Vai trò của các loại chất trong lò phản ứng hạt nhân
17:19 07/05/2015(VietQ.vn) - Chất làm chậm, chất tải nhiệt, chất điều khiển đều đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành của lò phản ứng hạt nhân.
Sự kiện: Phát triển điện hạt nhân ở Việt Nam
Nga và nhiều quốc gia ký kết thỏa thuận phát triển điện hạt nhân
Nhà máy điện hạt nhân Nhật Bản chính thức cấp phát điện trở lại
Công nghiệp điện hạt nhân Nga đạt mức tăng trưởng cao
Đức lập doanh nghiệp mới tập trung vào phát triển điện hạt nhân
Tình hình phát triển điện hạt nhân trên toàn thế giới
Lò phản ứng hạt nhân là thiết bị có thể điều khiển và kiểm soát phản ứng phân hạch để thu được năng lượng nhiệt do phản ứng phân hạch tạo ra. Các yếu tố cấu thành lò phản ứng bao gồm: Nhiên liệu hạt nhân tạo ra sự phân hạch, chất làm chậm với chức năng làm giảm tốc độ của các nơtron sinh ra từ phản ứng phân hạch để dễ dàng tạo ra sự phân hạch tiếp theo, chất tải nhiệt với chức năng thu nhiệt sinh ra do phân hạch hạt nhân từ tâm lò phản ứng để chuyển ra bộ phận bên ngoài, các thanh điều khiển để điều chỉnh quá trình phân hạch của nhiên liệu hạt nhân.
Nhiên liệu của lò phản ứng hạt nhân
Nguyên liệu thường được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân là Uran-235, Uran-233, hoặc Plutoni-239. Phản ứng dây truyền được xẩy ra dưới tác động ban đầu của các notron.
Các lò phản ứng hạt nhân sử dụng nguyên liệu Uran-235 nghèo, notron kích hoạt là các notron năng lượng thấp (notron chậm). Các lò phản ứng hạt nhân sử dụng Pu-239 hoặc Uran-235 giầu, thường sử dụng notron kích hoạt có năng lượng lớn (notron nhanh).
Các lò phản ứng hạt nhân thông thường hiện nay, sử dụng nguyên liệu UO2 chứa 5% Uran-235. Thanh nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân được làm thành dạng viên Uranium oxide hình trụ, hình cầu, tấm… Chúng được xếp vào các hộp zircalloy 4 (hợp kim của zirconium, rất bền, chịu được nhiệt độ cao và không hấp thụ nơtron). Phổ biến nhất là dạng hình trụ, tập hợp thành bó vuông gồm khoảng 200 thanh.
Bên trong Trung tâm nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân Soreq, Israel
Chất làm chậm của lò phản ứng hạt nhân
Để dễ dàng tạo ra phản ứng phân hạch hạt nhân dây chuyền, cần phải hãm bớt nơtron tốc độ cao thành nơtron nhiệt. Như vậy, vật liệu làm chậm nơtron được gọi là chất làm chậm.
Tính chất của chất làm chậm như sau: Hấp thu nơtron hiệu quả, giảm tốc độ của nơtron với hiệu suất cao
Vật liệu thích hợp cho chất làm chậm thường là những nguyên tố có số nguyên tử nhỏ. Các loại chất làm chất làm chậm thông thường bao gồm: Nước nhẹ (nước thông thường) có hiệu suất làm chậm rất tốt, giá thành rẻ nhưng có nhược điểm là hấp thu nơtron một cách lãng phí; nước nặng cũng có hiệu suất làm chậm tốt, do không hấp thu nơtron một cách lãng phí, nên có thể nói đây là chất làm giảm tốc lý tưởng, nhưng giá thành rất cao và khó điều chế; than chì (Graphite) tuy hiệu suất làm chậm thấp, nhưng lại ít hấp thu nơtron và giá tương đối rẻ.
Chất tải nhiệt của lò phản ứng hạt nhân
Chất thu nhiệt sinh ra trong lò phản ứng và chuyển ra bên ngoài được gọi là chất tải nhiệt. Lò phản ứng nước nhẹ dùng chất tải nhiệt là nước nhẹ; lò nước nặng dùng chất tải nhiệt là nước nặng; còn lò khí thì sử dụng chất tải nhiệt là khí CO2 hoặc Heli và lò tái sinh nhanh thì sử dụng chất tải nhiệt là Natri.
Thông thường để đảm bảo an toàn, trong nhà máy điện hạt nhân sử dụng 2 đến 3 vòng tải nhiệt để truyền nhiệt năng từ tâm lò phản ứng đến bộ phận tạo hơi.
Vòng tải nhiệt sơ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng phản ứng, nhận năng lượng sinh ra từ phản ứng dây truyền, đi đến bộ phận trao đổi nhiệt, truyền nhiệt năng nó mang theo cho vòng truyền nhiệt thứ hai.
Lò phản ứng hạt nhân và bồn tải nhiệt
Vòng tải nhiệt thứ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng trao đổi nhiệt với vòng truyền nhiệt thứ nhất, nhận nhiệt năng đem đến bộ phận tạo hơi nước làm quay turbin. Trong một số lò phản ứng hạt nhân, để đảm bảo an toàn có thể có hai vòng thứ cấp.
Chất tải nhiệt của vòng sơ cấp là nước, nước nặng, khí gas… kim loại lỏng, tùy thuộc vào cấu tạo lò phản ứng hạt nhân. Chất tải nhiệt của vòng thứ cấp thường là nước.
Thiết bị của các vòng tải nhiệt sơ cấp được đặt trong một lớp vỏ bảo vệ sinh học.
Chất điều khiển của lò phản ứng hạt nhân
Chất điều khiển có tác dụng điều chỉnh công suất của lò phản ứng (tốc độ phản ứng phân hạch) và có khả năng hấp thu nơtron. Chất điều khiển được sử dụng phổ biến là Boron hoặc Cadmium.
Ngọc Phượng
