỦA NEUTRONT0..........................................20 3.1. Các neutron sinh ra từ phản ứng phân hạch........................................................20 3.2. Chu trình sống của neutron...................................................................................21 0 .2.1. Thừa số phân hạch nhanh..................................................................................21 3.2.2. Xác suất tránh hấp thụ cộng hưởng....................................................................21 T .2.3. Xác suất tránh rò đối với neutron nhanh0T ............................................................22 0 .2.4. Xác xuất tránh rò đối với neutron nhiệtT0 .............................................................22 0T .2.5. Hệ số sử dụng neutron nhiệt f...........................................................................22 0T .2.6. Hệ số sinh neutron.............................................................................................22 CHƯƠNG 4: LÒ PHẢN ỨNG TÁI SINH............................................................25 0T .1 Quá trình hình thành 239P T0 ....................................................................................25 0 .2 Quá trình hình thành 233P 0T ......................................................................................25 T .3 Hệ số tái sinh...........................................................................................................25 4.4 Hệ số chuyển đổiT0 .....................................................................................................26 T0 .5 Thời gian nhân đôi TR R.............................................................................................27 T HẦN 2: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂNT0 .......28 CHƯƠNG 5: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN...........................................................28 0 .1 Tiết diện hiệu dụngT0 .................................................................................................28 0T .1.1 Tiết diện hiệu dụng vi mô (tiết diện vi mô)T0 .........................................................28 0 .1.2 Tiết diện hiệu dụng vĩ môT0 ...................................................................................29 5.1.3 Tiết diện hạt nhân phụ thuộc vào năng lượng hay vận tốc của neutron0T ...............30 0T .2 Tỉ lệ tương tác trong biaT0 .........................................................................................32 T0 .3 Thông lượng neutron..............................................................................................33 5.3.1 Thông lượng neutron từ một chiềuT0 .....................................................................33 5.3.2 Thông lượng neutron từ nhiều chiềuT0 ...................................................................33 5.4 Sự làm chậm neutron..............................................................................................34 5.4.1 Cơ chế làm chậm................................................................................................34 5.4.2 Tham số va chạm T0 ξ ...........................................................................................35 5.4.3 LethargyT0 .............................................................................................................35 T .4.4 Số va chạm ST0 ......................................................................................................36 0T .5 Chu kì lò phản ứng.................................................................................................37 5.6 Chu kỳ nhiên liệu trung bình.................................................................................39 T HƯƠNG 6: LÝ THUYẾT KHUẾCH TÁN NEUTRON0T ...................................40 0T .1 Khuếch tán neutron0T ................................................................................................40 6.1.1 Độ dài dịch chuyển.............................................................................................40 6.1.2 Mật độ dòng neutronT0 ..........................................................................................41 6.1.3 Định luật Fick ....................................................................................................43 0T .1.4 Sự rò neutron......................................................................................................44 0T .2 Phương trình khuếch tán neutron.........................................................................44 6.2.1 Phương trình khuếch tánT0.....................................................................................44 T0 .2.2 Các điều kiện biên0T ..............................................................................................45 T .3 Độ dài khuếch tán...................................................................................................47 0 .4 Tổng hợp quá trình khuếch tán và làm chậm neutron .........................................48 T0 .4.1 Quá trình khuếch tán (ứng với thời gian khuếch tán tRktR)T0 ......................................48 6.4.2 Quá trình làm chậm (ứng với thời gian làm chậm tRchR)T0 .........................................48 6.5 Sự phản xạ neutron.................................................................................................49 6.6 Phương trình khuếch tán đối với một nhóm neutron ...........................................50 6.6.1 Phương trình và nghiệm của nóT0 ..........................................................................50 ... - tailieumienphi.vn