Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000 sử dụng vi hạt Gd2O3

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. MỞ ĐẦU

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Phương trình vận chuyển nơtrôn

2.2. Chương trình MVP/GMVP

2.2.1. Mô tả các chức năng MVP/GMVP

2.2.2. Điều kiện biên

2.2.3. Mô hình hình học ngẫu nhiên

2.2.4. Tính toán cháy với MVP_BURN

2.3. Độ phản ứng và hiệu ứng nhiệt độ

2.3.1. Hệ số nhân nơtrôn và độ phản ứng

2.3.2. Hệ số phản hồi nhiệt độ

2.4. Vùng hoạt và bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000

2.5. Mô phỏng bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000

2.6. So sánh tính toán bó nhiên liệu sử dụng chương trình MVP và SRAC

2.7. Kết luận chương 2

3. THIẾT KẾ BÓ NHIÊN LIỆU CẢI TIẾN SỬ DỤNG Gd2 O3 DẠNG VI HẠT

3.1. Bó nhiên liệu VVER-1000 với 12 thanh chứa Gd2 O3 dạng vi hạt

3.1.1. Hệ số nhân nơtrôn k∞

3.1.2. Phân bố công suất trong bó nhiên liệu

3.2. Bó nhiên liệu VVER-1000 cải tiến với 18 thanh UO2 –Gd2 O3

3.2.1. Phân bố các thanh nhiên liệu chứa Gd2 O3

3.2.2. Khảo sát thông số thiết kế Gd2 O3 dạng vi hạt

3.2.3. Hệ số nhân nơtrôn vô hạn k∞

3.2.4. Phân bố công suất trong bó nhiên liệu mới

3.3. Bó nhiên liệu VVER-1000 với hàm lượng Boron trong chất tải nhiệt thấp

3.3.1. Khảo sát thông số thiết kế Gd2 O3 đối với bó nhiên liệu thiết với hàm lượng Boron thấp

3.3.2. Hệ số nhân nơtrôn vô hạn k∞ của bó nhiên liệu với hàm lượng Boron thấp

3.3.3. Phân bố công suất trong bó nhiên liệu với hàm lượng Boron thấp

3.3.4. Hệ số đỉnh công suất của bó nhiên liệu với hàm lượng Boron thấp

3.4. Hệ số phản hồi của chất làm chậm đối với bó nhiên liệu VVER-1000 sử dụng Gd2 O3 dạng vi hạt

3.5. Kết luận chương 3

KẾT LUẬN

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu thiết kế bó nhiên liệu VVER 1000

Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000 sử dụng vi hạt Gd2O3 là một lĩnh vực quan trọng trong ngành năng lượng hạt nhân. Lò phản ứng VVER-1000 là một trong những loại lò phản ứng nước nhẹ phổ biến nhất, với khả năng sản xuất năng lượng lớn và hiệu suất cao. Việc cải tiến thiết kế bó nhiên liệu không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho lò phản ứng. Gd2O3, với các đồng vị hấp thụ nơtrôn cao, đã được chứng minh là một lựa chọn hiệu quả cho việc kiểm soát độ phản ứng trong quá trình cháy nhiên liệu.

1.1. Ứng dụng của Gd2O3 trong lò phản ứng hạt nhân

Gd2O3 được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế bó nhiên liệu nhờ vào khả năng hấp thụ nơtrôn cao của các đồng vị 155Gd và 157Gd. Việc tích hợp Gd2O3 vào trong thanh nhiên liệu giúp kiểm soát độ phản ứng dư, từ đó nâng cao tính an toàn cho lò phản ứng.

1.2. Lịch sử phát triển lò phản ứng VVER

Lò phản ứng VVER đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ những năm 1950. Các phiên bản mới hơn như VVER-1000 đã được cải tiến về thiết kế và hiệu suất, đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của thế giới.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế bó nhiên liệu VVER 1000

Mặc dù lò phản ứng VVER-1000 đã đạt được nhiều thành tựu, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong thiết kế bó nhiên liệu. Một trong những vấn đề chính là việc duy trì độ phản ứng ổn định trong suốt quá trình cháy nhiên liệu. Việc sử dụng Gd2O3 có thể giúp giải quyết vấn đề này, nhưng cũng đặt ra yêu cầu về hiệu suất nhiệt và độ dẫn nhiệt của nhiên liệu.

2.1. Thách thức về hiệu suất nhiệt của Gd2O3

Gd2O3 có độ dẫn nhiệt thấp hơn so với UO2, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của bó nhiên liệu. Cần có các nghiên cứu để cải thiện độ dẫn nhiệt của hỗn hợp nhiên liệu chứa Gd2O3.

2.2. Vấn đề an toàn trong lò phản ứng

An toàn là yếu tố hàng đầu trong thiết kế lò phản ứng. Việc sử dụng Gd2O3 cần được đánh giá kỹ lưỡng để đảm bảo rằng nó không làm giảm tính an toàn của lò phản ứng trong quá trình hoạt động.

III. Phương pháp nghiên cứu thiết kế bó nhiên liệu VVER 1000

Nghiên cứu thiết kế bó nhiên liệu VVER-1000 sử dụng vi hạt Gd2O3 được thực hiện thông qua các phương pháp mô phỏng hiện đại. Chương trình MVP được sử dụng để mô phỏng quá trình cháy và tính toán các thông số quan trọng như hệ số nhân nơtrôn và phân bố công suất trong bó nhiên liệu.

3.1. Chương trình MVP trong mô phỏng lò phản ứng

Chương trình MVP cho phép mô phỏng quá trình vận chuyển nơtrôn và tính toán các thông số vật lý của lò phản ứng. Điều này giúp đánh giá hiệu quả của thiết kế bó nhiên liệu mới.

3.2. Các điều kiện biên trong mô phỏng

Các điều kiện biên được thiết lập để đảm bảo tính chính xác của mô phỏng. Việc xác định các thông số này là rất quan trọng để có được kết quả đáng tin cậy.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng vi hạt Gd2O3 trong thiết kế bó nhiên liệu VVER-1000 có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và an toàn của lò phản ứng. Các mô phỏng cho thấy rằng bó nhiên liệu mới có khả năng duy trì độ phản ứng ổn định trong suốt quá trình cháy, đồng thời giảm thiểu nguy cơ xuất hiện đỉnh công suất.

4.1. Hiệu suất của bó nhiên liệu mới

Bó nhiên liệu VVER-1000 cải tiến với vi hạt Gd2O3 cho thấy hiệu suất cao hơn so với các thiết kế truyền thống. Điều này mở ra cơ hội cho việc nâng cao công suất hoạt động của lò phản ứng.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc thiết kế các lò phản ứng mới, cũng như cải tiến các lò phản ứng hiện có, nhằm nâng cao hiệu suất và an toàn.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000 sử dụng vi hạt Gd2O3 đã chỉ ra nhiều tiềm năng trong việc cải thiện hiệu suất và an toàn. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để giải quyết các vấn đề còn tồn tại, đặc biệt là về độ dẫn nhiệt và an toàn trong quá trình hoạt động của lò phản ứng.

5.1. Tương lai của nghiên cứu thiết kế bó nhiên liệu

Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế bó nhiên liệu, nhằm nâng cao hiệu suất và giảm thiểu rủi ro trong quá trình hoạt động của lò phản ứng.

5.2. Các hướng nghiên cứu mới

Các hướng nghiên cứu mới có thể bao gồm việc phát triển các chất hấp thụ nơtrôn mới, cũng như cải tiến công nghệ chế tạo viên nhiên liệu để nâng cao hiệu suất và an toàn.

Nghiên cứu mô phỏng và cải tiến thiết kế bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000 sử dụng vi hạt Gd2O3