Chương 1: chu trình nhiên liệu hạt nhân và các quy định của IAEA liên quan đến lưu giữ nhiên liệu hạt nhân, chương 2: Mô tả bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt, chương 3: Phương pháp và chương trình tính toán, chương 4: Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy. Mô hình, phương pháp và các nghiên cứu lý thuyết được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo là cán bộ có kinh nghiệm về an toàn hạt nhân. Các kết quả tính toán và so sánh thực nghiệm được thực hiện chủ yếu tại Đà Lạt dưới sự hướng dẫn của các chuyên gia có nhiều năm kinh nghiệm làm việc tại Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt. Tưởng Thị Thanh 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Chƣơng 1 CHU TRÌNH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN Chương này giới thiệu về chu trình nhiên liệu hạt nhân và quy định liên quan về bảo đảm an toàn hạt nhân.
Chu trình nhiên liệu hạt nhân Vấn đề an toàn hạt nhân luôn được đặt lên hàng đầu cho những quốc gia có chu trình hạt nhân. An toàn hạt nhân là đảm bảo an toàn sử dụng nhiên liệu hạt nhân từ lúc sản suất ra đến lúc xử lý phế liệu để không làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. An toàn hạt nhân phải đảm bảo 3 yếu tố: Kiểm soát tới hạn, tải nhiệt dư và che chắn phóng xạ. Nhà máy điện hạt nhân chỉ là một khâu trong một chuỗi công nghệ phức tạp gọi là chu trình nhiên liệu [4].
Chu trình đó gồm bảy khâu: 1. Khai thác quặng Uranium; 2. Xử lý quặng Uranium; 3. Làm giàu quặng đồng vị 235U; 4.
Chế tạo thanh nhiên liệu; 5. Sử dụng trong lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân; 6. Xử lý nhiên liệu đã cháy; 7. Xử lý chất thải.
Tưởng Thị Thanh 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Hình 1. Chu trình nhiên liệu hạt nhân Mức độ nguy hiểm của nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng phát xạ của nó. Nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân và ngay sau khi được lấy ra khỏi lò có độ phóng xạ rất cao. Luận văn này đề cập đến an toàn lưu giữ nhiên liệu sau khi cháy được lấy ra khỏi lò và cho vào bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy.
Các quy định an toàn liên quan đến bể lƣu giữ nhiên liệu đã cháy Tài liệu [9] của IAEA quy định về an toàn liên quan đến bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy như sau: Tưởng Thị Thanh 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 Hình 1. Bể chứa nhiên liệu đã cháy của một nhà máy điện hạt nhân 1. Thiết kế của hệ thống xử lý và lưu giữ nhiên liệu đã cháy phải đảm bảo đầy đủ các tiêu chuẩn an toàn cơ bản trong mọi thời điểm: - Duy trì dưới tới hạn của nhiên liệu; - Loại bỏ nhiệt dư từ nhiên liệu đã chiếu; - Không làm rò rỉ các chất phóng xạ. Dưới tới hạn phải được đảm bảo ở tại mọi thời điểm và địa điểm nơi nhiên liệu đã cháy được lưu giữ để ngăn chặn không có bất kì ảnh hưởng của bức xạ tới nhân viên, môi trường.
Thiết kế phải đảm bảo dưới tới hạn ngay cả khi xảy ra đồng thời hai hoặc liên tiếp các sự kiện bất thường. Thiết kế phải tuân thủ các quy định để loại bỏ nhiệt dư từ nhiên liệu đã cháy. Nhiệt phải được lấy ra khỏi bó nhiên liệu đã cháy để không làm hư hại vỏ nhiên liệu, kho chứa và hệ thống hỗ trợ do phân rã phóng xạ. Luôn theo dõi đảm bảo môi trường hoạt động an toàn trong khu vực lò và ngăn cản rò rỉ quá mức của chất phóng xạ.
Thiết kế bể phải ngăn chặn rò rỉ nước xuống mạch nước ngầm. Tưởng Thị Thanh 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 1. Che chắn xung quanh vùng nhiên liệu đã cháy, cấu kiện vùng hoạt bị chiếu xạ phải đảm bảo vệ cán bộ vận hành không bị chiếu xạ trực tiếp từ phân hạch và sản phẩm bị kích hoạt quá liều theo quy định và giữ cho mức chiếu xạ thấp hợp lý có thể đạt được. Trong quá trình xử lý và lưu giữ nhiên liệu, thanh, bó nhiên liệu phải ngăn chặn hư hại từ các tác nhân vật lý như di chuyển hoặc va đập.
Thành phần hóa học của môi trường nước làm mát luôn được kiểm soát để ngăn chặn oxi hóa của vỏ, các thành phần cấu trúc của bể. Hệ thống làm mát luôn hoạt động ổn định trong suốt thời gian hoạt động theo thiết kế. Vật liệu của toàn bộ hệ thống phải đảm bảo độ an toàn và tin cậy. Thiết bị phụ trợ (ví dụ, nguồn cung cấp điện) luôn được giám sát lò và hoạt động ổn định, phù hợp với công nghệ lưu giữ được sử dụng.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG Phân tích dƣới tới hạn. Khi thiết kế phải đảm bảo điều kiện dưới tới hạn, tiến hành phân tích cho tất cả trạng thái để chứng minh rằng các hệ thống thành phần quan trọng sẽ không bị biến dạng. Khi xác định trạng thái dưới tới hạn, giá trị hệ số nhân hiệu dụng keff hoặc hệ số nhân vô hạn k∞ sử dụng trong tính toán. Hệ số nhân phải: (a) Nơi nào nhiên liệu đã cháy không thể duy trì dưới tới hạn bằng cấu hình riêng, thiết kế phải có biện pháp thiết kế bổ xung, như hòa tan chất hấp thụ nơtron (Bo) hoặc sử dụng thanh bù trừ tự cháy, để đảm bảo dưới tới hạn.
Trong trường hợp thêm vào Bo, các nghiên cứu dưới tới hạn phải tính đến sự pha loãng chất hấp thụ. Bù trừ do Bo hòa tan và do giảm tự cháy không nên áp dụng như nhau cho các khu vực lưu giữ. (b) Mức tự cháy, độ làm giàu, kết quả của phản ứng phải giả định ở tình trạng bất lợi nhất có thể. (c) Phải tính đến ảnh hưởng của phản xạ nơtron trong trường hợp rủi ro.
Tưởng Thị Thanh 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 (d) Đối với các khu vực lưu giữ khác nhau phải tính đến tác động tương tác của nơtron giữa các khu vực. (e) Bó nhiên liệu cháy không hoàn toàn ( lượng U235 còn tồn dư lớn hơn dự kiến ) cũng phải được tính đến trong quá trình lưu giữ. Bố trí trong khu vực lƣu giữ 1. Thiết kế phải đảm bảo khả năng lưu giữ tối đa đối với bó nhiên liệu của tất cả các loại lò, thiết bị điều khiển phản ứng, bó nhiên liệu giả, kênh nhiên liệu, thiết bị đo đạc, nguồn notron, thành phần vùng hoạt khác và thiết bị khác như vỏ lưu giữ và thùng vận chuyển.
Tuyệt đối không đặt nhiên liệu bên ngoài các địa điểm quy định. Bể phải đảm bảo phân rã phóng xạ và giảm nhiệt dư trước khi vận chuyển. Đối với nhiên liệu giàu hơn, giá trị nhiệt dư phải được tính đến. Trong giai đoạn thiết kế, khả năng lưu giữ nhiên liệu cho phép dỡ vùng hoạt đầy bất kỳ lúc nào hoặc để sửa chữa bể.
Lưu giữ an toàn cho nhiên liệu bị rò rỉ hay hư hại phải được tính đến. Trong quá trình xử lý và lưu giữ, bó nhiên liệu hư hại phải được sắp xếp để giảm thiểu nguy cơ gây phân hạch cho các vật liệu khác. Ngay cả khi địa điểm lưu giữ nhiên liệu đầy đến thể tích lớn nhất thì quy định xử lý an toàn của một thùng vẫn được đảm bảo. Khu vực xử lý thùng phải đảm bảo lưu giữ được tất cả các loại thùng dự kiến cho nhà máy.
Ngoài ra: - Thiết kế phải cho phép kiểm tra định kì và bảo trì ( ví dụ các mối hàn kết nối giữa các tấm của bể). - Quy định bố trí phải đảm bảo cho việc khử nhiễm và kiểm tra thiết bị xử lý, lưu giữ nhiên liệu và thùng. - Quy định cho phép kiểm tra, xác định, tháo dỡ và phục hồi nhiên liệu, bao gồm có thể đo mức cháy của nhiên liệu. - Quy định có không gian cho việc lưu giữ, sử dụng công cụ và thiết bị cần thiết cho sửa chữa, kiểm tra cấu kiện vùng hoạt, thiết bị xử lý và lưu giữ nhiên liệu.
Tưởng Thị Thanh 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính toán an toàn cho bể lưu giữ nhiên liệu đã cháy 2012 - Bố trí nên đảm bảo di chuyển chính xác và không làm hư hại nhiên liệu, thiết bị xử lý. Hệ thống nƣớc bể, hệ thống lọc và hệ thống làm mát. Thiết kế phải tuân theo những yêu cầu sau: - Đảm bảo hệ thống giám sát mức nước và nhiệt độ. - Phải có biện pháp ngăn chặn không để nước tràn bể.
Thể tích nước bể phải đảm bảo trong trường hợp trục trặc của hệ thống bơm, nước chảy qua một chu trình với thời gian dài để nước không đạt đến điểm sôi. - Trong quá trình thiết kế, nếu có sự mất mát nước trong hoạt động và sự cố cơ bản phải bổ xung bằng một hệ thống có nguồn nước ổn định. Khi mất nước che chắn và làm mát vẫn thực hiện được các biện pháp cứu trợ. - Ống dẫn nước phải bố trí sao cho ảnh hưởng hiệu ứng hút hoặc nứt của bất kỳ đường ống nào, mực nước của bể không giảm xuống dưới mức mà tại đó nhiên liệu đã cháy ngập nước và được che chắn an toàn.
Khi thêm nước vào phải đảm bảo không làm hư hại đến nhiên liệu. - Cống xả nước được sử dụng giữa các bể khác nhau, phải được thiết kế chịu được áp lực nước đầy từ cả hai phía. Độ cao của cửa cống phải cao hơn bó nhiên liệu lưu giữ để duy trì che chắn. Khóa bền bức xạ được sử dụng cho cửa cống.
- Hệ thống giám sát rò rỉ luôn được duy trì. Nồng độ chất phóng xạ được giới hạn theo quy định cho tất cả các khu vực lưu giữ và xử lý nhiên liệu. Mức độ ô nhiễm nước, không khí phải được thiết lập. Nước đã được kiểm tra thành phần hóa học mới được sử dụng.
Thiết kế hệ thống lọc nước phải đảm bảo: - Phóng xạ, ion và các tạp chất rắn phát sinh từ sản phẩm kích hoạt, nhiên liệu hư hại và các vật liệu khác phải được loại bỏ ra khỏi nước nhằm đảm bảo liều lượng bức xạ duy trì trong giới hạn yêu cầu.