Tài liệu Xây dựng cấu hình nạp tải nhiên liệu cho chu trình đầu tiên của lò phản ứng vver 1200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- Trần Vĩnh Thành Xây dựng cấu hình nạp tải nhiên liệu cho chu trình đầu tiên của lò phản ứng VVER-1200 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Nguyễn Tuấn Khải Hà Nội – Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin được trân trọng gửi lời cảm ơn tới TS. Trần Kim Tuấn và các thầy giáo tại Viện Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường – Đại học Bách Khoa Hà Nội. Nhờ có những kiến thức được tích lũy trong các bài giảng về Vật lý Hạt nhân, Che chắn Bức xạ, Vật lý lò phản ứng… mà tôi đã có được kiến thức nền tảng để viết nên luận văn này. Tôi cũng xin được trân trọng gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Nguyễn Tuấn Khải – người thầy, người lãnh đạo của tôi, người đã định hướng con đường nghiên cứu cho tôi tại Trung tâm Năng lượng Hạt nhân – Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân. Trong thời gian tôi thực hiện luận văn này, thầy cũng đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo tận tình để tôi có thể hoàn thành luận văn của mình. Sau cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn tới những đồng nghiệp tại Trung tâm Năng lượng Hạt nhân – Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, những người đã chia sẻ những kiến thức chuyên môn và cùng tôi kiểm tra lại những kết quả trong luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn! Trần Vĩnh Thành 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu như có bất kỳ vấn đề vi phạm về quyền tác giả hay sử dụng công trình nghiên cứu của người khác, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả luận văn ký và ghi rõ họ tên Trần Vĩnh Thành 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 9 Chương 1: GIỚI THIỆU MỘT SỐ ĐẶC TÍNH THIẾT KẾ CỦA LÒ PHẢN ỨNG VVER-1200/V491 ...................................................................................................... 11 1.1. Tổng quan về lò phản ứng VVER-1200/V491 ............................................ 11 1.2. Các thông số vùng hoạt của lò phản ứng VVER-1200/V491 tại chu trình nạp tải nhiên liệu đầu tiên ................................................................................... 15 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VẬT LÝ LÒ PHẢN ỨNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM TỐI ƯU THAY ĐẢO NHIÊN LIỆU ........ 19 2.1. Phương pháp tính toán lưới ô mạng nhiên liệu ............................................... 19 2.1.1. Mục đích của tính toán lưới ô mạng nhiên liệu ........................................ 19 2.1.2. Phương trình vận chuyển nhiều nhóm nơtron .......................................... 20 2.1.3. Đồng nhất hóa và co nhóm các tiết diện................................................... 21 2.2. Phương pháp tính toán toàn vùng hoạt ............................................................ 24 2.2.1. Phương trình khuếch tán........................................................................... 24 2.2.2. Giải phương trình khuếch tán một nhóm một chiều bằng phương pháp sai phân hữu hạn ................................................................................................. 25 2.2.3. Lời giải phương trình khuếch tán nhiều chiều.......................................... 27 2.2.4. Phương pháp giải phương trình khuếch tán nhiều nhóm.......................... 29 2.3. Một số phương pháp tìm kiếm tối ưu .............................................................. 31 2.3.1. Phương pháp mô phỏng tôi kim ............................................................... 33 2.3.2. Phương pháp tìm kiếm Tabu .................................................................... 35 2.4. Các chương trình tính toán .............................................................................. 35 2.4.1. Chương trình SRAC ................................................................................. 35 2.4.2 Chương trình LPO-V ................................................................................. 40 Chương 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN .......................................................................... 43 3.1. Các bước tính toán ........................................................................................... 43 3 3.2. Đánh giá sai khác các chương trình SRAC và LPO-Vvới các chương trình tính toán trong bài toán định chuẩn ............................................................................... 44 3.2.1. Đánh giá chương trình SRAC .................................................................. 44 3.2.2. Đánh giá chương trình LPO-V ................................................................. 47 3.3. Mô hình hóa bó nhiên liệu và vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200 ................ 49 3.3.1. Mô hình hóa bó nhiên liệu ........................................................................ 49 3.3.2. Mô hình hóa vùng hoạt ............................................................................. 50 3.3.3. Tìm kiếm cấu hình nạp tải của vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491 .............................................................................................. 51 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................. 54 4.1. Các cấu hình vùng hoạt ................................................................................... 54 4.2. Hệ số nhân hiệu dụng của các cấu hình vùng hoạt .......................................... 56 4.3. Sự thay đổi hệ số nhân của vùng hoạt theo thời gian cháy nhiên liệu ............. 57 4.4. Các hiệu ứng phản hồi của độ phản ứng theo nhiệt độ nhiên liệu và chất làm chậm tại đầu chu trình nhiên liệu ............................................................. 58 4.5. Phân bố công suất tại đầu, giữa và cuối chu trình nhiên liệu .......................... 61 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 67 4 Bảng thuật ngữ tiếng Anh 1 2 Từ viết tắt/thuật ngữ BOC EOC 3 FS-SAR 4 JAEA 5 LP 6 LPO-V 7 MOC 8 OECD 9 SRAC 10 VVER 11 VVER1000/V446 12 VVER1200/V491 STT Tiếng Anh Beginning of Cycle End of Cycle Feasibility Study Safety Analysis Report Japan Atomic Energy Agency Loading Pattern Loading Pattern Optimization for VVER Middle of Cycle Organization for Economic Cooperation and Development Standard Reactor Analysis Code Water-water energy reactor Tiếng Việt Thời điểm đầu chu trình nhiên liệu Thời điểm cuối chu trình nhiên liệu Báo cáo phân tích an toàn khả thi Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản Cấu hình nạp tải vùng hoạt Chương trình tính toán tối ưu thay đảo cho VVER Thời điểm giữa chu trình nhiên liệu Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế Chương trình tính toán vật lý cho lò phản ứng sử dụng nơtron nhiệt Lò phản ứng năng lượng nước - nước Lò phản ứng VVER phiên bản V446 Water-water energy được sử dụng trong Nhà máy điện hạt reactor/Version 446 nhân Busherhr - Iran Lò phản ứng VVER phiên bản V491 Water-water energy dự kiến sử dụng cho Nhà máy điện reactor/Version 491 hạt nhân Ninh Thuận I 5 Danh mục các bảng Bảng 1.1 Các thông số của Nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng VVER-1200/V491 ............................................................................................13 Bảng 1.2 Các thông số vùng hoạt và các bó nhiên liệu lò phản ứng VVER1200/V491 ........................................................................................................15 Bảng 1.3 Thông số các bó nhiên liệu của lò phản ứng VVER-1200/V491 tại chu trình nhiên liệu đầu tiên………………………………………………… .18 Bảng 3.1 Thông số các trạng thái tính toán trong bài toán định chuẩn ............45 Bảng 3.2 So sánh keff của SRAC với các chương trình tính toán trong bài toán định chuẩn.........................................................................................................46 Bảng 3.3 So sánh hệ số nhân hiệu dụng của mô đun tính toán vật lý của chương trình LPO-V với các chương trình trong bài toán định chuẩn……… 47 Bảng 3.4 So sánh các giá trị keff, đỉnh phân bố công suất và thời gian cháy của các cấu hình tham khảo ban đầu và cấu hình tính bằng LPO-V ......................48 Bảng 4.1 Hệ số nhân hiệu dụng của lò phản ứng VVER-1200/V491 đối với 5 cấu hình LP1-LP5 .............................................................................57 6 Danh mục các hình Hình 1.1 Giản đồ Nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng VVER1200/V491 ........................................................................................................12 Hình 1.2 Bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1200/V491 theo chiều dọc và mặt cắt ngang ...........................................................................................................17 Hình 2.1 Các bước tính toán lưới ô mạng ........................................................19 Hình 2.2 Đồng nhất hóa và co nhóm năng lượng các tiết diện ........................22 Hình 2.3 Sai phân hữu hạn trong dạng hình học 1 chiều .................................26 Hình 2.4 Sai phân hữu hạn trong dạng hình học 2 chiều .................................27 Hình 2.5 Các dạng ma trận đường chéo của phương pháp sai phân hữu hạn ..28 Hình 2.6 Làm chậm nơtron trong bài toán 3 nhóm năng lượng .......................29 Hình 2.7 Các bước chính của bài toán thiết kế vùng hoạt lò phản ứng............32 Hình 2.8 Sơ đồ phương pháp mô phỏng tôi kim ..............................................34 Hình 2.9 Cấu trúc bộ chương trình SRAC .......................................................37 Hình 2.10 Các dạng lưới trong mô đun PIJ của chương trình SRAC ..............38 Hình 2.11 Dạng hình học 3D(x-y-z) sử dụng trong môđun CITATION .........39 Hình 2.12 Cấu trúc hình học 1/4 vùng hoạt lò phản ứng PWR và 1/6 vùng hoạt lò phản ứng VVER khi mô phỏng bằng mô đun CITATION ..........................40 Hình 2.13 Sơ đồ chương trình tìm kiếm tối ưu LPO-V ...................................41 Hình 3.1 Vùng hoạt của lò phản ứng VVER-1000 trong bài toán định chuẩn ...........................................................................................44 Hình 3.2 Hình học của các bó nhiên liệu UOX và MOX được sử dụng trong bài toán định chuẩn………………………………………………………. .....45 Hình 3.3 Mô hình tính toán cho bó nhiên liệu của lò phản ứng VVER-1200/V491 ............................................................................................49 Hình 3.4 Mô hình tính toán vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491 ..........50 7 Hình 3.5 So sánh bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1200/V491 và lò phản ứng VVER-1000/V446 ............................................................................................51 Hình 4.1 Cấu hình nạp tải LP1 cho lò phản ứng VVER-1200/V491 ...............54 Hình 4.2 Cấu hình nạp tải LP2 cho lò phản ứng VVER-1200/V491 ...............54 Hình 4.3 Cấu hình nạp tải LP3 cho lò phản ứng VVER-1200/V491 ...............55 Hình 4.4 Cấu hình nạp tải LP4 cho lò phản ứng VVER-1200/V491 ...............55 Hình 4.5 Cấu hình nạp tải LP5 cho lò phản ứng VVER-1200/V491 ...............55 Hình 4.6 Hệ số nhân hiệu dụng theo thời gian vận hành lò phản ứng trong cấu hình LP1-LP5…………………………………………….. .............58 Hình 4.7 Hệ số phản hồi độ phản ứng theo nhiệt độ nhiên liệu .......................59 Hình 4.8 Hệ số phản hồi độ phản ứng theo nhiệt độ chất làm chậm................60 Hình 4.9 Phân bố công suất tại đầu chu trình nhiên liệu ..................................61 Hình 4.10 Phân bố công suất tại giữa chu trình nhiên liệu ..............................62 Hình 4.11 Phân bố công suất tại cuối chu trình nhiên liệu ...............................62 8 MỞ ĐẦU Tháng 5/2010, chính phủ lựa chọn Liên Bang Nga là đối tác cung cấp công nghệ cho Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1. Việc thẩm định các đặc tính về công nghệ và an toàn lò phản ứng của Liên bang Nga đưa ra là nhiệm vụ cần thiết. Cùng với việc lựa chọn lò phản ứng VVER-1200 phiên bản V491 (VVER1200/V491) là ứng viên cho Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I, báo cáo phân tích an toàn khả thi (FS-SAR) của lò phản ứng VVER-1200/V491 được Liên bang Nga chuyển giao cho Việt Nam vào năm 2015. Để thẩm định tính an toàn của lò phản ứng VVER-1200/V491, việc phân tích các đặc trưng vật lý của vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491 cần phải được thực hiện. Tuy vậy, trong FS-SAR của lò phản ứng VVER-1200/V491, cấu hình nạp tải nhiên liệu của lò phản ứng VVER1200/V491 chưa được cung cấp gây nhiều khó khăn cho việc đánh giá các thông số vật lý và an toàn của vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491. Do đó, việc tìm kiếm cấu hình nạp tải nhiên liệu cho vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491 là cần thiết. Luận văn thực hiện việc tìm kiếm cấu hình nạp tải nhiên liệu cho vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491 tại chu trình nhiên liệu đầu tiên. Trước hết, với những các thông số đã có của ba loại bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1200/V491, trong luận văn sử dụng chương trình SRAC để tính toán các đặc trưng vật lý cho các bó nhiên liệu với chiều cao vô hạn, tạo các tiết diện đồng nhất vĩ mô vài nhóm năng lượng. Các tiết diện vĩ mô theo nhóm năng lượng của các bó nhiên liệu sau đó được cập nhật để đưa vào các lưới tam giác trong mô hình tính toán toàn vùng hoạt. Việc tìm kiếm cấu hình nạp tải nhiên liệu tại chu trình đầu tiên được thực hiện theo hai cách: (1) Áp dụng cấu hình từ cấu hình nạp tải nhiên liệu của lò phản ứng VVER1000/V446 do sự giống nhau về cấu trúc bó nhiên liệu của lò phản ứng VVER1000/V446 và lò phản ứng VVER-1200/V491; (2) Tìm kiếm bằng chương trình tìm kiếm tối ưu thay đảo nhiên liệu LPO-V. Tiếp theo, luận văn thực hiện việc khảo sát một số thông số vật lý của các cấu hình vùng hoạt đã tìm được bằng chương trình SRAC là: hệ số nhân hiệu dụng, phân bố công suất, các hệ số phản hồi độ phản ứng 9 theo nhiệt độ nhiên liệu và chất làm chậm, thời gian cháy của nhiên liệu trong chu trình đầu tiên của lò phản ứng VVER-1200/V491. 10 Chương 1: GIỚI THIỆU MỘT SỐ ĐẶC TÍNH THIẾT KẾ CỦA LÒ PHẢN ỨNG VVER-1200/V491 1.1. Tổng quan về lò phản ứng VVER-1200/V491 Công nghệ lò VVER-1200/V491 thuộc thế hệ thứ III+ được phát triển dựa trên các đặc tính công nghệ lò VVER-1000 nhưng có thời gian vận hành lâu hơn, công suất lớn hơn và an toàn hơn. Lò phản ứng VVER-1200/V491 được thiết kế và phát triển bởi tập đoàn Atomenergoproekt (St.Petersburg), OKB Gidropress (Podolsk), viện nghiên cứu Kurchatov cùng với sự tham gia của Cơ quan pháp quy Nga, cộng đồng châu Âu và IAEA tham gia thẩm định thiết kế. Thiết kế của lò phản ứng VVER-1200 dựa trên tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001:2000. Như đã đề cập, lò phản ứng VVER-1200/V491 được coi là ứng viên cho Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I của Việt Nam, do đó việc thẩm định các đặc tính an toàn của lò phản ứng này là cần thiết. Sơ đồ Nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng VVER-1200/V491 với các thành phần chính của nhà máy, sơ đồ các vòng sơ cấp, thứ cấp và hệ thống an toàn được trình bày trong Hình 1.1. Mỗi lò phản ứng có công suất điện 1186 MW (với nhiệt độ nước làm mát là 27.7oC). Thời gian vận hành là 7900 giờ mỗi năm. Nhiên liệu là UO2 độ giàu thấp (thành phần 235 U dưới 5% trong nhiên liệu). Trong vòng sơ cấp, nước đi qua vùng hoạt được làm nóng, nước nóng được đưa đến các bình sinh hơi, tại đó chúng thực hiện trao đổi nhiệt với nước trong vòng thứ cấp thông qua vách của các ống trong bình sinh hơi. Vòng tải nhiệt thứ cấp không nhiễm xạ bao gồm phần sinh hơi của bình sinh hơi, các ống hơi chính, một tua bin, các hệ thống phụ trợ, hệ thống tách hơi và các thành phần làm nóng nước cấp và cung cấp cho bình sinh hơi [6]. Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I bao gồm 2 tổ máy với 2 lò phản ứng VVER-1200/V491, mỗi tổ máy có sơ đồ hệ thống như trong Hình 1.1. 11 Hình 1.1 Giản đồ Nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng VVER-1200/V491 Chú thích: 1- Vùng hoạt; 2- Tua bin; 3- Hệ thống cung cấp nước khi xảy ra sự cố; 4- Bình sinh hơi 12 Đường kính vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491 là 3160mm, chiều cao vùng hoạt là 3730mm. Ngoài ra, để đảm bảo việc bảo vệ theo chiều sâu (Defensein-depth), nhà lò được gia cố bằng bê tông lõi thép với bề dày lớp bên trong lên tới 1200mm, bề dày lớp bên ngoài lên tới 800mm. Một số thông số của lò phản ứng VVER-1200/V491 được đưa ra trong Bảng 1.1. Bảng 1.1 Các thông số của Nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng VVER-1200/V491 Thứ Tên đặc tính tự 1 Đơn vị đo Thông số Thông số chung của lò phản ứng 1.1 Công suất nhiệt của lò phản ứng MW 3200 1.2 Công suất nhiệt của nhà máy điện MW 3212 MW 1186 giờ/năm 7900 tấn/giờ 6463 Mpa 7 % 0.2 Năm 50 1.3 1.4 1.5 Công suất điện danh định với nhiệt độ nước làm mát là +27.7oC Thời gian hoạt động với công suất danh định Công suất hơi của lò phản ứng tại công suất nhiệt danh định 1.6 Áp suất đường ra bình sinh hơi 1.7 Lượng hơi lớn nhất ra ngoài bình sinh hơi 1.8 Thời gian hoạt động với công suất danh định 2 Các thông số chính trong vòng sơ cấp 2.1 Số vòng tải nhiệt 2.2 Tốc độ dòng chất làm mát 2.3 Nhiệt độ chất làm mát lối vào o 298.2 2.4 Nhiệt độ chất làm mát lối ra o C 328.9 2.5 Áp suất chất làm mát tại lối vào MPa 16.2 2.6 Áp suất chất làm mát theo thiết kế MPa 17.64 2.7 Nhiệt độ chất làm mát theo thiết kế 3 4 m3/h C o 86000 C 350 Thông số chính của vùng hoạt 3.1 Đường kính vùng hoạt mm 3160 3.2 Chiều cao vùng hoạt mm 3530 3.3 Số lượng bó nhiên liệu 163 13 3.4 3.5 3.6 Dạng sắp xếp thanh nhiên liệu trong Lưới tam giác bó nhiên liệu Số lượng thanh điều khiển 121 Hệ thống thanh hấp thụ điều khiển và bảo vệ 3.6.1 Thành phần chính B4C 3.6.2 Thành phần khác Dy2O3TiO2 3.7 Độ sâu cháy trung bình 3.8 Khối lượng nhiên liệu (UO2) 4 MWd/kgU 55.5 tấn 87 Hệ thống bảo vệ an toàn 4.1 Hệ thống phun nước làm mát khẩn cấp cao áp Số kênh/hiệu suất % 4x100% 4.2 Hệ thống phun nước khẩn cấp thấp áp Số kênh/hiệu suất % 4x100% 4.3 Hệ thống tải nhiệt dư tại vòng sơ cấp Số kênh/hiệu suất % 4x100% 4.4 Hệ thống phun Bo khẩn cấp Số kênh/hiệu suất % 4x50% 4.5 Hệ thống phun toàn nhà lò Số kênh/hiệu suất % 4x50% 5 Các thông số trong nhà lò 5.1 Lớp trong nhà lò được làm từ bê tông gia cố với lõi thép 5.1.1 Đường kính trong mm 44000 5.1.2 Bề dày tường mm 1200/1100 5.1.3 Áp suất cho phép đối với tai nạn trong thiết kế Mpa 0.5 5.1.4 Nhiệt độ thiết kế 5.1.5 Thể tích nhà lò 5.2 o C 3 150 m 75000 Lớp bên ngoài nhà lò được làm từ bê tông 5.2.1 Đường kính trong mm 50,000 5.2.2 Bề dày mm 800/600 Bề dày giữa các thành phần nhà lò mm 1800 5.3 14 1.2. Các thông số vùng hoạt của lò phản ứng VVER-1200/V491 tại chu trình nạp tải nhiên liệu đầu tiên Vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491 gồm 163 bó nhiên liệu UO2 hình lục giác có cấu trúc giống nhau nhưng khác nhau về độ giàu trung bình của 235 U. Mỗi bó nhiên liệu có chiều cao 4570 mm, trong đó thành phần nhiên liệu hiệu dụng có chiều cao 3730 mm. Các bó nhiên liệu có kích thước 235.1 mm, khoảng cách giữa các thanh nhiên liệu trong mỗi bó là 12.75 mm. Một số đặc trưng của vùng hoạt và các bó nhiên liệu của lò phản ứng VVER-1200/V491 được đưa ra trong Bảng 1.2. Bảng 1.2 Các thông số vùng hoạt và các bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1200/V491 Thông số Giá trị Tổng số bó nhiên liệu 163 Số bó nhiên liệu có ống dẫn thanh điều khiển 121 Mật độ công suất cực đại theo chiều dài thanh 420 nhiên liệu Wt/cm Diện tích của bó nhiên liệu (bao gồm cả 0.02542 khoảng cách bên trong các bó) (m2) Hình dạng bó nhiên liệu Lục giác Chiều cao bó nhiên liệu, mm 4570±1 Kích thước yêu cầu đối với 1 chiều bó nhiên 235.1 liệu, mm Kênh dẫn: - Số lượng: 18 - Vật liệu: -635 - Đường kính ngoài,mm 13.0±0.05 - Đường kính trong,mm 11.0±0.1 - Khối lượng, kg 1.04 Lưới giằng (Spacer Grid) - Số lượng 13 -Vật liệu -110 15 - Chiều cao ô mạng, mm 30 - Chiều cao đai, mm 40 - Bề dày vách ô mạng, mm 0.3 - Khối lượng 0.9 - Kích thước tối đa một chiều quy định 233.7±0.5 đối với lưới không gian trong quá trình sản xuất, mm Kênh đặt thiết bị - Số lượng 1 - Vật liệu -635 - Bán kính ngoài, mm 13.0±0.05 - Bán kính trong, mm 11.0+0.1 - Khối lượng Số thanh trong bó nhiên liệu Lưới để đặt nhiên liệu 0.93 331 Lưới tam giác Khoảng cách giữa các thanh nhiên liệu, mm 12.75 Nhiên liệu UO2 Mật độ nhiên liệu, kg/m3 (10.4-10.7)x103 Tỷ lệ khối lượng của Uran trong nhiên liệu, %, không nhỏ hơn: - Đối với thanh nhiên liệu. 87.9 - Đối với thanh nhiên liệu chưa Gadoli 80.4 Vật liệu cho vỏ thanh nhiên liệu và thanh nhiên Hợp kim -110 liệu có Gadoli Đường kính ngoài của vỏ thanh nhiên liệu, mm 9.10 ± 0.04 Đường kính trong của vỏ thanh nhiên liệu, mm 7.73±0.06 Đường kính ngoài của nhiên liệu, mm 7.60±0.03 Đường kính lỗ khí ở giữa nhiên liệu, mm 1.2±0.2 16 Chiều cao viên nhiên liệu, mm 9.0-12.0 Khối lượng thanh nhiên liệu 1.712 trong trạng thái lạnh, kg Khối lượng Bó nhiên liệu, kg Độ giàu trung bình của 235 534.1±4.5 U cho chu trình nạp 1.30; 2.40; 3.62 tải đầu tiên, % khối lượng Độ sâu cháy thiết kế cho bó nhiên liệu trong 55.5 trạng thái dừng MWd/kgU Độ sâu cháy tối đa cho phép, MWd/kgU 60.0 Tại chu trình nhiên liệu đầu tiên, lò phản ứng VVER-1200/V491 được nạp tải với 03 loại bó nhiên liệu có độ giàu trung bình lần lượt là: 1.6; 2.4 và 3.62 % 235 U. Cấu tạo và thành phần các bó nhiên liệu của lò phản ứng VVER-1200/V491 được biểu diễn trong Hình 1.2. Hình 1.2 Bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1200/V491 theo chiều dọc (trái) và mặt cắt ngang (phải) 17 Mỗi bó nhiên liệu của lò phản ứng VVER-1200/V491 gồm có 331 thanh, trong đó có 311 thanh nhiên liệu, 18 ống dẫn, 1 ống nước trung tâm bó nhiên liệu và 1 ống đặt thiết bị đo. Thông số của 3 loại bó nhiên liệu được sử dụng tại chu trình đầu tiên của lò phản ứng VVER-1200/V491 được trình bày trong Bảng 1.3. Đối với các bó nhiên liệu có độ giàu trung bình là 1.6 và 2.4 % 235 U, toàn bộ 311 thanh nhiên liệu trong bó là các thanh UO2 có độ giàu 1.6 và 2.4 %. Trong bó nhiên liệu độ giàu 3.62% có 247 thanh nhiên liệu loại 1, độ giàu 3.7% và 66 thanh nhiên liệu loại 2 độ giàu 3.3%. Bảng 1.3 Thông số các bó nhiên liệu của lò phản ứng VVER-1200/V491 tại chu trình nhiên liệu đầu tiên Loại bó (độ giàu trung bình) Số thanh Số lượng bó nhiên liệu trong trong bó vùng hoạt (Độ giàu) Loại I Loại II Kích thước bó Chiều dài bó (cm) (cm) 1.6 54 311 (1.6) - 23.6 373 2.4 67 311 (2.4) - 23.6 373 3.62 42 245 (3.7) 66 (3.3) 23.6 373 Theo FS-SAR của lò phản ứng VVER-1200/V491, tại chu trình nhiên liệu đầu tiên, vùng hoạt lò phản ứng gồm 54 bó nhiên liệu độ giàu 1.6%, 67 bó có độ giàu 2.4% và 42 bó có độ giàu 3.62%. Kích thước các bó nhiên liệu là 23.6 cm, chiều cao nhiên liệu là 373 cm. Tuy nhiên, FS-SAR của lò phản ứng VVER-1200/V491 không đưa ra cách sắp xếp các bó nhiên liệu trong vùng hoạt. Do đó, việc tìm kiếm cấu hình nạp tải của nhiên liệu trong vùng hoạt lò phản ứng VVER-1200/V491 là cần thiết để phục vụ cho các tính toán vật lý và an toàn vùng hoạt lò phản ứng này. 18 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VẬT LÝ LÒ PHẢN ỨNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM TỐI ƯU THAY ĐẢO NHIÊN LIỆU 2.1. Phương pháp tính toán lưới ô mạng nhiên liệu 2.1.1. Mục đích của tính toán lưới ô mạng nhiên liệu Ngày nay, hiệu suất của máy tính ngày càng được nâng cao. Tuy vậy, khi tính toán cho vùng hoạt với vài chục nghìn thanh nhiên liệu có hình học không đồng nhất vẫn là một bài toán đòi hỏi nhiều thời gian. Phương pháp Monte Carlo có thể thực hiện tính toán cho toàn vùng hoạt, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian. Vì vậy, đối với bài toán thiết kế vùng hoạt đòi hòi thời gian tính toán nhanh, phương pháp Monte Carlo thường không được sử dụng. Quy trình tính toán vật lý để thiết kế cho vùng hoạt lò phản ứng được thực hiện theo 02 bước: (1) Tính toán lưới vô hạn hai chiều của thanh nhiên liệu hoặc bó nhiên liệu và (2) Tính toán ba chiều toàn vùng hoạt. Các bước tính toán lưới ô mạng chuẩn bị thư viện vài nhóm cho tính toán vùng hoạt được mô tả trong Hình 2.1 [11]. Hình 2.1 Các bước tính toán lưới ô mạng 19