I. Tổng quan về lò phản ứng hạt nhân điều khiển bằng máy gia tốc ADSR
Lò phản ứng hạt nhân điều khiển bằng máy gia tốc (ADSR) là một công nghệ tiên tiến, hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng máy gia tốc để tạo ra dòng proton năng lượng cao. Dòng proton này tương tác với hạt nhân bia, sinh ra phản ứng (p,n) trong trạng thái dưới tới hạn. ADSR được xem là giải pháp tiềm năng để giải quyết các vấn đề của lò phản ứng hạt nhân truyền thống, như chi phí cao, an toàn, và xử lý rác thải phóng xạ. Công nghệ này cũng cho phép sử dụng thori làm nhiên liệu thay thế cho urani, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân.
1.1 Nguyên lý hoạt động của ADSR
Nguyên lý hoạt động của ADSR dựa trên việc sử dụng máy gia tốc để tạo ra dòng proton năng lượng cao. Dòng proton này tương tác với hạt nhân bia, sinh ra neutron thông qua phản ứng (p,n). Các neutron này duy trì phản ứng phân hạch trong lò phản ứng ở trạng thái dưới tới hạn. Khi máy gia tốc dừng hoạt động, phản ứng phân hạch cũng dừng lại, đảm bảo tính an toàn cao. ADSR còn có khả năng sử dụng thori làm nhiên liệu, giúp tận dụng nguồn tài nguyên dồi dào này.
1.2 Ưu điểm của ADSR
ADSR mang lại nhiều ưu điểm so với lò phản ứng hạt nhân truyền thống. Đầu tiên, tính an toàn được nâng cao do phản ứng chỉ xảy ra khi máy gia tốc hoạt động. Thứ hai, ADSR có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu, bao gồm thori, giúp giảm sự phụ thuộc vào urani. Cuối cùng, công nghệ này có khả năng xử lý rác thải phóng xạ, góp phần giải quyết vấn đề môi trường.
II. Khả năng sử dụng thori làm nhiên liệu trong ADSR
Thori là một nguyên tố có tiềm năng lớn trong việc thay thế urani làm nhiên liệu hạt nhân. Với trữ lượng dồi dào gấp khoảng 4 lần urani, thori có thể được chuyển đổi thành U-233 thông qua phản ứng bắt neutron. Mặc dù thori không phải là nhiên liệu phân hạch trực tiếp, nhưng việc chuyển đổi thành U-233 mang lại hiệu quả cao. ADSR là công nghệ phù hợp để khai thác tiềm năng này, đặc biệt khi kết hợp với máy gia tốc và bia chì lỏng.
2.1 Quá trình chuyển đổi thori thành U 233
Quá trình chuyển đổi thori thành U-233 bắt đầu khi Th-232 bắt neutron, tạo thành Th-233. Th-233 sau đó phân rã thành Pa-233 và cuối cùng là U-233. U-233 là nguyên liệu phân hạch hiệu quả, có thể được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân. Quá trình này được tối ưu hóa trong ADSR nhờ khả năng tạo neutron dồi dào từ máy gia tốc.
2.2 Lợi ích của việc sử dụng thori
Việc sử dụng thori làm nhiên liệu mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, thori có trữ lượng lớn và phân bố rộng rãi hơn urani. Thứ hai, quá trình chuyển đổi thori thành U-233 tạo ra ít chất thải phóng xạ hơn so với chu trình urani. Cuối cùng, thori có tính ổn định cao hơn, giảm nguy cơ phát tán phóng xạ trong trường hợp sự cố.
III. Mô hình ADSR sử dụng bia chì lỏng và nhiên liệu thori
Mô hình ADSR sử dụng bia chì lỏng và nhiên liệu thori là một hướng nghiên cứu mới, mang lại nhiều ưu điểm. Bia chì lỏng không chỉ đóng vai trò là nguồn sinh neutron mà còn là chất làm mát, giúp duy trì hoạt động liên tục của lò phản ứng. Kết hợp với thori, mô hình này có thể tạo ra năng lượng hiệu quả và an toàn hơn so với các lò phản ứng truyền thống.
3.1 Tính toán hiệu suất phát neutron
Các tính toán về hiệu suất phát neutron trong mô hình ADSR sử dụng bia chì lỏng cho thấy số lượng neutron sinh ra tăng đáng kể so với bia rắn. Điều này là do toàn bộ khối chì lỏng trên đường đi của chùm proton đều tham gia vào quá trình sinh neutron. Kết quả này khẳng định tính khả thi của việc sử dụng bia chì lỏng trong ADSR.
3.2 Phân bố thông lượng neutron
Phân bố thông lượng neutron trong ADSR sử dụng thori được tính toán chi tiết, bao gồm phân bố theo năng lượng, góc, và vị trí trong lò phản ứng. Kết quả cho thấy thori có khả năng duy trì phản ứng phân hạch ổn định, đặc biệt khi kết hợp với urani ở các tỷ lệ khác nhau. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc tối ưu hóa tỷ lệ nhiên liệu cho ADSR.
