Một thiết bị có vật liệu phân hạch như một phần của các thành phần của nó và cho phép nó được thực hiện liên tục trong khi kiểm soát phản ứng dây chuyền phân hạch. Nó được sử dụng để thu được các chất khác nhau do năng lượng nhiệt, bức xạ hoặc phản ứng hạt nhân tạo ra bởi neutron. Một thiết bị liên tục chiết xuất năng lượng của phản ứng tổng hợp hạt nhân cũng được gọi là lò phản ứng hạt nhân, nhưng nói chung, nó chỉ đề cập đến thiết bị trước, được sử dụng thực tế và thiết bị sau. Lò phản ứng nhiệt hạch Đó thường là trường hợp. Sự phân hạch là hiện tượng một hạt nhân nặng tách thành hai hạt nhân có khối lượng như nhau. Các hạt nhân nguyên tử có xác suất phân hạch cao khi chúng hấp thụ các nơtron nhiệt được gọi là các nuclôn phân hạch. Các nuclide phân hạch như uranium 235 2 3 5 U, uranium 233 2 3 3 U, và plutonium 239 2 3 9 Pu được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân. Khi chúng hấp thụ neutron, chúng có thể đơn giản phát ra tia gamma (đây được gọi là phản ứng bắt neutron), nhưng trong nhiều trường hợp, chúng gây ra sự phân hạch. Hai hạt nhân do quá trình phân hạch tạo ra được gọi là các mảnh phân hạch (sản phẩm phân hạch). Các mảnh phân hạch có động năng lớn và tạo ra 2-3 neutron (gọi là neutron phân hạch) và bức xạ ion hóa như tia β và tia γ. Phần lớn năng lượng do quá trình phân hạch tạo ra là động năng của các mảnh phân hạch này. Nếu một hoặc nhiều neutron được tạo ra theo cách này được thiết kế để va chạm với các nuclit phân hạch khác và gây ra sự phân hạch, thì sự phân hạch sẽ tiếp tục theo một phản ứng dây chuyền (gọi là phản ứng dây chuyền phân hạch). Lò phản ứng hạt nhân là một thiết bị điều khiển và duy trì chuỗi phản ứng phân hạch hạt nhân. Lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới, Chicago Pile số 1 (CP-1), được xây dựng vào năm 1942 bởi E. Fermi et al. Trong khuôn viên của Đại học Chicago. Nhân neutronĐể giữ cho số lần phân hạch trên một đơn vị thời gian không đổi trong một hệ mà phản ứng dây chuyền xảy ra, thì trung bình chỉ một trong số một số nơtron phát ra từ sự phân hạch của một nuclide phân hạch sau đó sẽ phân hạch. Cần phải tỉnh lại. Có ba yếu tố ảnh hưởng đến sự tăng và giảm số lượng neutron: (1) sự tạo ra neutron bởi sự phân hạch hạt nhân, (2) sự bắt giữ neutron bởi các chất khác nhau trong lò phản ứng, và (3) sự rò rỉ neutron từ hệ thống lò phản ứng . Nếu chúng được cân bằng, số lượng neutron trong lò phản ứng sẽ được giữ không đổi, và một số lượng nhất định sẽ tiếp tục xảy ra trong một đơn vị thời gian. Phản ứng giữa nơtron và hạt nhân bao gồm phản ứng hấp thụ trong đó các nơtron va chạm bị hạt nhân hấp thụ và tán xạ trong đó các nơtron trao đổi năng lượng với hạt nhân và sau đó các nơtron di chuyển ra khỏi hạt nhân và tiếp tục chuyển động tự do. .. Kết quả của phản ứng tán xạ, các nơtron nhường một phần năng lượng cho hạt nhân nên chúng giảm năng lượng. Các hạt nhân nguyên tử đã hấp thụ neutron có thể trải qua quá trình phân hạch hoặc phát ra các hạt (bức xạ) không phải neutron (bắt neutron). Những phản ứng này là những hiện tượng trong thế giới bị chi phối bởi cơ học lượng tử, và phản ứng nào xảy ra chỉ có thể được xác định một cách ngẫu nhiên. Một đại lượng được gọi là <diện tích mặt cắt ngang> được sử dụng để biểu thị khả năng xảy ra phản ứng hạt nhân. Diện tích mặt cắt ngang là <Xác suất để xảy ra phản ứng hạt nhân khi cho một nơtron tới một lớp vật chất mỏng gồm nhiều hạt nhân A là diện tích mặt cắt ngang của các hạt nhân chiếu lên mặt phẳng vuông góc với phương tới của các nơtron. Nó được tính toán từ giả định rằng nó bằng phần trăm của bên trong. Do đó, tiết diện càng lớn thì khả năng xảy ra phản ứng hạt nhân do sự cố của các nơtron càng cao. Diện tích mặt cắt ngang nhận các giá trị khác nhau tùy thuộc vào chất và năng lượng của nơtron tới. Các nơtron sinh ra từ quá trình phân hạch hạt nhân có năng lượng cao trung bình là 2 MeV và chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng nên chúng được gọi là nơtron nhanh. Trừ khi nó bị rò rỉ khỏi hệ thống hoặc bị hấp thụ, các neutron nhanh liên tục phân tán với các hạt nhân xung quanh, mất năng lượng mỗi lần và giảm tốc độ bằng động năng của các hạt nhân này. Các chất tạo nên lõi nhằm mục đích gây giảm tốc. Người điều hành Đó là. Các nơtron trong quá trình giảm tốc được gọi là nơtron giảm tốc, và các nơtron có động năng bằng năng lượng của các hạt nhân xung quanh (đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt) được gọi là nơtron nhiệt. Năng lượng của các nơtron nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân nói chung vào khoảng 0,025 đến 0,07 eV. Các chất có chứa nuclêôtit phân hạch được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân được gọi là nhiên liệu. Ở đây, hành vi của neutron trong lò phản ứng hạt nhân sẽ được giải thích bằng cách sử dụng lò phản ứng hạt nhân (lò phản ứng nước nhẹ) sử dụng nước nhẹ (nước thông thường) làm chất điều tiết làm chất làm mát như một mô hình. Nhiên liệu của lò phản ứng nước nhẹ chỉ chứa khoảng 2 đến 3% của 2 3 5 U, và khoảng 97 đến 98% còn lại là urani 238 2 3 8 U. Khi 2 3 8 U này hấp thụ các nơtron giảm tốc và nơtron nhiệt với mức thấp. năng lượng, nó trở thành 2 3 9 U và chỉ phát ra tia γ, nhưng khi nó hấp thụ nhanh nơtron, nó chỉ phát ra tia γ. Nguyên nhân phân hạch hạt nhân. Vì một số nơtron nhanh tạo ra bởi sự phân hạch 2 3 5 U có thể gây ra sự phân hạch 2 3 8 U nên số nơtron giảm tốc tăng 1,05-1,2 lần (hệ số này được gọi là hệ số phân hạch nhanh). (Đại diện bởi ε). Tiết diện hấp thụ nơtron bằng 2 3 8 U đối với nơtron bị giảm tốc có giá trị lớn đối với nơtron có năng lượng khác nhau do phản ứng cộng hưởng. Mặt khác, tiết diện hấp thụ của 2 3 5 U rất lớn đối với nơtron nhiệt, nhưng nhỏ đối với nơtron nhanh và nơtron giảm tốc. Do đó, trong lò phản ứng 2 3 5 urani tự nhiên không chỉ chứa 0,7% U a và nhiên liệu, bị mất đi hấp thụ thành 2 3 8 U trước khi các nơtron sinh ra bởi sự phân hạch hạt nhân gây ra sự phân hạch 2 3 5 U. Nó có xu hướng khó khăn cho chuỗi phản ứng xảy ra. Có hai cách để giải quyết khó khăn này. Một là tăng (cô đặc) tỷ lệ 2 3 5 U trong uranium nhiên liệu. Điều này là do số lượng neutron phân hạch được tạo ra trên mỗi neutron nhiệt được nhiên liệu hấp thụ tăng lên. Trong lò phản ứng nước nhẹ Làm giàu uranium Nó được sử dụng tại nhà máy với nồng độ 2 3 5 U tăng lên 2-4%. Các lò phản ứng nghiên cứu có thể sử dụng nồng độ uranium cao hơn. Một phương pháp khác là không trộn nhiên liệu và bộ điều độ một cách đồng nhất, nhưng để bao quanh nhiên liệu với bộ điều độ có độ dày nhất định để nó có thể được 2 3 8 U bắt giữ trong nhiên liệu trong quá trình giảm tốc. Để giảm quan hệ tình dục. Bằng cách này, xác suất p thoát khỏi sự hấp thụ cộng hưởng trong quá trình giảm tốc có thể tăng lên khoảng 0,8 đến 0,9. Vì phần của lò phản ứng nơi chứa nhiên liệu và bộ điều tiết (lõi) có kích thước hữu hạn, các neutron bị rò rỉ từ bề mặt của lõi. Nói chung, vật thể càng lớn, diện tích bề mặt đối với thể tích của nó càng nhỏ, do đó xác suất rò rỉ neutron càng giảm. Ngoài ra, nếu lõi được bao quanh bởi một chất có tiết diện bắt nơtron nhỏ và tiết diện tán xạ lớn, một số nơtron bị rò rỉ có thể được quay trở lại lõi bằng cách tán xạ. Một chất được đặt cho mục đích này được gọi là chất phản xạ. Như đã đề cập ở trên, neutron liên tục va chạm với hạt nhân và bị hạt nhân hấp thụ hoặc lọt ra ngoài hệ thống. Xác suất để nơtron không bị rò rỉ trong quá trình giảm tốc là P f , xác suất để nơtron không bị rò rỉ sau khi trở thành nơtron nhiệt là P t , và tỷ lệ nơtron nhiệt được hạt nhân nguyên tử hấp thụ bởi nhiên liệu (gọi là tỷ lệ sử dụng nơtron nhiệt) . Nếu) là f , xác suất để một nơtron sinh ra bởi quá trình phân hạch hạt nhân sẽ bị nhiên liệu hấp thụ là ε pf ( P f P t ). Khi nhiên liệu hấp thụ các nơtron nhiệt, nó có thể gây ra hoặc không phân hạch (trong phản ứng bắt giữ). Số lượng neutron phân hạch được tạo ra trên mỗi neutron nhiệt được nhiên liệu hấp thụ được gọi là tốc độ tái sinh và được biểu thị bằng η. Một neutron được tạo ra bởi sự phân hạch gây ra (εη pf ) ( P f P t ) của sự phân hạch thế hệ thứ hai. Nơtron sẽ được tạo ra (hình vẽ) 1 ). Ở đây, nếu k e f f = (εη pf ) ( P f P t ), số nơtron khi k e f f > 1, và do đó số phân hạch, được nhân với k e f f cho mỗi thế hệ, điều đó là, Nó tăng lên theo cấp số nhân theo thời gian, trong khi khi k e f f <1, số nơtron giảm dần theo mỗi thế hệ. Và chỉ khi k e f f = 1, số nơtron, và do đó số lần phân hạch trên một đơn vị thời gian, không thay đổi qua các thế hệ. Trạng thái này được gọi là trạng thái tới hạn. Khi k e f f > 1, nó được gọi là tới hạn dưới tới hạn hoặc siêu tới hạn, và khi k e f f <1, nó được gọi là tới hạn hoặc nhỏ hơn tới hạn. Theo cách này, k e f f là một chỉ số cơ bản chi phối các đặc điểm của phản ứng dây chuyền trong một tập hợp chứa các vật liệu phân hạch (được gọi là hệ thống nhân neutron), chẳng hạn như lõi của lò phản ứng hạt nhân, và được gọi là hệ số nhân hiệu quả. . Mặt khác, nếu tập hợp này có mức độ vô hạn, neutron không thể bị rò rỉ và P f P t = 1, do đó chỉ số này là εη pf = k ∞. k ∞ được gọi là hệ số nhân vô hạn, và phương trình này được gọi là công thức bốn nhân tử. Từ những điều trên, có thể thấy rằng để một hệ thống nhân neutron như lõi trở nên tới hạn, cần phải có một kích thước nhất định được xác định bởi thành phần của nó. Kích thước này được gọi là kích thước tới hạn, và lượng nhiên liệu chứa trong nó được gọi là khối lượng tới hạn. Khối lượng tới hạn liên quan đến thành phần của nhiên liệu, hình dạng của lõi, bộ điều tiết, loại phản xạ, v.v. (Hình.) 2 ). Năng lượng phân hạchPhần lớn năng lượng tạo ra bởi quá trình phân hạch (khoảng 167 MeV) xuất hiện dưới dạng động năng của các mảnh phân hạch, nhưng các mảnh phân hạch va chạm với các nguyên tử xung quanh ngay sau khi tạo ra, mất năng lượng và đốt nóng các chất xung quanh. Do đó, có thể coi tất cả năng lượng khoảng 167 MeV trong mỗi lần phân hạch được chuyển thành nhiệt năng tại điểm xảy ra quá trình phân hạch. Các neutron và tia γ phát ra trong quá trình phân hạch cũng có một phần năng lượng phân hạch, khoảng 5 MeV đối với năng lượng trước và 4,6 MeV đối với năng lượng phân hạch sau. Chúng cũng trở thành nhiệt năng do tương tác giữa các chất xung quanh. Ngoài ra, các sản phẩm phân hạch thường có tính phóng xạ và tiếp tục phát ra tia β và tia γ trong một thời gian dài. Tổng năng lượng của tia β là khoảng 7 MeV, phần lớn có trong nhiên liệu, và tổng năng lượng do tia phát ra là 6 MeV, năng lượng này trở thành nhiệt không chỉ trong nhiên liệu mà còn trong chất điều chế và chất làm mát. Các nhiệt này tiếp tục được tạo ra ngay cả khi lò phản ứng đã trở nên tới hạn sau khi tắt máy và không có sự phân hạch nào xảy ra. Do đó, cần phải tiếp tục làm mát nhiên liệu ngay cả sau khi lò phản ứng ngừng hoạt động. Bảng tóm tắt những điều trên 1 Là. Neutrino trong bảng được tạo ra bằng tia β, nhưng năng lượng của chúng không thể được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân vì chúng có ít tương tác với vật chất. Mặt khác, mặc dù không có trong bảng này, nhiệt sinh ra bởi tia và tia β phát ra từ các vật liệu cấu trúc được kích hoạt bởi neutron cũng vào khoảng 10 MeV. Từ những điều trên, nó có thể được xem xét trong năng lượng của lò phản ứng khoảng 200MeV mỗi lần phân hạch xảy ra, do đó để có được công suất 1W mỗi giây thì cần phải có 3,1 × 10 1 0 hoặc phân hạch. Trong số 2 3 5 U đã hấp thụ neutron, 84% trải qua quá trình phân hạch hạt nhân, vì vậy nếu 1000 kW nhiệt được tạo ra liên tục bởi quá trình phân hạch hạt nhân trong một ngày, khoảng 1,3 g 2 3 5 U sẽ bị mất đi. Cấu hình lò phản ứngNơi xảy ra chuỗi phản ứng phân hạch hạt nhân trong lò phản ứng hạt nhân được gọi là lõi. Phần lõi bao gồm nhiên liệu, chất làm mát, chất điều tiết, vật liệu điều khiển và vật liệu cấu trúc kết nối chúng. Nói chung, nhiên liệu có dạng hình que, và một số loại nhiên liệu được lắp ráp thành một cấu trúc được gọi là cụm nhiên liệu (hoặc cụm nhiên liệu). Phần lõi được cấu tạo bởi cụm nhiên liệu này. Nhiệt sinh ra trong nhiên liệu được thực hiện bởi chất làm mát. Chất làm mát chảy giữa các thanh nhiên liệu trong cụm nhiên liệu. Điều kiện cần đối với chất làm mát là nó có khả năng vận chuyển nhiệt lớn, tiết diện hấp thụ nơtron nhỏ và không bị phân hủy hoặc sinh ra chất phóng xạ do bức xạ như nơtron. Trong lò phản ứng hạt nhân sử dụng nhiệt năng, nhiệt độ của chất làm mát ra khỏi lò phản ứng càng cao thì hiệu suất nhiệt càng cao, điều này là mong muốn. Nước nhẹ (nước thông thường), nước nặng, khí và kim loại lỏng được sử dụng làm chất làm mát. Đặc biệt, nước nhẹ có nhược điểm là proton, một trong những nguyên tố cấu thành của hydro, là hạt nhân của hydro, sẽ hấp thụ neutron và trở thành deuteron, đồng thời phát ra tia γ. Nó thường được sử dụng nhiều nhất vì nó rẻ và không tốn kém. Mặt khác, nước nặng có một đặc điểm tuyệt vời là tiết diện hấp thụ nơtron nhỏ vì hạt nhân nguyên tử (deuteron) của đơteri D, là nguyên tố cấu tạo nên nước nặng, hầu như không hấp thụ nơtron. Các điều kiện cần đối với người điều chế là tiết diện hấp thụ nơtron nhỏ, tiết diện tán xạ lớn, và giống như chất làm mát, nó không dễ bị thay đổi bởi bức xạ như nơtron. Hơn nữa, nói chung, khối lượng của hạt nhân mà nơtron va chạm càng gần với khối lượng của nơtron thì tốc độ giảm động năng của nơtron do tán xạ càng lớn, do đó nó có xu hướng trở thành nhiệt nơtron sau một số lần tán xạ nhỏ. Do đó, điều cần thiết là chất điều hòa bao gồm các nguyên tố có số khối lượng nhỏ, và sử dụng cacbon, nước nhẹ, nước nặng, berili, v.v.. Có hai loại cấu hình cốt lõi: một loại đồng nhất trong đó nguyên liệu nhiên liệu hạt nhân và nguyên liệu điều hòa được trộn và tích hợp, và loại không đồng nhất trong đó một tổ hợp nhiên liệu lớn vừa phải được chứa trong bộ điều tiết. Một gương phản xạ neutron thường được đặt xung quanh lõi để đưa neutron bị rò rỉ từ trung tâm về phía lõi. Vật liệu điều khiển là một chất để kiểm soát hệ số nhân hiệu quả bằng cách thay đổi xác suất mà các neutron bị nhiên liệu hấp thụ và một chất hấp thụ neutron được sử dụng. Là chất hấp thụ nơtron, một chất có tiết diện hấp thụ nơtron lớn được sử dụng. Cách sử dụng cụ thể bao gồm khi sản phẩm dạng que hoặc dạng tấm được đưa vào và ra khỏi lõi (thường được gọi là que điều khiển) và khi nó được sử dụng bằng cách hòa tan nó trong chất làm mát (thường được gọi là chất độc lỏng). Có. Cadmium, boron, hafnium, vv được sử dụng làm chất. Bản thân nhiên liệu hoặc bộ phản xạ có thể được sử dụng để điều khiển lò phản ứng. Trong lõi, tia γ, tia neutron, v.v. được tạo ra cùng với phản ứng phân hạch, và các sản phẩm phân hạch phóng xạ cũng được tạo ra. Do đó, cần phải nghĩ ra các cách để ngăn chặn các chất này rò rỉ ra ngoài lò phản ứng. Nhiên liệu được đặt trong một vỏ kim loại như nhôm, thép không gỉ hoặc zirconium (hợp kim zirconium) để ngăn các sản phẩm phân hạch tạo ra trong nhiên liệu rò rỉ vào chất làm mát. Vỏ này được gọi là lớp phủ. Khi đó, lõi là một kim loại, thường được gọi là bình phản ứng, để giữ chất làm mát làm mát lõi để nếu lớp phủ nhiên liệu bị vỡ và các sản phẩm phân hạch rò rỉ vào chất làm mát, chúng sẽ không bị rò rỉ ra bên ngoài. Nó được lắp đặt trong một thùng chứa (làm bằng thép cacbon hoặc thép không gỉ). Vỏ bình phản ứng được đổ đầy chất làm mát, và một tấm chắn gọi là tấm chắn nhiệt được đặt giữa bình phản ứng và lõi để tránh làm hỏng vật liệu của bình do neutron và sinh nhiệt quá mức do tia gamma. Một tấm chắn bằng bê tông được đặt ở bên ngoài của bình phản ứng. Điều này được gọi là che chắn sinh học vì nó được lắp đặt để ngăn những người bên ngoài tiếp xúc với bức xạ quá mức. Chất làm mát thường được dẫn động bởi một máy bơm đặt bên trong hoặc bên ngoài bình phản ứng, và đi qua lõi để trở nên nóng hoặc hơi nước, thoát ra khỏi lõi và truyền nhiệt đến hệ thống sử dụng. Các sản phẩm phân hạch được trộn lẫn trong chất làm mát khi lớp phủ nhiên liệu bị lỗi. Bản thân nó cũng được kích hoạt bởi neutron trong lõi. Vì lý do này, chất làm mát đi qua lõi có thể không được dẫn trực tiếp đến hệ thống sử dụng nhiệt, nhưng nhiệt có thể được chuyển sang chất làm mát khác bằng bộ trao đổi nhiệt và quay trở lại lõi. Trong trường hợp này, chất làm mát đi qua lõi được gọi là chất làm mát sơ cấp và chất làm mát truyền nhiệt qua bộ trao đổi nhiệt được gọi là chất làm mát thứ cấp. Khi nước trong chất làm mát thứ cấp tạo ra hơi nước trong bộ trao đổi nhiệt, bộ trao đổi nhiệt này đặc biệt được gọi là bộ tạo hơi. Đặt một thiết bị thu giữ vật liệu phóng xạ trong hệ thống tuần hoàn chất làm mát đi qua lõi có hiệu quả trong việc giảm tiếp xúc của nhân viên trong quá trình bảo trì và kiểm tra hệ thống chất làm mát lò phản ứng và hệ thống chất làm mát sơ cấp. Khi chất làm mát là nước, thiết bị lọc khử muối sử dụng nhựa trao đổi ion hoặc loại tương tự thường được sử dụng. Hơn nữa, bình phản ứng và bộ phận chính của hệ thống làm mát sơ cấp phải được đặt trong một thùng chứa kín khí để một lượng lớn chất phóng xạ sẽ không bị phát tán ra môi trường nếu hệ thống làm mát sơ cấp bị hỏng. Thùng chứa này được gọi là thùng chứa. Trên đây được minh họa trong hình 3 trở thành như vậy. Loại lò phản ứngLò phản ứng có thể được thiết kế theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào thiết kế cốt lõi của chúng, lựa chọn vật liệu được sử dụng, mục đích sử dụng, v.v., và do đó cũng có nhiều loại khác nhau. Về thiết kế lõi, có sự lựa chọn giữa các nơtron nhiệt, chủ yếu gây ra sự phân hạch hạt nhân, các nơtron tốc độ trung bình đã bị chậm lại ở một mức độ nào đó, hoặc các nơtron nhanh hầu như không bị chậm lại. , Các lò phản ứng tốc độ trung bình (nơtron) và các lò phản ứng nhanh (nơtron) được phân loại. Điều độ viên được yêu cầu trong các lò phản ứng tốc độ trung bình và lò phản ứng nơtron nhiệt. Trong lõi, một số nơtron bị bắt giữ bởi 2 3 8 U, thori 2 2 3 2 Th, v.v ... Khi các hạt nhân này bắt giữ nơtron 2 3 8 Ư ＋ n─ → 2 3 9 Ư ＋ γ 2 3 9 U─ → 2 3 9 Np + β (thời gian bán hủy 23,5 phút) 2 3 9 Np─ → 2 3 9 Pu + β (thời gian bán hủy 2,35 ngày) 2 3 2 Th ＋ n─ → 2 3 3 Th ＋ γ 2 3 3 Th─ → 2 3 3 Pa + β (thời gian bán hủy 22,2 phút) 2 3 3 Pa─ → 2 3 3 U + β (chu kỳ bán rã 27 ngày) Sau hai lần phân rã β, nó chuyển thành các vật liệu phân hạch như 2 3 9 Pu và 2 3 3 U (trong đó n là nơtron, γ là tia, và β là tia β). Hiện tượng này được gọi là chuyển đổi, và số nguyên tử phân hạch được tạo ra trong quá trình phân hạch của một nguyên tử phân hạch được gọi là tỷ lệ chuyển đổi. Khi tỷ lệ chuyển đổi lớn hơn 1, lượng vật liệu phân hạch tăng lên trong lõi theo hoạt động của lò phản ứng, vì vậy nó được gọi là tốc độ tăng trưởng chứ không phải là tỷ lệ chuyển đổi. Lò phản ứng có tỷ lệ chuyển đổi lớn (thường là mục tiêu từ 0,7 trở lên) được gọi là lò phản ứng chuyển đổi, và lò phản ứng có thiết kế lớn hơn 1 được gọi là lò phản ứng giống. Mặt khác, một lò phản ứng hạt nhân sử dụng vật liệu phân hạch thu được theo cách này làm nhiên liệu được gọi là lò phản ứng đốt cháy chuyên dụng. Việc phân loại theo vật liệu được sử dụng cũng rất phổ biến. Lò phản ứng uranium tự nhiên và lò phản ứng uranium làm giàu được phân loại theo nhiên liệu, lò than chì, lò phản ứng nước nặng, lò phản ứng nước nhẹ, lò phản ứng berylium được phân loại theo người điều hành và lò phản ứng làm mát bằng khí, lò phản ứng làm mát bằng nước, lò phản ứng làm mát bằng natri, v.v. được phân loại bằng chất làm mát. lanhung. Giảm tốc nước nhẹ Lò phản ứng nước nhẹ thường được gọi là lò phản ứng nước nhẹ, bao gồm lò phản ứng nước có áp suất để thu được nước ở nhiệt độ cao trong khi ngăn chặn sự sôi bằng cách tạo áp suất lên nước làm mát và đun sôi cho phép sôi trong lõi để chiết xuất hơi nước từ bình lò phản ứng . Có loại làm mát bằng nước. Tiếp theo, về cấu trúc lõi, ngoài loại riêng biệt chỉ đặt lõi trong bình phản ứng, lõi nằm trong một vũng nước có bề mặt tự do, và nước này đóng vai trò như một chất làm mát và một lá chắn sinh học. . Loại bể bơi, loại tích hợp với hệ thống làm mát sơ cấp và thiết bị trao đổi nhiệt trong bình phản ứng, hoặc mỗi cụm nhiên liệu nằm trong một đường ống có chất làm mát, và đường ống này chứa bộ điều tiết có kiểu ống áp suất xuyên qua bình chứa. Các lò phản ứng cũng có thể được phân loại theo mục đích sử dụng. Nói chung, có những loại sử dụng bức xạ, đặc biệt là neutron, và những loại sử dụng nhiệt. Lò phản ứng trước bao gồm lò phản ứng nghiên cứu, lò phản ứng thử nghiệm vật liệu, lò phản ứng y tế, v.v., lò phản ứng sau bao gồm lò phản ứng phát điện và lò phản ứng nguồn nhiệt xử lý được sử dụng cho mục đích làm nóng cấp huyện và khử muối nước biển. Nhà máy lò phản ứngCác thiết bị tạo nên một nhà máy lò phản ứng hạt nhân khác nhau tùy thuộc vào loại lò phản ứng. Ở đây, lò phản ứng điện hạt nhân sẽ được mô tả chủ yếu. Cấu hình hệ thống làm mát chính và lõiPhần lõi thường bao gồm cụm nhiên liệu, bộ điều tiết và chất làm mát. (1) Lò phản ứng nước nhẹ Trong lò phản ứng nước nhẹ, chất làm mát cũng đóng vai trò là chất điều tiết, và có lò phản ứng nước sôi và lò phản ứng nước có áp suất. Kể từ khi các lò phản ứng nước nhẹ sử dụng nước đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nói chung, cần ít phát triển công nghệ hơn để sử dụng thực tế và việc sử dụng thực tế đã được khuyến khích ở Hoa Kỳ vào những năm 1960.Tính đến năm 1996, khoảng 300 tổ máy đang được sử dụng trên khắp thế giới, chiếm 80% các cơ sở sản xuất điện hạt nhân. Khi một lò phản ứng nước nhẹ có tên VVER sản xuất tại Nga được thêm vào lò này, nó đạt khoảng 90%. Nhược điểm của loại lò này là hệ thống làm mát sơ cấp có áp suất cao và hiệu suất nhiệt kém ngay cả khi áp suất vượt quá 100 atm. (A) Lò phản ứng nước sôi (BWR) Đây là một loại lò phản ứng sử dụng chất làm mát bằng cách đun sôi nó trong lò phản ứng và đưa hơi nước trực tiếp đến máy phát tuabin. Chất làm mát, đóng vai trò như một chất điều tiết, là nước ở khoảng 278 ° C được áp suất đến khoảng 70 atm, sôi khi nó đi qua giữa các thanh nhiên liệu trong lõi, và một phần của nó trở thành hơi nước và nước không khí ở phần trên của cốt lõi. Nó được tách thành hơi và nước thông qua một thiết bị phân tách, và hơi tiếp tục được đưa qua máy sấy hơi nước để rời khỏi lõi lò phản ứng và được đưa đến tuabin hơi (Hình.). 5-a ). Mặt khác, phần nước tách ra được trộn với nước hút ở khu vực xung quanh lõi và đưa về lõi một lần nữa. Hơi nước đã đi qua tuabin được bình ngưng quay trở lại thành nước, được bơm cấp nước đưa đến bình phản ứng, trộn với nước của lò phản ứng bằng bơm phản lực và được đưa đến lõi. Thanh nhiên liệu là một khối uranium dioxide có nồng độ thấp (khoảng 3%) (được gọi là viên) có đường kính khoảng 1,1 cm và dài khoảng 1 cm được đóng gói trong một ống bọc làm bằng Zircaloy-2. Cụm nhiên liệu bao gồm 63 thanh nhiên liệu và một thanh chứa nước, tổng cộng có 64 thanh được sắp xếp trong một lưới 8x8 và được đặt trong một hộp kênh Zircaloy-4. 5-b Nó có cấu trúc của. Trong một lò phản ứng hạt nhân có công suất phát điện 1 triệu kW, 764 cơ thể được tập hợp lại để tạo thành lõi. Kích thước của lõi cao khoảng 4,5m (phần sinh nhiệt là 3,7m), đường kính khoảng 4,75m, tổng trọng lượng nhiên liệu khoảng 140 tấn. Các thanh điều khiển có hình chữ thập đi qua giao lộ giữa bốn cụm nhiên liệu, và các thanh điều khiển có chứa bột cacbua bo. 185 trong số này được chuẩn bị và dẫn động từ bên dưới bằng một cơ cấu dẫn động thanh điều khiển được cung cấp bên dưới bình phản ứng. Bình phản ứng có áp suất thiết kế là 88 atm và nhiệt độ thiết kế là 302 ° C. (B) Lò phản ứng nước có áp (PWR) Lò phản ứng nước có áp được thiết kế sao cho áp suất của chất làm mát, nước nhẹ, vào khoảng 157 atm, và nó đi vào lõi từ đáy ở nhiệt độ 289 ° C và thoát ra khỏi lõi ở 325 ° C. Nước này đi qua một ống mỏng hình chữ U ngược bên trong bộ sinh hơi bên ngoài bình phản ứng để làm nóng và đun sôi nước của chất làm mát thứ cấp ở bên ngoài, sau đó lại được đưa đến bình phản ứng (Hình. ). 4-a ). Chất làm mát thứ cấp trở thành hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt ở khoảng 80 atm và được đưa đến tuabin hơi. PWR, có công suất phát điện 1 triệu kW, có đường kính viên nhiên liệu là 8,2 mm, nhỏ hơn một chút so với BWR. Cụm nhiên liệu bao gồm khoảng 200 thanh nhiên liệu và ít hơn 20 ống dẫn hướng (ống chia) được kết nối với các cụm thanh điều khiển, và chúng được sắp xếp theo lưới hình vuông 14 × 14, 15 × 15 hoặc 17 × 17. (Nhân vật 4-d ). Phần lõi gồm 193 tổ hợp nhiên liệu, có đường kính khoảng 3,4 m, tổng trọng lượng uranium dioxide được nạp vào khoảng 89 tấn. Các thanh điều khiển là một hệ thống trong đó các thanh chứa đầy hợp kim bạc-indium-cadmium được đưa vào mỗi ống dẫn hướng từ trên xuống và khoảng 20 thanh đi vào một cụm nhiên liệu được kết nối với một thiết bị dẫn động cụm thanh điều khiển. Có 61 bộ này trong lõi (Hình.) 4-b ). Đặc tính thiết bị của PWR là một bộ điều áp và một bộ tạo hơi. Bộ điều áp là thiết bị điều chỉnh áp suất của hệ thống làm mát sơ cấp. Khi áp suất của hệ thống giảm xuống, nước bên trong được đốt nóng bằng nhiệt điện làm tăng hơi nước và tăng áp suất, khi áp suất tăng quá mức sẽ làm nước lạnh phun vào hơi nước bên trong. Để ngưng tụ và giảm áp suất. Nếu áp suất trong hệ thống làm mát sơ cấp đột ngột tăng cao và vượt quá khả năng kiểm soát của nước lạnh, van xả và van an toàn được cung cấp ở đây sẽ mở (Hình). 6 ). Mặt khác, máy xông hơi được thể hiện trong hình. 4-c Nó được chia đại khái thành một loại trong đó nước làm mát sơ cấp nhiệt độ cao chảy qua một đường ống hình chữ U ngược để làm nóng nước xung quanh và một loại trong đó nước làm mát sơ cấp nhiệt độ cao chảy qua một đường ống thẳng. Trước đây có nhiều ví dụ sử dụng hơn. Trong mọi trường hợp, vì số lượng ống truyền nhiệt lớn khoảng 10.000 hoặc nhiều hơn, và do ăn mòn do ứng suất, nứt vỡ có thể gây ra các vết nứt trên ống truyền nhiệt trong quá trình sử dụng do lỗi sản xuất hoặc lỗi quản lý chất lượng nước, sản xuất, kiểm tra và kiểm tra, xem xét đặc biệt là cần thiết để quản lý. Áp suất thiết kế và nhiệt độ của bình phản ứng là 175 atm và 343 ° C. (2) Lò phản ứng nước nặng Đây là lò phản ứng sử dụng nước nặng có tiết diện hấp thụ nơtron nhỏ làm chất điều tiết (hoặc làm chất làm mát trong một số trường hợp) thay vì nước nhẹ. Vì lý do này, uranium tự nhiên có thể được sử dụng làm nhiên liệu, nhưng nước nặng rất đắt và có nhược điểm là dễ hấp thụ neutron và trở thành tritium. Trong lò phản ứng kiểu ống áp lực sản xuất tại Canada, đã được sử dụng nhiều, thân lò có nhiều ống dẫn xuyên qua một thùng chứa (bể calandria) chứa nước nặng làm chất điều tiết, và nước nhẹ hoặc nước nặng áp suất cao đi qua. thùng chứa này. Cấu trúc sao cho chất làm mát chảy. Ống này được gọi là ống áp suất. Ống áp suất này chứa 28 hoặc 37 thanh nhiên liệu với đường kính khoảng 16 mm và dài 4,5 m. Lò phản ứng nước nặng cũng có thiết kế trong đó chất làm mát chảy qua đường ống này được đun sôi giống như BWR, và thiết kế trong đó chất làm mát thứ cấp được đun sôi bằng máy tạo hơi nước được lắp đặt riêng mà không đun sôi như PWR (Hình.). .. (3) Lò phản ứng làm mát bằng natri Trước đây, người ta đã cố gắng sử dụng natri lỏng làm chất làm mát cho các lò phản ứng nơtron nhiệt sử dụng than chì làm chất điều tiết, nhưng hiện nay nó chỉ được sử dụng làm chất làm mát cho các lò phản ứng giống nhanh. Lò phản ứng nhanh không yêu cầu người điều tiết, vì vậy không thể sử dụng thiết bị điều tiết có lượng điều tiết lớn, chẳng hạn như nước nhẹ làm chất làm mát. Ngoài ra, để tăng tốc độ tăng trưởng, điều quan trọng là phải giảm tỷ lệ thể tích của chất làm mát trong lõi để cải thiện tính kinh tế của nơtron, và vì mục đích này, natri lỏng có khả năng dẫn nhiệt và truyền nhiệt cao được sử dụng. lanhung. Natri lỏng có hoạt tính hóa học mạnh và có thể bốc cháy hoặc nổ khi tiếp xúc với không khí hoặc nước, do đó cần phải cẩn thận khi xử lý, nhưng vì điểm sôi ở áp suất bình thường là 880 ° C nên không cần điều áp. Dễ đạt hiệu suất nhiệt cao vì có thể thu được nhiệt độ cao và thu được hơi nước chất lượng tốt. Cấu trúc bên trong bình phản ứng của lò phản ứng nhanh làm mát bằng natri vẫn giống như trước đây, nhưng phần lõi là các cụm nhiên liệu, nhưng lớp bọc nhiên liệu được làm bằng thép không gỉ, và các viên nhiên liệu chứa trong nó đã bị hư hỏng. Nó được làm từ một oxit hỗn hợp của uranium trộn với khoảng 20% plutonium phân hạch, và đường kính của các thanh nhiên liệu mỏng khoảng 8 mm. Có một tính năng ở nơi chứa nó. Natri đi vào cụm nhiên liệu từ bên dưới lõi ở nhiệt độ khoảng 380 ° C và thoát ra ở khoảng 550 ° C. Natri đã rời khỏi lõi được kích hoạt bằng cách chiếu xạ neutron. Hiện tại, natri này được đưa đến bộ trao đổi nhiệt trung gian thay vì đến bộ tạo hơi nước, nơi nó làm nóng một natri khác (natri thứ cấp) và quay trở lại lõi. Natri thứ cấp được đưa đến máy tạo hơi nước để tạo ra hơi nước. Như một thanh điều khiển, một thanh chứa đầy hạt B 4 C được sử dụng (Hình.). (4) Lò phản ứng làm mát bằng khí Có hai loại lò phản ứng làm mát bằng khí, một loại sử dụng carbon dioxide làm chất làm mát và loại kia sử dụng heli. Loại trước bao gồm loại giảm tốc graphite Calder Hall và phiên bản cải tiến của nó, AGR, và loại giảm tốc nước nặng được phát triển ở Pháp. Trong số này, AGR, vẫn là hoạt động chính ở Vương quốc Anh, được làm bằng thép 20Cr-25Ni-Nb bằng cách xếp chồng các khối than chì, là chất điều tiết, và đặt các viên uranium oxide được làm giàu mịn vào các lỗ thường xuyên được mở. trong các khối. Phần lõi bao gồm phần tử nhiên liệu gồm các thanh nhiên liệu được đặt trong một ống ốp. Khí carbon dioxide, là một chất làm mát, đi vào lõi ở nhiệt độ khoảng 300 ° C, thoát ra bên trong và bên ngoài 650 ° C, và được đưa đến bộ tạo hơi nước. Mặt khác, trong lò phản ứng hạt nhân sử dụng khí heli làm chất làm mát, các hạt (hạt phủ) trong đó các cacbua của urani và thori được phủ hai hoặc ba bằng than chì được chứa trong than chì mà không sử dụng nhiên liệu phủ kim loại. Một số lượng lớn các cột hình lục giác (còn gọi là than chì) được gom vào một lõi để tạo thành lõi, và chất làm mát được đổ qua một số lượng lớn các lỗ được tạo ra trên các cột. Trong lò Fort St. Vrain được xây dựng ở Hoa Kỳ, nhiệt độ đầu vào của chất làm mát là 338 ° C, nhiệt độ đầu ra là 761 ° C và áp suất khoảng 50 atm. Một lò phản ứng như vậy được gọi là HTGR. Ngoài phương pháp sử dụng phần tử nhiên liệu dạng cột lăng kính được mô tả ở trên cho lõi của HTGR, một số lượng lớn các hạt phủ graphit nói trên được tạo thành hình cầu có đường kính khoảng 5 cm bằng graphit được đặt trong một thùng chứa graphit. để tạo thành lõi. Ngoài ra còn có hệ thống giường bằng đá cuội. Chất làm mát chảy qua các khe hở trong quả cầu này. Một phương pháp cũng đang được xem xét, trong đó chất làm mát được thải ra từ lõi của HTGR được gửi trực tiếp đến bộ tạo hơi nước, tuabin khí được quay và sau đó được đưa đến bộ tạo hơi nước, hoặc nó được sử dụng làm nguồn nhiệt cho quy trình công nghiệp .  Lò phản ứng neutron nhiệt Lò phản ứng mà sự phân hạch chủ yếu là do các nơtron nhiệt gây ra. Có một người điều hành trong lõi. Lò phản ứng neutron nhanh Các lò phản ứng mà sự phân hạch chủ yếu là do các nơtron nhanh gây ra. Còn được gọi là lò phản ứng nhanh. Vì có thể dễ dàng thiết kế lõi có tỷ lệ chuyển đổi lớn hơn 1, nên rất dễ sử dụng nó như một lò phản ứng của nhà lai tạo. [Phân loại theo người điều hành và vị trí nhiên liệu]Lò phản ứng đồng nhất Một lõi trong đó chất điều hòa và nhiên liệu đồng nhất khi nhìn từ neutron, nghĩa là chúng được trộn lẫn trong các đơn vị nhỏ so với đường đi tự do trung bình của neutron. Trong trường hợp này, có thể coi là hầu như không có sự khác biệt về mật độ thông lượng nơtron giữa phần nhiên liệu trong hỗn hợp và phần điều hòa tiếp giáp với hỗn hợp. Lò phản ứng không đồng nhất Một lò phản ứng hạt nhân trong đó người điều hành và nhiên liệu được trộn theo cách không đồng nhất. Trong trường hợp này, có sự khác biệt giữa mật độ thông lượng nơtron trong bộ điều tiết và mật độ thông lượng nơtron trong nhiên liệu và cần phải có một phân tích thiết kế xem xét điều này. Lò nung chuyên dụng Một lò phản ứng hạt nhân sử dụng vật liệu phân hạch thu được bằng cách chuyển đổi làm nhiên liệu. [Phân loại theo tỷ lệ chuyển đổi và tỷ lệ gia tăng]Lò chuyển đổi Lò phản ứng có tỷ lệ chuyển đổi cao (ví dụ: 0,7 hoặc cao hơn). Lò phản ứng giống Các chất phản ứng có tốc độ phát triển từ 1 trở lên. Lò phản ứng nhiệt tiên tiến Lò làm mát nước nhẹ giảm tốc nước nặng được phát triển ở Nhật Bản. Trong tiếng Anh, nó được gọi là lò phản ứng nhiệt tiên tiến, viết tắt là ATR. Lò phản ứng của người chăn nuôi nhanh Một lò phản ứng nhanh với tốc độ tăng trưởng từ 1 trở lên. Trong tiếng Anh, nó được gọi là lò phản ứng giống nhanh, viết tắt là FBR. [Phân loại theo nhiên liệu và chất làm mát]Lò uranium tự nhiên Một lò phản ứng hạt nhân sử dụng uranium tự nhiên làm nhiên liệu. Nếu nước nặng hoặc than chì được sử dụng làm chất điều tiết để tạo thành lõi không đồng nhất, thì ngay cả uranium tự nhiên cũng có thể đạt được mức đốt cháy vài nghìn MWD / T. Lò uranium làm giàu Một lò phản ứng hạt nhân sử dụng uranium đã được làm giàu làm nhiên liệu. Lò phản ứng nước nhẹ Một lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước nhẹ làm chất điều tiết. Trong tiếng Anh, nó được gọi là light water reactor, viết tắt là LWR. Trong trường hợp này, chất làm mát cũng là nước nhẹ. Hiện nay, cả hai loại lò phản ứng PWR và BWR đều được sử dụng. Lò phản ứng nước nặng Một lò phản ứng hạt nhân có người điều tiết là nước nặng. Loại này bao gồm loại CANDU-PHW, sử dụng nước nặng có áp suất làm chất làm mát, loại CANDU-BLW, sử dụng nước nhẹ sôi, ATR và SGHWR ở Vương quốc Anh. Cũng có nhiều trong các lò phản ứng nghiên cứu. Lò phản ứng muối nóng chảy Một lò phản ứng hạt nhân trong đó nhiên liệu là muối nóng chảy lỏng. MSRE đã từng làm việc tại Hoa Kỳ là duy nhất và không có MSRE nào hiện đang hoạt động. Lò phản ứng làm mát bằng khí Một lò phản ứng hạt nhân sử dụng khí làm chất làm mát. Các loại khí được sử dụng bao gồm không khí, carbon dioxide và heli. Trong tiếng Anh, nó được gọi là lò phản ứng làm mát bằng khí, viết tắt là GCR. Lò phản ứng lỗ lạnh hơn được phát triển ở Vương quốc Anh (đơn vị đầu tiên ở Tokai-mura là loại này) và AGR được làm mát bằng carbon dioxide và các lò phản ứng làm mát bằng khí nhiệt độ cao đang được đưa vào sử dụng thực tế ở Hoa Kỳ và Tây Đức được làm mát bằng heli. HTGR Trong số các lò phản ứng làm mát bằng khí, những lò có nhiệt độ nước làm mát đầu ra cao. Trong tiếng Anh, nó được gọi là lò phản ứng làm lạnh bằng khí ở nhiệt độ cao, viết tắt là HTGR. Đặc biệt, điều kiện nhiệt độ mà tên này nên được sử dụng vẫn chưa được xác định, nhưng nó thường dùng để chỉ lò phản ứng hạt nhân có nhiệt độ đầu ra từ 700 ° C trở lên và làm mát bằng heli. Nhà máy điện Fort St. Bren ở Hoa Kỳ và AVR và THTR ở Tây Đức thuộc loại này. Bể phản ứng nước có áp Một lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước có áp suất làm chất điều tiết cũng đóng vai trò là chất làm mát. Lò phản ứng nước điều áp tên tiếng anh là PWR. Một loại lò phản ứng nước nhẹ. Các lò phản ứng ở Nhà máy điện Mihama và Nhà máy điện Oi thuộc loại này. Lò phản ứng nước sôi Một lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước sôi làm chất điều tiết cũng đóng vai trò là chất làm mát. Trong tiếng Anh, nó được gọi là lò phản ứng nước sôi, viết tắt là BWR. Một loại lò phản ứng nước nhẹ. Các lò phản ứng ở nhà máy điện Fukushima Daiichi và số 2 thuộc loại này. [Phân loại theo cấu trúc]Bể phản ứng kiểu bể bơi Một lò phản ứng hạt nhân với lõi trong một bể hở ở trên cùng, giống như một bể bơi. Nước này hoạt động như một tấm chắn và chất làm mát. Nó phù hợp với các lò phản ứng hạt nhân có nhiều hy vọng tiếp cận, chẳng hạn như lò phản ứng nghiên cứu, nơi các mẫu được đặt trong lõi mà không sử dụng nhiệt. JRR-4 tại Viện Nghiên cứu Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản và NSRR, một lò phản ứng nghiên cứu an toàn, thuộc loại này. Lò phản ứng ống áp suất Máy điều độ được chứa trong bể Kalandria, và nhiều đường ống được gọi là ống áp suất xuyên qua bể này. Một lò phản ứng hạt nhân trong đó một phần tử nhiên liệu được đưa vào và chất làm mát đang chảy. Đây là mô hình được sử dụng cho các lò phản ứng nước nặng. Lò phản ứng tích hợp Một lò phản ứng nước có áp với bộ tạo hơi nước bên trong bình phản ứng. Nó được lên kế hoạch như một lò phản ứng hạt nhân trên biển. [Phân loại theo mục đích sử dụng]Lò phản ứng nghiên cứu Lò phản ứng nghiên cứu. Nó chủ yếu được sử dụng cho nghiên cứu sử dụng bức xạ, đặc biệt là neutron. Có JRR-2, JRR-3, JRR-4, JMTR, hoặc NSRR của Viện Nghiên cứu Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản, KUR của Đại học Kyoto, và YAYOI của Đại học Tokyo. Lò nguồn nơtron Một loại lò phản ứng nghiên cứu, chủ yếu được sử dụng làm nguồn neutron. YAYOI của Đại học Tokyo là một lò phản ứng nguồn neutron nhanh. Lò phản ứng thử nghiệm vật liệu Một lò phản ứng được thiết kế để cung cấp mật độ thông lượng neutron đặc biệt cao để nghiên cứu vật liệu lò phản ứng và chiếu xạ một mẫu đủ lớn để thử nghiệm vật liệu. JMTR của Viện Nghiên cứu Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản là loại lò phản ứng này. Thiết bị thí nghiệm quan trọng Lò phản ứng hạt nhân được sử dụng cho mục đích đo khối lượng tới hạn, phân bố sản lượng, giá trị phản ứng của vật liệu, v.v. cho các thành phần vật liệu cốt lõi khác nhau hoặc xác minh các phương pháp tính toán thiết kế hạt nhân. Để dễ dàng thay đổi thành phần vật chất của lõi, các khối xây dựng lõi khác nhau được kết hợp để tạo thành lõi. Viện Nghiên cứu Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản có FCA (Thiết bị thí nghiệm quan trọng cho lò phản ứng nhanh) và TCA (Thiết bị thí nghiệm quan trọng cho lò phản ứng nước nhẹ). Lò thí nghiệm Một lò phản ứng hạt nhân để xác nhận rằng một loại lò phản ứng nhất định thực sự có thể được xây dựng và vận hành, đồng thời thu thập dữ liệu cần thiết để đưa nó vào sử dụng trong thực tế. Hơn 20 loại lò phản ứng thử nghiệm đã được xây dựng để phát triển lò phản ứng hạt nhân, nhưng chỉ một số trong số chúng được đưa vào sử dụng thực tế như lò phản ứng điện. Nó tương ứng với một nhà máy thí điểm trong lĩnh vực công nghiệp nói chung. Lò nguyên mẫu Một lò phản ứng hạt nhân là nguyên mẫu của một loại lò phản ứng hạt nhân nhất định. Hoặc lò phản ứng đầu tiên của một loạt các lò phản ứng cùng loại. Lò phản ứng nhiệt tiên tiến của Nhật Bản <Fugen> và lò phản ứng tạo giống nhanh <Monju> được coi là những lò phản ứng nguyên mẫu. Lò trình diễn Một lò phản ứng để chứng minh rằng một loại lò phản ứng có thể được thiết kế và khả thi về mặt kinh tế. Nếu nhấn mạnh vào trình diễn kỹ thuật, nó sẽ đồng nghĩa với lò phản ứng DEMO. Đây là cách nó được sử dụng ở Châu Âu. Ở Nhật Bản và Hoa Kỳ, đây là lò phản ứng giai đoạn tiếp theo của lò phản ứng DEMO, nơi tập trung vào việc chứng minh hiệu quả kinh tế. Lò thực hành Một lò phản ứng hạt nhân đã hoàn thiện về kỹ thuật và đang trong giai đoạn có thể cạnh tranh kinh tế với các công suất cung cấp năng lượng khác. Lò phản ứng điện Một lò phản ứng hạt nhân được sử dụng như một nguồn điện. Có lò phản ứng điện, lò phản ứng đẩy tàu, v.v. Lò đa năng Một lò phản ứng hạt nhân có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Ví dụ, HTGR có thể được sử dụng không chỉ để phát điện mà còn được sử dụng như một nguồn nhiệt cho các quy trình công nghiệp khác nhau, vì vậy nó đôi khi được gọi theo cách này. Lò sản xuất Một lò phản ứng hạt nhân được sử dụng để sản xuất vật liệu phân hạch, đặc biệt là plutonium. Còn được gọi là lò sản xuất plutonium. Là một uranium tự nhiên lớn hoặc lõi uranium được làm giàu nhẹ, một phương pháp chiết xuất nhiên liệu với mức đốt cháy thấp được áp dụng. Lò phản ứng hóa học Một lò phản ứng hạt nhân để gây ra phản ứng phóng xạ như một quy trình công nghiệp trong lõi. Một hợp chất polyme được sản xuất bằng cách sử dụng phản ứng trùng hợp bức xạ. Lò phản ứng y tế Một lò phản ứng hạt nhân được xây dựng và sử dụng để điều trị các khối u bằng cách sử dụng bức xạ, đặc biệt là neutron. Shunsuke Kondo Hệ thống làm mát khi lò phản ứng ngừng hoạt độngNgay sau khi lò phản ứng ngừng hoạt động, nhiên liệu trong lò phản ứng cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phủ, vì vậy nếu làm mát không đủ, nhiệt do lò phản ứng giữ sẽ truyền sang vật liệu phủ, gây hư hỏng lớp phủ. Hơn nữa, vì quá trình sinh nhiệt tiếp tục do sự phân hủy của các sản phẩm phân hạch tích tụ trong nhiên liệu, nên cần phải thực hiện làm mát (loại bỏ nhiệt phân rã) tương ứng với quá trình đó để duy trì độ bền của nó trong một thời gian dài. Hệ thống được lắp đặt trong lò phản ứng cho mục đích này được gọi là hệ thống làm mát tắt hoặc hệ thống loại bỏ nhiệt phân rã. Thiết bị quản lý nước lò phản ứngQuản lý nước trong lò phản ứng nước nhẹ được chia thành quản lý nước thô, lọc nước làm mát lò phản ứng và xử lý chất thải lỏng. Trong số này, việc lọc nước làm mát được thực hiện bởi thiết bị lọc nước lò phản ứng trong BWR. Điều này ngăn ngừa (1) sự suy giảm hệ số truyền nhiệt trên bề mặt thanh nhiên liệu do sự bám dính của các tạp chất trong nước lò phản ứng với bề mặt truyền nhiệt, và (2) kích hoạt các sản phẩm ăn mòn và các tạp chất khác trong nước lò phản ứng. , Tia và tia β bị ngăn cản trở thành nguồn thứ cấp, và nước trong bể phản ứng được lọc và trao đổi ion để duy trì chất lượng nước. Nó được gọi là thiết bị lọc khử muối. Thiết bị tương ứng trong PWR là thiết bị kiểm soát khối lượng và hóa chất. Thiết bị này không chỉ loại bỏ các sản phẩm ăn mòn trong chất làm mát mà còn bổ sung chất làm mát vào hệ thống làm mát chính, điều chỉnh nồng độ axit boric trong chất làm mát như một chất hấp thụ nơtron và làm kín bơm chất làm mát chính. Nó có các chức năng như cung cấp nước làm kín trục. Trong hệ thống thứ cấp của PWR, hydrazine được đưa vào để kiểm soát nồng độ oxy nhằm ngăn chặn sự ăn mòn do ứng suất làm nứt các mao quản của máy tạo hơi nước. Hệ thống xử lý chất thảiMột lượng nhỏ các sản phẩm phân hạch ra khỏi cơ sở lò phản ứng vào môi trường thông qua các đường ống và thiết bị. Chúng được gọi là chất thải phóng xạ dạng khí, lỏng hoặc rắn. Ngoài các khí hiếm phóng xạ như krypton và xenon, chất thải dạng khí bao gồm các khí như iốt và triti, và các hạt mịn như crom, mangan và coban. Trong trường hợp BWR, các đường phát thải chính là khí thải từ bộ trích khí bình ngưng và khí quyển của bình chứa và tòa nhà. Vì khí thải này chứa hydro và oxy được tạo ra bởi quá trình phân giải phóng xạ của nước, nó được tái kết hợp, nén và lưu trữ trong một bình suy giảm, và sau khi phóng xạ bị suy giảm, nó được giải phóng vào khí quyển thông qua một bộ lọc. Trong trường hợp PWR, khí thải được tạo ra trong quá trình tinh chế khí uốn cong từ các bể làm mát khác nhau chủ yếu bao gồm nitơ và khí thanh lọc chủ yếu bao gồm hydro từ hệ thống kiểm soát hóa chất / thể tích là thành phần chính cùng với bầu không khí của tòa nhà. Khí thải được nén, lưu trữ, làm giảm nồng độ phóng xạ, và sau đó được giải phóng. Chất thải lỏng bao gồm hệ thống thoát nước của thiết bị (nước rò rỉ), hệ thống thoát sàn và chất lỏng thải được tạo ra trong quá trình tái tạo bình ngưng được lắp đặt với mục đích làm sạch chất làm mát. Thiết bị thoát nước được sử dụng trong lò phản ứng sau khi lọc và khử muối. Sau khi xử lý lọc, nước thải sàn được xả ra kênh thoát nước làm mát bình ngưng sau khi xác nhận rằng mức độ phóng xạ thấp. Sau khi trung hòa, chất lỏng thải tái chế được làm bay hơi và cô đặc nếu mức độ phóng xạ cao. Ngoài ra, nhựa trao đổi ion đã qua sử dụng, bùn lọc, cô đặc bay hơi, v.v. được trộn với vật liệu hấp thụ nước hoặc vật liệu đông đặc, và những vật liệu có thể nén và giảm thể tích sau đó được đóng gói trong thùng phuy. Giảm khối lượng bằng cách đốt cũng có hiệu quả, và gần đây, lượng chất thải rắn phát sinh đã giảm đáng kể bằng cách áp dụng phương pháp này.Trong các lò phản ứng nhanh và lò phản ứng khí hầu như không có rãnh thoát phóng xạ nên lượng chất thải phóng xạ tạo ra ít. Để tinh chế natri lỏng, bẫy lạnh sử dụng hiện tượng các tạp chất trong chất lỏng kết tủa ở nhiệt độ thấp hoặc bẫy nóng sử dụng sự kết dính của các tạp chất với bề mặt kim loại ở nhiệt độ cao cụ thể được sử dụng. Do đó, mặc dù chúng được tạo ra dưới dạng chất thải rắn, nhưng không khó để lưu giữ chúng với khối lượng nhỏ hơn. Hệ thống điều khiển lò phản ứngHệ thống điều khiển của nhà máy lò phản ứng hạt nhân bao gồm hệ thống điều khiển đầu ra, hệ thống thiết bị đo nơtron, hệ thống thiết bị đo quá trình, hệ thống đo bức xạ, hệ thống bảo vệ an toàn, hệ thống chẩn đoán bất thường, v.v. (1) Hệ thống điều khiển đầu ra Khi lò phản ứng hạt nhân hoạt động, các nuclide phân hạch có thể được tạo ra trong nhiên liệu bằng cách chuyển đổi, nhưng trong thiết kế bình thường, mức tiêu thụ các nuclide phân hạch lớn hơn và tỷ lệ các nuclide phân hạch giảm dần theo thời gian. Đi. Mặt khác, các sản phẩm phân hạch hấp thụ neutron được tích lũy vì lượng sản phẩm phân hạch tạo ra rất lớn ngay cả khi chúng bị phân rã phóng xạ. Do đó, ống nhân quang hiệu dụng của lõi nói chung giảm. Trong các lò phản ứng công suất, v.v., cần phải tăng hoặc giảm hệ số nhân hiệu dụng của lõi theo nhu cầu đầu ra. Khi đó, tỷ trọng của nhiên liệu và chất điều tiết thay đổi do nhiệt độ lõi thay đổi, và kích thước hiệu dụng của tiết diện hấp thụ cũng thay đổi do hiệu ứng Doppler, do đó hệ số nhân hiệu quả cũng liên quan đến nhiệt độ lõi. Do đó, để kiểm soát đầu ra, cần có thiết bị di chuyển các thanh điều khiển ra vào đồng thời quan sát sự khác biệt giữa đầu ra yêu cầu và đầu ra hiện tại. Đây là hệ thống kiểm soát đầu ra. Trong BWR, phương pháp điều khiển đầu ra sử dụng thanh điều khiển và phương pháp điều khiển trạng thái sôi trong lõi chủ yếu bằng tốc độ dòng tuần hoàn và điều chỉnh đầu ra bằng tác động đến hệ số nhân hiệu quả được sử dụng cùng nhau. Khi tăng hoặc giảm tốc độ dòng tuần hoàn, thể tích của phần nước làm mát đang sôi trong lõi sẽ thay đổi. Vì lượng hydro làm chất điều tiết nhỏ trong phần sôi, sản lượng giảm khi phần này tăng lên. Phương pháp này không làm thay đổi quá nhiều sự phân bố công suất hướng tâm trong lò, vì vậy nó là phương pháp điều khiển được ưu tiên hơn so với hệ thống thanh điều khiển. Do đó, phương pháp này được sử dụng để theo dõi sự dao động của phụ tải gần đầu ra định mức, và hệ thống thanh điều khiển có mức đầu ra thay đổi lớn và sự thay đổi và đầu ra phản ứng trong thời gian dài như trong trường hợp khởi động và dừng lò phản ứng. Được sử dụng để điều chỉnh phân phối. Mặt khác, trong PWR, các thanh điều khiển là bộ phận trực tiếp điều khiển đầu ra, và liên quan đến điều này, hệ thống điều khiển áp suất bộ điều áp điều khiển áp suất và lượng nước của hệ thống làm mát sơ cấp, hệ thống điều khiển mực nước giữ mực nước bên trong bộ tạo hơi, và Có một hệ thống kiểm soát bãi chứa hơi để điều khiển tua bin bỏ qua hơi khi tải đột ngột thay đổi. Hoạt động sử dụng phương pháp thay đổi có hệ thống nhiệt độ trung bình của chất làm mát sơ cấp theo đầu ra. Sơ đồ sơ đồ hệ thống để đạt được điều này 6 Thể hiện ở chỗ. Việc kiểm soát phản ứng dài hạn tương ứng với sự tích tụ của các sản phẩm phân hạch được thực hiện bằng cách điều chỉnh nồng độ axit boric trong chất làm mát sơ cấp. Thông thường, nồng độ khoảng 1000ppm ở lõi ban đầu và khoảng 40ppm ở cuối quá trình đốt cháy. (2) Hệ thống thiết bị đo nơtron Vì việc điều khiển lò phản ứng hạt nhân chủ yếu được thực hiện bằng cách thay đổi mật độ số nơtron, nên điều quan trọng là phải đo chính xác mật độ số nơtron. Nói chung, neutron được đo trong ba phạm vi. Phạm vi từ đầu ra 0 đến khoảng 1/1000 của đầu ra định mức được gọi là vùng kích hoạt và bộ đếm phân hạch hoặc bộ đếm tỷ lệ với tín hiệu đầu ra dạng xung thường được sử dụng. Trong vùng này, nguồn nơtron thường được đặt trong lõi để mật độ số nơtron không xuống dưới giới hạn phát hiện của dụng cụ, vì vậy nó còn được gọi là vùng nguồn nơtron. Vùng trung gian còn được gọi là vùng tuần hoàn của lò phản ứng, và bao gồm phạm vi từ khoảng 0,01% đến khoảng 1% sản lượng định mức. Các buồng ion hóa bù lại ảnh hưởng của tia γ thường được dùng làm dụng cụ đo lường. Phạm vi đầu ra nằm trong khoảng từ 1% đến 100% công suất định mức, và thường thì dòng điện đầu ra của buồng ion hóa được khuếch đại và hiển thị trên đồng hồ đầu ra. (3) Hệ thống thiết bị đo lường quy trình Đây là thiết bị để đo trạng thái hoạt động của từng hệ thống nhà máy, đó là nhiệt độ, áp suất và tốc độ dòng chảy, và kiểm soát chúng khi cần thiết. (4) Hệ thống đo bức xạ Thiết bị này đo nồng độ và liều lượng của các chất phóng xạ bên trong và bên ngoài nhà máy nhằm ngăn ngừa các nguy cơ bức xạ đối với con người và đảm bảo vận hành an toàn cho các cơ sở của nhà máy. (5) Hệ thống bảo vệ an toàn Khi nhận định rằng một tình trạng có thể làm giảm sự an toàn của lò phản ứng đã xảy ra dựa trên tín hiệu từ thiết bị đo neutron hoặc thiết bị đo quá trình, việc tắt khẩn cấp (scram) của lò phản ứng hoặc turbo. Máy phát điện Nó là một thiết bị để dừng (vấp) lò phản ứng, ngăn ngừa hư hỏng cho lò phản ứng và máy phát tuabin, và vận hành các cơ sở an toàn kỹ thuật như hệ thống làm mát lõi khẩn cấp. (6) Hệ thống chẩn đoán sự bất thường Điều quan trọng là xác định sự bất thường đang xảy ra bằng cách phân tích những thay đổi về lượng của các quá trình khác nhau trong lò phản ứng, thông báo cho người vận hành về hiện tượng tiền chất và giúp người vận hành đưa ra quyết định liên quan đến sự bất thường. Nó là một thiết bị trình bày các thông số và một menu các hành động cần thực hiện. Tầm quan trọng của nó đã được công nhận rộng rãi kể từ vụ tai nạn tại nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island ở Hoa Kỳ năm 1979, và nó đã được phát triển và sử dụng như một hệ thống chẩn đoán tình trạng của nhà máy. An toàn lò phản ứngĐể đảm bảo an toàn cho lò phản ứng, điều cần thiết là vị trí, cấu trúc và trang thiết bị của lò phản ứng không cản trở việc phòng chống thiên tai và người vận hành lò phải có đủ khả năng kỹ thuật. .. (1) Vị trí của các cơ sở Về vị trí của các cơ sở, đã có những sự kiện tự nhiên hoặc nhân tạo cản trở sự an toàn - ví dụ, sự tồn tại của các nhà máy xử lý động đất, sóng thần, lũ lụt và các sản phẩm nổ. Trước hết, nó được yêu cầu rằng nó sẽ không xảy ra trong tương lai. Thứ hai, với mục tiêu không gây ra thảm họa phóng xạ cho công chúng xung quanh ngay cả khi tai nạn nghiêm trọng xảy ra, nếu một người ở đó lâu vào thời điểm xảy ra tai nạn này, người đó sẽ bị chấn thương do phóng xạ. Các khu vực có thể được xác định để làm như vậy được yêu cầu là "khu vực không phải dân cư", nơi công chúng không sinh sống về nguyên tắc. Ở đây, tai nạn nghiêm trọng là tai nạn nghiêm trọng có thể xảy ra trong trường hợp xấu nhất trên quan điểm kỹ thuật khi xem xét các sự kiện xung quanh địa điểm, đặc điểm của lò phản ứng, các phương tiện bảo vệ và an toàn, v.v. Thứ ba, mục tiêu là không gây ra một thảm họa bức xạ nghiêm trọng cho công chúng xung quanh ngay cả khi một tai nạn ảo xảy ra và nếu không áp dụng các biện pháp trong trường hợp tai nạn này, nó có thể gây ra một thảm họa bức xạ đáng kể cho công chúng. Phạm vi khoảng cách được đánh giá là không tồn tại đòi hỏi chúng phải là <khu vực dân cư thấp> để có thể thực hiện các biện pháp thích hợp. Ở đây, tai nạn ảo là những tai nạn khó có thể xảy ra theo quan điểm kỹ thuật, chẳng hạn như những tai nạn vượt quá mức tai nạn nghiêm trọng, ví dụ, một số phương tiện bảo vệ an toàn được giả định hoạt động khi giả định xảy ra tai nạn nghiêm trọng. Một tai nạn khi người ta cho rằng nó không hoạt động. Thứ tư, trong trường hợp tai biến ảo, yêu cầu giá trị tổng hợp của liều phơi nhiễm toàn cơ thể phải đủ xa khu vực đông dân cư để có thể chấp nhận được theo quan điểm liều lượng gen quốc gia. (2) Cấu trúc và thiết bị Một bảng thể hiện sự phân bố các chất phóng xạ trong lò phản ứng 2 Hầu hết nó tồn tại trong khoảng trống (khe hở) giữa bản thân nhiên liệu và ống bọc, và chúng không được giải phóng trừ khi nhiên liệu tan chảy hoặc lớp phủ bị hư hỏng, do đó việc sản xuất quá nhiều nhiên liệu được ngăn chặn và nhiên liệu bị tiêu hao. Yêu cầu rằng nhiên liệu có thể được làm mát bất cứ lúc nào và khí phóng xạ có thể được giới hạn (lưu trữ) một cách đáng tin cậy ngay cả khi nó được giải phóng. Vấn đề lớn nhất về việc ngăn chặn sản lượng quá mức là liệu lò phản ứng có phát nổ như bom nguyên tử hay không, nhưng do kết quả của một số thí nghiệm chạy lò phản ứng, quả bom ban đầu là một hiện tượng tự nhiên như sự giãn nở nhiệt. Mặc dù cần phải thực hiện các biện pháp đặc biệt để duy trì mật độ cao chống lại những điều trên, người ta nhận thấy rằng một vụ nổ như bom hạt nhân không thể xảy ra vì không có cơ chế này trong lò phản ứng hạt nhân. Ngoài ra, nó đã được xác nhận rằng các vụ tai nạn chạy trốn điện có thể được giảm nhẹ đáng kể bằng cách truyền đạt khả năng tự kiểm soát cho cốt lõi. Do đó, sự vượt mức này đã đạt được bằng cách thiết kế hệ số phản hồi phản ứng lõi là âm và lắp đặt hệ thống tắt khẩn cấp lò phản ứng. Nó được hiểu rằng các yêu cầu bảo vệ nguồn có thể được đáp ứng. Nó đã được đề cập rằng thiết bị làm mát lõi khẩn cấp được sử dụng để đảm bảo làm mát nhiên liệu trong trường hợp xảy ra tai nạn, và các bình chứa được sử dụng để lưu trữ vật liệu phóng xạ. Để đánh giá rằng thiết kế của thiết bị có các chức năng an toàn này là phù hợp và đáng tin cậy, trước tiên hãy xem xét hệ thống có thiết kế có độ tin cậy cao hay không, sau đó giả định một sự cố trong lò phản ứng và phản hồi. Và xác nhận rằng nó nằm trong phạm vi dự kiến bởi chức năng an toàn của chúng. Quy trình thứ hai được gọi là phân tích tai nạn, đánh giá tai nạn hoặc đánh giá an toàn, và là một phương tiện quan trọng để kiểm tra an toàn. Nhân tiện, độ tin cậy của thiết bị an toàn được xây dựng phụ thuộc vào chất lượng của nó. Rõ ràng trách nhiệm của chủ sở hữu là đảm bảo chất lượng, nhưng ở Nhật Bản, chính phủ cũng sẽ tham gia vào vấn đề này ở một mức độ nào đó, và chính phủ sẽ phê duyệt thiết kế và phương pháp xây dựng. Bắt buộc phải vượt qua kiểm tra trước khi sử dụng và chính phủ được yêu cầu thường xuyên kiểm tra hoạt động của nó trong khi cơ sở đang được sử dụng. Ý tưởng này cũng được áp dụng cho các nhà khai thác và chính phủ quốc gia đã công nhận năng lực của các nhà khai thác trực tiếp phụ trách. (3) Xử lý chất thải phóng xạ Việc xử lý chất thải phóng xạ điều chỉnh sự an toàn của lò phản ứng tại các thời điểm thường xuyên. Như đã đề cập, chất thải thể khí và chất thải lỏng có mức độ phóng xạ cực thấp được làm suy giảm đủ theo tinh thần "Càng thấp càng tốt (ALARA)". Được phát hành từ. Một bộ phận chất thải lỏng và chất thải rắn cơ bản được giảm khối lượng, được cô đặc và hóa rắn. Ngay cả khi các bản phát hành này được tiếp tục trong một thời gian dài, những thay đổi có thể được nhìn thấy nếu chỉ tập trung vào nồng độ của một nguyên tố cụ thể. Bức xạ môi trường Nó không đưa ra một sự thay đổi đáng kể về mức độ. Một lượng lớn chất thải được tạo ra khi cơ sở lò phản ứng bị xóa bỏ. Các phương pháp ngừng hoạt động lò phản ứng bao gồm tháo dỡ và loại bỏ, quản lý niêm phong và cách ly bằng lá chắn, tất cả đều có thể thực hiện được về mặt kỹ thuật, nhưng hai phương pháp sau cũng được coi là các bước trung gian để tháo dỡ và loại bỏ. ， Việc áp dụng chúng sẽ được quyết định liên quan đến kế hoạch sử dụng địa điểm sau khi loại bỏ. Nếu việc sử dụng năng lượng hạt nhân được cải thiện và sự phát triển xã hội tập trung vào sản xuất điện hạt nhân ngày càng tiến bộ, thông thường sẽ tiếp tục sử dụng địa điểm này như một địa điểm cho các cơ sở hạt nhân. Việc phá dỡ và di dời sẽ được tiến hành sớm. Thiết kế lò phản ứngCông việc thiết kế lò phản ứng bắt đầu với việc thiết lập các mục tiêu thiết kế. Các mục tiêu được đặt ra cho đầu ra và hiệu suất của nó (ví dụ: nhiệt độ nước làm mát), độ tin cậy, dễ bảo trì, tính kinh tế, an toàn, v.v. Công việc thiết kế lò phản ứng bao gồm (1) thiết kế hạt nhân để thiết kế lõi có thể tạo ra sản lượng xác định trước trong khi luôn duy trì các điều kiện quan trọng , thiết kế nhiệt để thiết kế các điều kiện truyền nhiệt dòng chảy để chiết xuất nhiệt từ lõi này, nhiên liệu và thiết kế lõi bao gồm thiết kế cấu trúc cho phép vật liệu cấu trúc duy trì độ bền trong suốt thời gian tồn tại của nó ngay cả khi nó trải qua bức xạ neutron nghiêm trọng trong các điều kiện sử dụng, (2) Bình phản ứng và cái gọi là cấu trúc lõi bên trong nó Cái gọi là thiết kế thiết bị để thiết kế các vật thể, máy bơm, bộ trao đổi nhiệt, đường ống và các cấu trúc hỗ trợ của chúng, v.v. (3) Các quá trình như lõi, hệ thống vận chuyển nhiệt, hệ thống lọc nước làm mát, hệ thống làm mát phụ trợ, hệ thống xử lý chất thải và thiết bị của chúng Thiết kế quy trình để thiết kế, (4) Thiết kế hệ thống điều khiển để thiết kế bộ điều khiển l hệ thống cần thiết để kiểm soát hoạt động của nhà máy, (5) Xem xét toàn bộ thiết kế trên quan điểm đảm bảo an toàn, đặc biệt là ngăn ngừa tai nạn hoặc của nó Có các lĩnh vực như thiết kế an toàn thiết kế các chức năng và độ tin cậy của hệ thống ngắt lò phản ứng, lõi khẩn cấp hệ thống làm mát, hệ thống ngăn chặn, v.v., là những chức năng cần thiết để giảm thiểu ảnh hưởng. Trong phần sau, (1), (2) và (5) sẽ được mô tả là những cái chính. Thiết kế cốt lõiTrong thiết kế lõi, đầu tiên xác định loại và cấu hình của lò phản ứng sẽ được thiết kế dựa trên mục đích sử dụng của lò phản ứng. Đó là, thứ nhất, cho dù đó là lò phản ứng neutron nhiệt hay lò phản ứng neutron nhanh, thứ hai, loại nhiên liệu (uranium tự nhiên, uranium làm giàu, plutonium) và dạng hóa học của nó (kim loại, oxit, cacbua) và thứ ba, chất làm mát . Thứ tư, xác định các loại vật liệu phủ và vật liệu kết cấu có khả năng tồn tại tốt với cả nhiên liệu và chất làm mát. Sau khi xác định những điều này, hãy xác định hình dạng và kích thước của các thành phần cốt lõi. Để làm được điều này, hãy thiết kế vùng truyền nhiệt cần thiết và đủ và tốc độ dòng nước làm mát cho sản lượng nhiệt, đây là mục tiêu thiết kế. Về mặt thiết kế an toàn, phải đề phòng hư hỏng nhiên liệu trong quá trình vận hành bình thường và trong điều kiện nhất thời do hỏng hóc hoặc trục trặc thiết bị. Vì lý do này, (1) nhiên liệu không tan chảy thậm chí một phần, (2) biến dạng của vật liệu phủ không vượt quá giới hạn độ bền của nó, và (3) thông lượng nhiệt trên bề mặt nhiên liệu không trở nên quá mức, đặc biệt là trong lò làm mát chất lỏng. Nếu bạn tận dụng thực tế là sự sôi không xảy ra, hoặc thậm chí có xảy ra, thì đó là sự sôi cục bộ và hệ số truyền nhiệt tăng lên trong quá trình đun sôi như trong loại lò đun nước sôi, nó sẽ sôi nếu nhiệt thông lượng trở nên quá lớn. Vì chế độ chuyển từ sôi hạt nhân sang sôi màng và hệ số truyền nhiệt giảm, nên không cần thiết phải vượt quá thông lượng nhiệt giới hạn này (thông lượng nhiệt biên). Với những điều này, giá trị giới hạn q ′ m a x của đầu ra (mật độ đầu ra tuyến tính) trên một đơn vị chiều dài nhiên liệu được thiết lập. Với nhiên liệu oxit, giá trị khoảng 600 W / cm. Tiếp theo, để đáp ứng yêu cầu nhiên liệu sẽ không bị hỏng ngay cả khi sản lượng quá mức do bất thường hoặc hỏng hóc, F O V = (Đầu ra quá mức / đầu ra bình thường tại thời điểm bất thường / hỏng hóc) từ thiết kế an toàn, F của lõi N Giá trị của = (mật độ đầu ra dòng tối đa trong mật độ đầu ra của lõi / dòng trung bình) nhận được từ tính toán phân bố thông lượng neutron và mật độ đầu ra dòng trung bình của lõi q ′ a trong thời gian bình thường là q ′ a ＝ q ′ m a x / ( F O V F N ). Đây F O V Hệ số chế ngự, F N Được gọi là hệ số đỉnh đầu ra. Tiếp theo, giả sử rằng chiều dài của phần sinh nhiệt của chốt nhiên liệu là Z (cm) và công suất đầu ra của lò phản ứng là Q (W), số lượng nhiên liệu N cần thiết có thể được tính là N = Q / ( q ′ a Z) . , Nếu các chân nhiên liệu được bố trí trong một lưới vuông và khoảng cách lưới (bước) P (cm) được đưa ra, thì bán kính lõi yêu cầu R c có thể được tính từ π R c 2 = NP 2. Trong thiết kế dòng nhiệt, Nhiệt độ đầu ra lõi và lượng hơi của chất làm mát dự kiến từ quan điểm hiệu suất nhiệt của nhà máy được kiểm tra bằng cách thay đổi bán kính chốt nhiên liệu γ f (cm), trong khi nhiệt có thể được lấy từ nhiên liệu như mong đợi. Cân nhắc có nên hay không. Trong thiết kế hạt nhân, giả sử rằng cấu trúc này lặp lại vô hạn với sự làm giàu nhiên liệu như một tham số cho sự sắp xếp của các thanh nhiên liệu được xác định bởi r f và P, phương trình khuếch tán nơtron và phương trình vận chuyển được giải, và ε, Tìm P , η, f , k ∞. Nói chung, k ∞ có giá trị lớn nhất đối với một giá trị cụ thể của tỷ lệ thể tích nhiên liệu điều độ, vì vậy điểm thiết kế được chọn sao cho k ∞ trở nên nhỏ hơn khi bộ điều tiết giảm. Bằng cách đó, trong trường hợp không chắc rằng quá trình sôi diễn ra quá nhiều và lượng chất điều tiết trong lõi giảm, k ∞ trở nên nhỏ, và có thể tạo ra sự an toàn vốn có cho lò phản ứng theo hướng dưới tới hạn. .. Ngoài việc xem xét thiết kế lực dòng nhiệt và thiết kế hạt nhân ở trên, việc xem xét hiệu quả kinh tế như công suất bơm chất làm mát và chi phí chế tạo chốt nhiên liệu sẽ được thêm vào để xác định cao độ, bán kính chốt nhiên liệu và độ giàu. Thiết kế cốt lõi của các thanh điều khiển sẽ được thực hiện cùng một lúc. Trong thiết kế của các thanh điều khiển, (1) ngay cả khi một thanh điều khiển không được lắp vào, k e f f <0,99 trở nên dưới tới hạn và (2) đầu ra được đánh giá từ 0 do tính an toàn nội tại của lò phản ứng. Vì khả năng phản ứng giảm đáng kể khi lò phản ứng tăng lên, các thanh điều khiển phải có biên độ phản ứng đủ để bù cho sự giảm phản ứng (ghi đè đầu ra) đi kèm với sự gia tăng công suất này và (3) tạo ra sự phân hạch hạt nhân khi tiếp tục vận hành lò phản ứng. Trong khi các chất tích tụ, số lượng các chất dễ phân hạch giảm, và do đó khả năng phản ứng giảm. Do đó, để tiếp tục hoạt động trong một khoảng thời gian xác định trước, cần phải có một biên độ phản ứng có thể bù đắp cho sự suy giảm khả năng phản ứng này. Đến. Điều này đòi hỏi nhiều thanh điều khiển hơn đáng kể so với yêu cầu đơn giản để tắt lò phản ứng. Về mặt thiết kế an toàn, ngay cả khi tai nạn xảy ra khi một thanh điều khiển đột ngột bật ra, yêu cầu rằng ranh giới chất làm mát sơ cấp không làm giảm âm thanh, do đó, khả năng phản ứng trên mỗi thanh điều khiển không thể tăng lên nhiều. Do đó, để không tăng số lượng thanh điều khiển quá nhiều, để bù đắp một phần giảm khả năng phản ứng do hoạt động, một chất hấp thụ được trộn trong chất làm mát để điều chỉnh nồng độ, hoặc chất hấp thụ nơtron được sử dụng như một phần của lõi. Nó có thể được nạp vào. Chất hấp thụ này hấp thụ neutron khi nó hoạt động và mất vai trò như một chất hấp thụ, nhưng nếu nó chỉ loại bỏ sự gia tăng hấp thụ neutron do sự tích tụ của các sản phẩm phân hạch, gánh nặng phản ứng trên các thanh điều khiển tương ứng là nhỏ . Bởi vì nó ổn. Vật liệu hấp thụ như vậy được gọi là chất độc có thể cháy được. Thiết bịVề mặt kỹ thuật, thiết kế của các cấu trúc của tàu, đường ống, máy bơm, van, v.v. tạo nên cơ sở lò phản ứng, hoặc các cấu trúc hỗ trợ này giống như trong trường hợp của một nhà máy xử lý thông thường, nhưng biên độ an toàn của nó là quốc gia. Bảo đảm phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật đã thiết lập. Các tiêu chuẩn này liên tục được hoàn thiện theo cách hợp lý để phản ánh những phát hiện mới. Khái niệm hiện tại của Bộ luật ASME Phần III do Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ thiết lập, là cơ sở của các tiêu chuẩn được sử dụng trong thiết kế kết cấu của các lò phản ứng nước nhẹ, là (1) sự biến dạng và đứt gãy của vật liệu dựa trên ứng suất cắt lớn nhất. lý thuyết, và (2) nguyên tử. Các trạng thái hoạt động của lò phản ứng được phân loại thành trạng thái hoạt động bình thường, trạng thái dao động, trạng thái bất thường, v.v. và áp suất làm việc tối đa ở trạng thái quan trọng tùy thuộc vào vai trò của thiết bị được đặt là áp suất làm việc tối đa. (3) Ứng suất của từng bộ phận được tính toán và khác nhau. Đánh giá mức độ phù hợp của thiết kế bằng cách so sánh với giới hạn độ bền ứng suất cho sự kết hợp của (4) Phân loại thiết bị theo mức độ quan trọng của nó và thực hiện kiểm tra, giám định trước khi sử dụng trong thời gian sử dụng theo phân loại. Nó bao gồm các dấu chấm. Khi sử dụng ở nhiệt độ cao, phải thực hiện phân tích không đàn hồi về biến dạng dão và mỏi dão và so sánh với các giá trị giới hạn. Trong số các thiết bị, phải kiểm tra khả năng tăng nhiệt độ chuyển tiếp giòn đối với các vật liệu tiếp xúc với neutron, chẳng hạn như cấu trúc bên trong lò phản ứng, nhiên liệu và bình lò phản ứng. Đánh giá khả năng xảy ra đứt gãy giòn, giả định sự tồn tại của khuyết tật lớn nhất có thể là ảo tại vị trí được đề cập, ứng suất tham chiếu của vật liệu được xác định bằng lượng bức xạ tìm kiếm hệ số cường độ ứng suất k m đối với khuyết tật này ở trạng thái ứng suất làm việc Hệ số phóng đại k Tôi R Hãy chắc chắn rằng nó nhỏ hơn. Thiết kế địa chấn cũng là một nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế kết cấu lò phản ứng. Chính sách cơ bản của nó là cung cấp đủ khả năng chống địa chấn đối với bất kỳ lực địa chấn giả định nào để nó không gây ra tai nạn lớn. Bước đầu tiên trong thiết kế là xác định chuyển động mặt đất tiêu chuẩn để thiết kế, hiện đang dựa trên các nguồn động đất lịch sử có thể đã ảnh hưởng đến địa điểm hoặc vùng lân cận trong quá khứ và các hoạt động có thể ảnh hưởng đến địa điểm trong tương lai gần. Trong số các trận động đất do đứt gãy hoạt động mạnh gây ra, trận động đất có tác động lớn nhất được cho là động đất mạnh nhất đối với thiết kế, chuyển động động đất do đứt gãy này được cho là động đất mạnh nhất đối với thiết kế S 1, và động đất vượt quá cường độ mạnh nhất này động đất cho thiết kế là tình trạng xuất hiện của các trận động đất trong quá khứ. Dựa trên bản chất của các đứt gãy hoạt động xung quanh vị trí và cấu trúc của vùng động đất, nó được giả định là một trận động đất giới hạn thiết kế khi xem xét từ quan điểm kỹ thuật, và chuyển động địa chấn S 2 được xác định là giới hạn thiết kế. chuyển động động đất. Thứ hai, các cơ sở lò phản ứng được phân loại theo mức độ quan trọng của chúng. Điều này là do các tòa nhà thông thường được thiết kế để chống địa chấn theo các tiêu chuẩn được quy định bởi Luật Tiêu chuẩn Xây dựng, tức là cường độ địa chấn ngang C 0 , nhưng đối với các tòa nhà và công trình có chứa chất phóng xạ đặc biệt cao, đây được coi là địa chấn cấp B và địa chấn ngang. cường độ. Được thiết kế lớn hơn 1,5 lần, và nếu nó bị hư hỏng, nó sẽ dẫn đến sự cố lò phản ứng hạt nhân, hoặc các cơ sở cần thiết để bảo vệ công chúng khỏi thảm họa bức xạ trong trường hợp xảy ra sự cố lò phản ứng hạt nhân là loại A, đặc biệt là tàu ngăn chặn và lò phản ứng hạt nhân. thùng chứa là cấp s , cường độ địa chấn ngang gấp ba lần động đất C 0, xa hơn, động đất S 1 được xác định ở trên, và để xem xét biên độ an toàn đối với động đất cấp S 2. Khi thiết kế tấm chắn bức xạ, cần lưu ý rằng lượng bức xạ mà nhân viên nhà máy điện và người dân khu vực xung quanh nhà máy điện dự kiến nhận được thấp hơn nhiều so với giá trị cho phép do pháp luật quy định. Tỷ lệ liều, là kim chỉ nam cho thiết kế, nên được thiết kế bằng cách xem xét toàn diện công việc trong quá trình hoạt động bình thường, tần suất và thời gian vào, và phân loại theo thời gian vào tối đa của địa điểm. Khi lựa chọn vật liệu che chắn, không chỉ xem xét khả năng che chắn của bức xạ mà còn tính đến độ cứng của vật liệu dưới nhiệt độ và các điều kiện môi trường khác. Thiết kế an toànThiết kế an toàn dựa trên ý tưởng "phòng thủ theo chiều sâu", và các chức năng an toàn được thiết kế theo nhiều giai đoạn để đảm bảo rằng một lượng lớn vật liệu phóng xạ, là nguồn tiềm ẩn của thảm họa lò phản ứng hạt nhân, được triệt tiêu vào môi trường. Nó dựa trên việc thiết kế nhiều hoặc đa dạng các thiết bị liên quan để các chức năng có thể được thực hiện với độ tin cậy cao. Đó là, thứ nhất là sự thất bại không xảy ra và nó ổn định chống lại các xáo trộn. Cụ thể, nó truyền khả năng tự kiểm soát cho cốt lõi để nhận ra sự an toàn nội tại và cần thiết cho hoạt động bình thường. Thiết kế thiết bị, đặc biệt là vật liệu phủ nhiên liệu có chứa chất phóng xạ và thiết bị sẽ là ranh giới của chất làm mát chính, với đủ giới hạn an toàn. Thứ hai, chúng tôi tin rằng các hỏng hóc và trục trặc sẽ xảy ra ngay cả với thiết kế như vậy không có khả năng gây ra hỏng hóc, và để ngăn ngừa tai nạn trong trường hợp đó, lò phản ứng sẽ được tắt ngay nếu có bất thường xảy ra. Khi xảy ra hệ thống ngắt khẩn cấp lò phản ứng (hệ thống scram) hoặc dòng chảy chất làm mát do hư hỏng ranh giới chất làm mát sơ cấp (được gọi là tai nạn thất thoát chất làm mát), chất làm mát sẽ được bơm vào lõi để ngăn nhiệt độ nhiên liệu tăng lên. Lắp đặt chất làm mát lõi khẩn cấp (ECCS) để đảm bảo tính toàn vẹn của chất làm mát nhiên liệu, đây là một trong những rào cản chính đối với việc giải phóng chất phóng xạ (Hình) 7 ). ECCS không đặc biệt cần thiết nếu không có khả năng thất thoát chất làm mát như trong lò phản ứng làm mát bằng natri và lò phản ứng làm mát bằng khí, và nếu chất làm mát còn lại có thể duy trì làm mát.Có hai loại thiết bị làm mát lõi khẩn cấp: hệ thống phun lõi phun nước từ đầu lõi và hệ thống phun nước bơm nước vào bình phản ứng. Ngoài ra, để sử dụng hiệu quả bơm phun nước công suất lớn, áp suất thấp, BWRs còn sử dụng hệ thống giải nén tự động làm giảm áp suất trong bình phản ứng tại thời điểm vỡ nhỏ. Thứ ba, người ta coi rằng một lượng lớn chất phóng xạ sẽ không được giải phóng khỏi nhiên liệu do chức năng an toàn của giai đoạn thứ hai, mà là một lượng lớn chất phóng xạ đã được giải phóng hoặc xảy ra khi các chức năng đó không hoạt động. . Với mục đích ngăn chặn phát tán chất phóng xạ ra môi trường, bình chứa, hệ thống giảm áp bình chứa để đảm bảo chức năng của nó, hệ thống lọc loại bỏ iốt khẩn cấp, v.v. sẽ được lắp đặt. Bình chứa BWR là bình chứa dẫn hướng một phần được gọi là giếng khô và một lượng lớn hơi nước thoát ra khi ranh giới chất làm mát sơ cấp phá vỡ đến bể triệt tiêu thông qua một ống thông hơi, nơi nó được giải phóng vào nước để ngưng tụ hơi nước. Nó bao gồm một hệ thống triệt tiêu áp suất. Đây được gọi là bình ngăn chặn áp suất. Trong PWR, một bức tường bê tông bên ngoài che chắn hình trụ có chiều cao bằng với chiều cao của bình chứa được cung cấp ở bên ngoài của bình chứa bằng thép và phần dưới của phần hình khuyên giữa bình này và bình chứa, có nhiều vết xuyên thủng như vậy như đường ống và dây điện, được bịt kín. Trong nhiều trường hợp, một hệ thống ngăn chặn với cấu trúc ngăn chặn nửa kép (được gọi là phần hình khuyên) được áp dụng. Dựa trên khái niệm tương tự như BWR, một thềm băng được tạo ra bên trong bình chứa, và hơi nước thoát ra sẽ ngưng tụ khi đi qua nó để giảm áp suất và giảm đáng kể thể tích của bình chứa. Một tàu ngăn loại thềm băng cũng đã được xây dựng tạm thời. Hệ thống xử lý khí khẩn cấp là một cơ sở để giảm thiểu các chất phóng xạ rò rỉ từ bình chứa. Trong trường hợp BWR, vì bình chứa được đặt trong tòa nhà lò phản ứng, khi mức bức xạ bên trong tòa nhà lò phản ứng tăng lên, hệ thống thông gió bình thường sẽ tự động đóng lại và bình chứa được lưu trữ đồng thời thông gió bên trong tòa nhà bằng quạt. Nó được thiết kế để loại bỏ các chất phóng xạ rò rỉ từ bình bằng một bộ lọc và sau đó thải chúng ra khỏi ống xả. Bộ lọc i-ốt khẩn cấp được sử dụng ở đây bao gồm bộ lọc than hoạt tính tẩm kali i-ốt và các chất hữu cơ cũng hấp thụ tốt i-ốt hữu cơ và bộ lọc hạt loại bỏ các chất phóng xạ rắn và loại bỏ 99% trở lên. Nó đã được thực nghiệm xác nhận là có hiệu quả. Trong PWR, thiết bị tuần hoàn không khí trong ngăn chứa làm lạnh và giảm áp suất không khí bên trong bình chứa đồng thời loại bỏ các chất phóng xạ thải vào bình chứa tại thời điểm xảy ra tai nạn, và bộ phận vòng đệm được giữ ở áp suất âm và khí thải được một bộ lọc iốt và các hạt. Nó được trang bị một cơ sở khí thải hình khuyên làm sạch bằng một bộ lọc. Nguồn điện rất quan trọng để đạt được các chức năng an toàn nêu trên. Là nguồn điện khẩn cấp trong cơ sở, dòng điện một chiều sẽ được cung cấp bởi pin và dòng điện xoay chiều sẽ được cung cấp bởi máy phát điện diesel và cả hai sẽ có cấu hình hệ thống với đủ dự phòng để có được độ tin cậy cao. Page 2
Bức xạ ion hóa ( bức xạ ion hóa ) là bức xạ mang đủ năng lượng để giải phóng các electron khỏi các nguyên tử hoặc phân tử, do đó ion hóa chúng. Bức xạ ion hóa được tạo thành từ các hạt hạ nguyên tử năng lượng, các ion hoặc nguyên tử chuyển động ở tốc độ cao (thường lớn hơn 1% tốc độ ánh sáng) và sóng điện từ ở đầu năng lượng cao của phổ điện từ.
Theo nghĩa hẹp, nó là một thuật ngữ chung cho các chùm hạt (tia α, tia ,, v.v.) và sóng điện từ (tia)) phát ra khi một phần tử phóng xạ sụp đổ. Bao gồm các chùm hạt (chùm proton, chùm neutron, chùm deuteron, v.v.) không phát ra từ các nguyên tố phóng xạ, sóng điện từ (như tia X), tia vũ trụ và các loại tương tự. Theo nghĩa rộng, nó có thể đề cập đến tất cả các sóng điện từ và chùm hạt. Nói chung, nó thâm nhập vào các chất, có sự ion hóa và huỳnh quang, và cảm giác như một bộ phim ảnh. Cấu trúc vật chất có thể thay đổi gây ra thiệt hại phóng xạ cho vật liệu rắn, hoặc làm hỏng các tế bào và mô của sinh vật và gây ra thiệt hại bức xạ . Nó được phát hiện và đo bằng ống đếm , hộp sương mù , tấm khô hạt nhân, v.v., và nó được biểu thị bằng các đơn vị như tia X (liều chiếu xạ), Rad (liều hấp thụ), REM (liều sinh học), vv Trong đơn vị lắp ráp SI, Sv (Sievert) được sử dụng. 1 Sv = 100 Rem. → liều bức xạ / bảo vệ bức xạ Nguồn Encyclopedia Mypedia Những ngôn ngữ khác |
