Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 4: Lò phản ứng hạt nhân

Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 4: Lò phản ứng hạt nhân trình bày về lịch sử lò phản ứng hạt nhân, điều kiện duy trì phản ứng dây chuyền, nguyên tắc hoạt động của lò phản ứng, nguyên lý điều khiển lò phản ứng hạt nhân, cấu trúc lò phản ứng hạt nhân và các loại lò phản ứng hạt nhân.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện nguyên tử - Chương 4: Lò phản ứng hạt nhân LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 4.1. Lịch sử lò phản ứng hạt nhân Lò phản ứng thế hệ I ra đời đầu thập niên 50, tuynhiên chúng đang dần dần bị đào thải. - Thế hệ thứ II ra đời vào đầu thập niên 70. - Thế hệ thứ III, vào thập niên 90. - Thế hệ thứ IV đang được chuẩn bị với rất nhiều hyvọng trở thành một công nghệ toàn hảo vì sẽ làm giả hiểu tối đa hiệu ứng nhà kính qua việc thải khí CO2, hực hiện được an toàn lao động trong vận hành vànhất là loại lò này sẽ là 4.1.1. Lò phản ứng thế hệ I Lò phản ứng có tên Magnox do 3 nhà vật lý nAnh sáng chế là Ts. Ion, Ts. Khalit, và Ts.Magwood. Lò Magnox sử dụng nguyên liệu urrong thiên nhiên trong đó chỉ có 0,7% chất đồU-235 và 99,2% U-238. 238. Nguyên tắc vận hànhNguyên tắc vận hành có thể được tóm tắt như sau: C kim loại urani được bao bọc bằng một lớp hợp kim gm và magiê. Một lớp than graphit đặt nằm giữa ống uợp kim trên có mục đích làm chậm bớt vận tốc phónh nơtron do sự phân hạch U U-235. Từ đó các nơtron ta chạm mạnh với hạt nhân của U U-235 để các phản ứchuyền liên tục xảy ra. Để điều khiển vận tốc phản ứchuyền hoặc chặn đứng phản ứng, lò Magnox sử dụ loại thép đặc biệt. Nó có tính chất hấp thụ các nơtroó thể điều khiển phản ứng theo ý muốn. Có 26 lò Ma 4.1.2. Lò phản ứng thế hệ II Loại lò này ra đời vào thập niên 70, hiện chiếm đc lò đang hoạt động trên thế giới. Từ ban đầu, 60%này áp dụng nguyên lý lò áp lực PWR, . Nhưng đã d n được thay thế bằng lò nước sôi BWR. Nhiên liệu s ng cho lò này là hợp chất urani đioxit và hợp kim nà ợc bọc trong các ống cấu tạo bằng kim loại zirconi.ani 235 sẽ được làm giàu từ 0,7% đến 3,5%. Một khệt cơ bản là nước được đun sôi rồi mới chuyển qua hống làm tăng áp suất. Như vậy, phương pháp này sẽ ắn tiến trình tạo nhiệt của hơi nước khi truyền nhiệt 4.1.3. Lò phản ứng thế hệ IIIKể từ cuối thập niên 80, thế hệ III bắt đầu được nghi u với nhiều cải tiến từ các lò phản ứng loại BWR của II. Năm 1996 tại Nhật đã có loại lò này. Hiện tại các y đang được sử dụng ở nhiều quốc gia trên thế giớiời gian xây dựng tương đối ngắn ( chỉ xây trong khoả m) và chi phí cũng giảm so với các lò thuộc thế hệ trơn nữa, việc vận hành cũng như bảo dưỡng loại lò nơng đối đơn giản và an toàn hơn. 4.1.4. Lò phản ứng thế hệ IV ác nhà khoa học đang tiến dần đến việc xây dựng c nhân thế hệ IV, trong đó hệ thống an toàn sÏ hoàn to g, sẽ không còn có việc phát thải khí CO2. Thế hệ IVợc gọi là “lò phản ứng cách mạng. Thế hệ này dù kiÕợc ứng dụng vào năm 2030 và có thể thỏa mãn nhữnn sau: + Giá thành cho điện năng sẽ rẻ hơn hiện tại; + Độ an toàn rất cao nên có thể xem như an toàn 100%; 4.2. ĐK duy trì phản ứng dây chuyền 4.2.1. ĐK tới hạn của phản ứng dây chuyềnhi ta truyền cho hạt nhân một năng lượng đủ lớn, hạ n có thể vỡ thành hai hay nhiều mảnh nhỏ hơn nó. Nng cần thiết, nhỏ nhất để làm hạt nhân phân chia đưlà năng lượng kích hoạt. Năng lượng kích hoạt được g cho hai phần: một phần truyền cho các nuclon riên bên trong hạt nhân tạo ra các dạng chuyển động nộ phần dùng để kích thích chuyển động tập thể của tohạt nhân, do đó gây ra biến dạng và làm hạt nhân vỡphản ứng hạt nhân chính diễn ra trong lò phản ứng chạy bằn nhon chậm và U235 là: 0n1 + 92U235  A + B + n và: 0n1 + 92U235  92U236 + g đó A và B là hai hạt nhân nhẹ h U235 gọi là các mảnh phâ n hơnh.ể lò đạt được trạng thái tới hạn tức là trạng th mà ở đó phản i thái chuyền tự duy trì phải có một sự c bằng chính xác giữa số cân đi và số nơtron xuất hiện trong ph hạch. tron phân2. ĐK duy trì phản ứng dây chuyền2.1. ĐK tới hạn của phản ứng dây chuyềnrani thiên nhiên có chứađồng vị U238 và 0,7% Phản ứng dây chuyền U235. Hạt nhân của U238 chỉ bị vỡ khi hấp on nhanh (có năngớn hơn 1 MeV). Khi hấpchậm U238 sẽ biến u239. Trái lại, hạt nhânẽ bị vỡ khi hấp thụ cảchậm và nơtron nhanh. Tuyác suất hấp thụ nơtronủa hạt nhân U235 lớn hơn4.2. ĐK duy trì phản ứng dây chuyền4.2.1. ĐK tới hạn của phản ứng dây chuyền Quá trình thực nghiệm đã cho kết quả là các hạt nh5, Pu239 và U233 sẽ bị vỡ ra khi hấp thụ nơtron nhiệg lượng nhỏ từ 0,10,001 eV), còn U238 và Th232 0,001 ấp thụ nơtron nhanh (NL lớn hơn 1 MeV). Khi hấp thụ một nơtron, hạt nhân ZXA biến thành h+1 ở trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơ ản. Năng lượng kích thích bằng tổng động năng và g liên kết của nơtron trong hạt nhân mới. Nếu năng thích lớn hơn năng lượng kích hoạt thì quá trình phâảy ra. Nếu ngược lại thì hạt nhân sẽ chỉ chuyển về tr2. ĐK duy trì phản ứng dây chuyền2.1. ĐK tới hạn của phản ứng dây chuyền phản ứng phân hạch của hạt nhân U235 bằng nơtrể viế ...