Hệ Mô Phỏng Lò Phản Ứng OPR1000 và Các Bài Thực Hành

Chuyên khảo phân tích Nguyễn an sơn opr1000 và các bài thực hành mô phỏng nhà xuất bản đại học quốc gia tp hồ chí minh, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu

• Tác giả: Nguyễn An Sơn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đức Hòa
• Trường học: Trường Đại học Đà Lạt
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hạt nhân
• Đề tài: Hệ Mô Phỏng Lò Phản Ứng OPR1000: Thực Hành và Ứng Dụng trong Kỹ Thuật Hạt Nhân
• Loại tài liệu: sách
• Địa điểm: Đà Lạt

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN
• 1.1. Tổng quan về các loại LPU hạt nhân
• 1.2. Lò sử dụng khí để làm mát
• 1.3. LPU hạt nhân OPR1000
• 1.4. Mô tả thiết kế loại lò OPR1000
• 1.5. Cấu trúc và xây dựng
• 1.6. Các hệ thống chính của LPU OPR1000
• 1.7. Hệ thống thứ cấp (Secondary System)
• 1.8. Bộ điều khiển và hệ thống điện (Control and Electrical Systems)
• 1.9. Đặc điểm thiết kế chính về sự an toàn
• 1.10. Ngăn chặn tai nạn nghiêm trọng
• Tài liệu tham khảo
• 1.11. Các định nghĩa tổng quát và các yêu cầu đối với các hệ số độ phản ứng
• 1.12. Các dạng hiệu ứng độ phản ứng. Hiệu ứng nhiệt độ của độ phản ứng
• 1.13. Hiệu ứng công suất của độ phản ứng
• 1.14. Điều chỉnh công suất và độ phản ứng trong LPU
• 1.15. Điều chỉnh độ phản ứng bằng các thanh
• 1.16. Điều chỉnh độ phản ứng bằng dung dịch boron
• Tài liệu tham khảo
• 2. CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN HỆ MÔ PHỎNG CoSi OPR1000
• 2.1. Bài thí nghiệm số 1. Khảo sát cấu hình của hệ thiết bị mô phỏng và chức năng của phần mềm điều khiển - Investigation of CoSi Configuration and its functions for control of the system
• 2.2. Bài thí nghiệm số 2. Đo độ phản ứng bằng cách thay đổi vị trí thanh điều khiển - Measurement of Dynamic Control Rod Reactivity
• 2.3. Bài thí nghiệm số 3. Xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn của lò phản ứng - Determination of Critical Boron Concentration
• 2.4. Bài thí nghiệm số 4. Khảo sát trạng thái tới hạn của lò phản ứng bằng phương pháp điều chỉnh nhóm thanh an toàn - Investigation of critical status of core by inserting/withdrawing safety rod groups
• 2.5. Bài thí nghiệm số 5. Xác định hệ số đẳng nhiệt - Determination of Isothermal Coeficient
• 2.6. Bài thí nghiệm số 6. Khảo sát mối tương quan nhiệt độ và độ phản ứng - Investigation of a collaration between temperature and reactivity of core
• 2.7. Bài thí nghiệm số 7. Khảo sát công suất toàn phần của lò phản ứng - Evaluation of hot full power in the reactor
• 2.8. Bài thí nghiệm số 8. Khảo sát thông lượng neutron - Exploration of thermal Neutron flux
• 2.9. Bài thí nghiệm số 9. Xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm - Determination of crriticality point for safe approach of core by inverse count rate ratio
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG TÀI LIỆU

Tóm tắt

I. Tổng quan về Hệ Mô Phỏng Lò Phản Ứng OPR1000

Hệ mô phỏng lò phản ứng OPR1000 là một công cụ quan trọng trong đào tạo kỹ thuật hạt nhân. Nó giúp sinh viên và kỹ sư hiểu rõ hơn về quy trình vận hành và an toàn của lò phản ứng. Hệ thống này được phát triển dựa trên các thông số thực tế từ các nhà máy điện hạt nhân, mang lại trải nghiệm thực hành quý giá.

1.1. Lịch sử phát triển của OPR1000

Lò phản ứng OPR1000 được thiết kế để cải thiện hiệu suất và an toàn. Nó đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ những năm đầu tiên cho đến hiện tại, với nhiều cải tiến đáng kể.

1.2. Các thông số kỹ thuật chính của OPR1000

Thông số kỹ thuật của OPR1000 bao gồm công suất, cấu trúc lõi và hệ thống làm mát. Những thông số này quyết định hiệu suất và độ an toàn của lò phản ứng.

II. Thách thức trong việc vận hành Lò Phản Ứng OPR1000

Vận hành lò phản ứng OPR1000 không chỉ đòi hỏi kiến thức lý thuyết mà còn cần kỹ năng thực hành. Các thách thức bao gồm việc đảm bảo an toàn, kiểm soát phản ứng và xử lý sự cố. Những vấn đề này cần được giải quyết để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình vận hành.

2.1. Vấn đề an toàn trong vận hành

An toàn là yếu tố hàng đầu trong vận hành lò phản ứng. Các kỹ sư cần phải nắm vững quy trình an toàn và các biện pháp phòng ngừa để giảm thiểu rủi ro.

2.2. Quản lý phản ứng và điều khiển

Quản lý phản ứng là một thách thức lớn. Việc điều chỉnh vị trí thanh điều khiển và nồng độ boron là cần thiết để duy trì trạng thái ổn định của lò.

III. Phương pháp mô phỏng lò phản ứng OPR1000 hiệu quả

Để mô phỏng lò phản ứng OPR1000 hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Hệ mô phỏng CoSi OPR1000 cung cấp một nền tảng thực hành cho sinh viên và kỹ sư, giúp họ nắm vững quy trình vận hành.

3.1. Sử dụng phần mềm CoSi OPR1000

Phần mềm CoSi OPR1000 cho phép người dùng thực hiện các bài thực hành mô phỏng, từ việc kiểm tra thông số đến điều chỉnh thanh điều khiển.

3.2. Các bài thực hành mô phỏng cụ thể

Các bài thực hành như khảo sát độ phản ứng và xác định hàm lượng boron giúp người học hiểu rõ hơn về quy trình vận hành và an toàn của lò.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Hệ Mô Phỏng OPR1000 trong Kỹ Thuật Hạt Nhân

Hệ mô phỏng OPR1000 không chỉ phục vụ cho việc đào tạo mà còn có ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển công nghệ hạt nhân. Nó giúp cải thiện hiệu suất và an toàn của các lò phản ứng trong tương lai.

4.1. Nâng cao trình độ kỹ thuật cho kỹ sư

Hệ mô phỏng OPR1000 cung cấp cho kỹ sư những kiến thức và kỹ năng cần thiết để vận hành lò phản ứng một cách an toàn và hiệu quả.

4.2. Đóng góp vào nghiên cứu khoa học

Hệ thống này cũng hỗ trợ các nghiên cứu về năng lượng hạt nhân, từ đó đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành năng lượng.

V. Kết luận và tương lai của Hệ Mô Phỏng OPR1000

Hệ mô phỏng OPR1000 là một công cụ quan trọng trong đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật hạt nhân. Tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới, góp phần vào sự phát triển của ngành năng lượng hạt nhân.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ mô phỏng

Công nghệ mô phỏng sẽ tiếp tục phát triển, giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong vận hành lò phản ứng.

5.2. Tầm quan trọng của đào tạo kỹ thuật hạt nhân

Đào tạo kỹ thuật hạt nhân sẽ ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Lời mở đầu Vật lý Lò phản ứng (LPU) hạt nhân là môn học bắt buộc trong đào tạo Kỹ thuật hạt nhân, Công nghệ hạt nhân, Vật lý hạt nhân. Trong quá trình đào tạo, Lý thuyết LPU hạt nhân được chú trọng. Ở các nước có sử dụng nhà máy điện hạt nhân, để tiến hành công tác vận hành LPU, thì việc thực hành trên hệ mô phỏng luôn là cần thiết cho các kỹ sư vận hành LPU. Trong khuôn khổ hợp tác giữa Trường Đại học Đà Lạt với Công ty Thủy điện và Điện hạt nhân Hàn Quốc (KHNP), Trường Đại học Hanyang, Hiệp hội Hạt nhân Hàn Quốc (KNA), hệ mô phỏng hoạt động của lõi LPU OPR1000 được tài trợ.

Để phục vụ cho việc tính toán các thông số vật lý của LPU nhằm đưa ra các khuyến cáo về an toàn khi vận hành, các dự báo rủi ro khi vận hành trên LPU cải tiến dạng nước áp lực OPR1000 (Optimized Power Reactor 1000 MWe - OPR1000); đồng thời cung cấp thiết bị huấn luyện cho các kỹ sư, giảng dạy các chuyên ngành công nghệ và kỹ thuật hạt nhân, Công ty Điện lực Hàn Quốc KEPCO (Korea Electric Power Corporation - KEPCO) và Công ty KHNP đã thiết kế, chế tạo hệ mô phỏng lõi lò OPR1000 - Core Simulator OPR1000 (CoSi OPR1000). Các thông số, số liệu của CoSi OPR1000 được lấy từ số liệu vận hành (số liệu thực) của hai nhà máy điện hạt nhân Shin- Kori 1 và 2. Đến nay, thiết bị CoSi OPR1000 đã cải tiến qua bốn giai đoạn nhằm tiến gần đến giá trị vận hành thực của Lò OPR1000. Ngoài việc khuyến cáo an toàn khi vận hành Lò OPR1000, hệ CoSi OPR1000 còn làm nhiệm vụ nâng cao trình độ vận hành cho các nhân viên của nhà máy điện hạt nhân.

Với mục đích trang bị cho người học những kiến thức trong vận hành, mô phỏng LPU OPR1000, cuốn sách OPR1000 và các bài thực hành mô phỏng được biên soạn. Nội dung cuốn sách gồm các phần chính sau: Phần I - Tổng quan - trình bày tổng quan các quá trình phát triển i nhà máy điện hạt nhân trên thế giới; một số thông số thiết kế, xây dựng nhà máy điện hạt nhân sử dụng loại LPU OPR1000. Phần II - Cơ sở lý thuyết - trình bày tổng quan lý thuyết về ảnh hưởng của công suất, thông lượng neutron,… do tác động bởi sự thay đổi nồng độ boron, vị trí thanh điều khiển. Phần III - Các bài thực hành trên hệ mô phỏng CoSi OPR1000.

Bài thí nghiệm số 1. Khảo sát cấu hình của hệ thiết bị mô phỏng và chức năng của phần mềm điều khiển - Phần mềm CoSi bao gồm: mô-đun kiểm tra thông số chính của LPU, mô-đun biểu đồ theo thời gian thực, mô-đun vận hành thanh điều khiển, mô-đun thiết lập người dùng, mô-đun thể hiện mô hình 2D, 3D của lõi LPU, mô-đun cảnh báo công suất cao, mô-đun thiết lập trao đổi các nhóm thanh dập lò và RAST-K; cách kết nối vận hành CoSi OPR1000 bằng nhiều hệ máy tính ghép nối sử dụng phần mềm Teamviewer. Bài thí nghiệm số 2. Đo độ phản ứng bằng cách thay đổi vị trí thanh điều khiển - Xác định độ phản ứng của lò OPR1000 khi thay đổi vị trí thanh điều khiển, không thay đổi pha loãng nồng động boron; xác định độ phản ứng của lò OPR1000 theo vị trí thanh điều khiển khi LPU đạt trạng thái tới hạn; xác định vị trí nhóm thanh điều khiển để lò OPR1000 đạt trạng thái tới hạn; khảo sát sự phụ thuộc độ phản ứng của lò OPR1000 theo vị trí thanh điều khiển khi không có sự tham gia của boron trong chất trao đổi nhiệt; khảo sát khả năng giới hạn an toàn lò OPR1000 dựa vào vị trí thanh điều khiển khi nồng độ boron thấp (900 ppm).

Bài thí nghiệm số 3. Xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn của lò phản ứng - Xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn trong trường hợp rút hoàn toàn tất cả các nhóm thanh điều khiển và nhóm thanh an toàn ra khỏi LPU - ARO (All Rod Out); xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn trong trường hợp giữ nhóm thanh an toàn SB ở vị trí sâu nhất trong lò, đồng thời rút tất cả các nhóm thanh an toàn và điều khiển còn lại ra khỏi lò - ARI SB (All Rod In SB); xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn trong trường hợp giữ nhóm thanh điều khiển R1 ở vị trí sâu nhất trong lò, đồng thời ii rút tất cả các nhóm thanh an toàn và điều khiển còn lại ra khỏi lò - ARI R1 (All Rod In R1); xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn trong trường hợp cố định nhóm thanh điều khiển R5 ở vị trí 191 cm lò, đồng thời rút tất cả các nhóm thanh an toàn và điều khiển còn lại ra khỏi lò. Bài thí nghiệm số 4. Khảo sát trạng thái tới hạn của lò phản ứng bằng phương pháp điều chỉnh nhóm thanh an toàn - Khảo sát trạng thái tới hạn của nhóm thanh an toàn SA trên toàn bộ chiều dài thanh; khảo sát trạng thái tới hạn của nhóm thanh an toàn SB trên toàn bộ chiều dài thanh.

Bài thí nghiệm số 5. Xác định hệ số đẳng nhiệt - Xác định hệ số đẳng nhiệt của LPU OPR1000; xác định hệ số nhiệt độ của chất làm chậm trong LPU OPR1000. Bài thí nghiệm số 6. Khảo sát mối tương quan nhiệt độ và độ phản ứng - Tiến hành khảo sát tìm mối tương quan nhiệt độ và độ phản ứng ở trạng thái tới hạn của LPU OPR1000 theo hai cơ chế: cơ chế làm mát (Cooling) và cơ chế nung nóng (Heating) vùng hoạt LPU.

Bài thí nghiệm số 7. Khảo sát công suất toàn phần của lò phản ứng - Xác định mối liên hệ giữa công suất và nhiệt độ chất làm chậm trong lõi LPU; khảo sát mối liên hệ giữa công suất và độ phản ứng khi đưa lần lượt các nhóm thanh điều khiển từ R5-R1 vào trong lõi LPU; khảo sát mối liên hệ giữa công suất và độ phản ứng khi đưa lần lượt các nhóm thanh an toàn SA, SB vào trong lõi LPU; khảo sát công suất từ 100% ÷ 0% dưới sự ảnh hưởng của boron; khảo sát công suất từ 75% ÷ 100%, sử dụng nhóm thanh điều khiển R5; khảo sát công suất từ 100% ÷ 75%, sử dụng nhóm thanh điều khiển R5. Bài thí nghiệm số 8. Khảo sát thông lượng neutron - Xác định sự thay đổi thông lượng neutron nhiệt theo thời gian khi LPU đạt trạng thái tới hạn, dưới tới hạn, trên tới hạn.

Bài thí nghiệm số 9. Xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm - Xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm khi vị trí các thanh điều khiển đều nằm vị trí cao nhất trong lò phản iii ứng (ARO); xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm khi tất cả các nhóm thanh điều khiển và nhóm thanh an toàn nằm ở vị trí cao nhất ngoại trừ nhóm thanh điều khiển SB ở vị trí sâu nhất trong lò phản ứng (ARI SB); xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm khi tất cả các nhóm thanh điều khiển và nhóm thanh an toàn nằm ở vị trí cao nhất ngoại trừ nhóm thanh điều khiển R1 ở vị trí sâu nhất trong lò phản ứng (ARI R1); xác định điểm tới hạn bảo đảm trạng thái an toàn của lò phản ứng bằng tỉ số tốc độ đếm khi tất cả các nhóm thanh điều khiển và nhóm thanh an toàn nằm ở vị trí cao nhất ngoại trừ nhóm thanh điều khiển SB ở vị trí sâu nhất trong lò phản ứng (R5 = 190 cm). Với các bài thực tập này, người học sẽ được thực hành cho các trường hợp vận hành LPU ở các trạng thái dưới tới hạn, tới hạn và trên tới hạn. Ảnh hưởng của nồng độ boron lên độ phản ứng, công suất, nhiệt độ, cũng như thông lượng netron trong LPU.

Mỗi bài thực hành, người học thực hiện trong khoảng từ 10 giờ đến 15 giờ, tương đương với môn học 4 tín chỉ thực hành. Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đức Hòa, Hiệu trưởng Trường Đại học Đà Lạt đã cho phép các thực nghiệm trên hệ CoSi OPR1000; cảm ơn quý thầy, cô Khoa Kỹ thuật hạt nhân - Trường Đại học Đà Lạt đã đóng góp những ý kiến hữu ích để hoàn thiện tài liệu này; cảm ơn hai em Trần Trung Nguyên, Trần Quốc Tuấn - cựu sinh viên Khóa I ngành Kỹ thuật hạt nhân - Trường Đại học Đà Lạt đã tiến hành các đo đạc thực nghiệm giúp kiểm chứng các bài thí nghiệm. Tác giả mong nhận được các ý kiến đóng góp của đồng nghiệp, độc giả, các nhà nghiên cứu và các em sinh viên về bố cục, nội dung để hoàn thiện hơn trong các lần tái bản. iv MỤC LỤC PHẦN 1.

Quá trình phát triển năng lượng hạt nhân. Tổng quan về các loại LPU hạt nhân. Lò sử dụng khí để làm mát. LPU hạt nhân OPR1000.

Mô tả thiết kế loại lò OPR1000. Cấu trúc và xây dựng. Các hệ thống chính của LPU OPR1000. Hệ thống thứ cấp (Secondary System).

Bộ điều khiển và hệ thống điện (Control and Electrical Systems). Đặc điểm thiết kế chính về sự an toàn. Ngăn chặn tai nạn nghiêm trọng. 25 Tài liệu tham khảo.

Các định nghĩa tổng quát và các yêu cầu đối với các hệ số độ phản ứng. Các dạng hiệu ứng độ phản ứng. Hiệu ứng nhiệt độ của độ phản ứng. Hiệu ứng công suất của độ phản ứng.

Điều chỉnh công suất và độ phản ứng trong LPU. Điều chỉnh độ phản ứng bằng các thanh. Điều chỉnh độ phản ứng bằng dung dịch boron. 56 Tài liệu tham khảo.

CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN HỆ MÔ PHỎNG CoSi OPR1000. Bài thí nghiệm số 1. Khảo sát cấu hình của hệ thiết bị mô phỏng và chức năng của phần mềm điều khiển - Investigation of CoSi Configuration and its functions for control of the system. Bài thí nghiệm số 2.

Đo độ phản ứng bằng cách thay đổi vị trí thanh điều khiển - Measurement of Dynamic Control Rod Reactivity. Bài thí nghiệm số 3. Xác định hàm lượng boron ở trạng thái tới hạn của lò phản ứng - Determination of Critical Boron Concentration. Bài thí nghiệm số 4.

Khảo sát trạng thái tới hạn của lò phản ứng bằng phương pháp điều chỉnh nhóm thanh an toàn - Investigation of critical status of core by inserting/withdrawing safety rod groups. Bài thí nghiệm số 5.