Đề tài
Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý
hoạt động của thiết bị năng
lương nguyên tử
1
Lời Nói Đầu
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, kinh tế xã hội phát triển không ngừng
các thành tựa của khoa học đạt được đã đưa nền kinh tế xã hội phát triển không ngừng
đời sống xã hội của con người ngày một cao nhưng đi đôi vói nó là ô nhiễm môi trường
và tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt vì vậy thế giới hiện tại đòi hỏi các nhà khoa học nghiên
cứa thiết kế với những sản phẩm thân thiên với môi trường. Hiện nay năng lượng con
người sử dụng chủ yếu do tài nguyên thiên nhiên tạo ra, nhu cầu năng lượng trên thế giới
ngày một tăng cao mà tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, yêu cầu cần phải có nhà
máy sản suất ra năng lương mà ít tác động đến thiên nhiên nhất và các nhà máy sử dụng
năng lượng nguyên tử có thể đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đó hiện nay các nhà khoa
học đã nghiên cứa nếu con người sử dụng nhà máy điện hạt nhân thay thế cho nhà máy
điện khác như thủy điện, nhiệt điên… có thế giảm thiểu tình trạng phá hủy môi trường
sinh thái tự nhiên và đặc biệt giảm hiên tượng Anino ( tình trạng nóng lên của trái đất ).
Đối với nước ta một nước đang phát triển với tốc độ phát triển cao của đất nước tình
trạng thiếu hụt trầm trọng năng lượng điện theo các chuyên gia vói tình trạng sử dụng
năng lượng điện ngày một tăng như hiện nay thì các nhà máy nhiệt điện và thủy điện
không thể đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng cho đất nước vì vậy nhà máy điện nguyên tử
có thể đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng của đất nước, trong bài xemina này tôi xin giới
thiệu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị năng lượng nguyên tử .
Nha Trang ngày 23/11/2009
SVTH : Nguyễn Văn Chương
2
1. Cấu tạo của thiết bị năng lương nguyên tử.
Một thiết bị năng lương nguyên tử trên tàu gồm có các bộ phân sau :
 Trung tâm lò phản ứng hạt nhân (reactor core), nơi xảy ra phản ứng phân hạch.
 Máy phát điện chạy bằng hơi nước, nơi nhiệt sinh ra từ phân hạch hạt nhân được

3
Thanh nhiên liệu: 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. Người ta còn chừa
một số vị trí trong đó để đặt các thanh điều khiển.
Các dạng thanh nhiên liệu thường sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân.
Chất làm chậm: Có nhiệm vụ làm giảm năng lượng của các hạt notron hình thành trong
phản ứng dây truyền. Chất làm chậm thường sử dụng là nước H2O, nước nặng D2O hoặc
graphite (than chì). Nước nặng có giá thành cao, nên chỉ sử dụng trong các lò phản ứng
hạt nhân sử dụng nguyên liệu là Uran tự nhiên chưa qua làm giầu. Thông thường sử dụng
nước làm chất làm chậm.
Chất phản xạ: Có nhiệm vụ làm tăng số lượng các hạt notron trong vùng phản ứng,
không cho các hạt notron bắn ra ngoài, và làm các hạt notron phân bố đều trong vùng
phản ứng (hoạt động). Có thể kết hợp chất làm chậm và chất phản xạ (nước, graphite)
hoặc có thể dùng Uran tự nhiên.
Chất truyền nhiệt: Truyền nhiệt năng từ vùng phản ứng ra ngoài. Chất truyền nhiệt có
thể chạy trong các ống áp lực, hoặc trực tiếp chạy qua vùng phản ứng. Chất truyền nhiệt
thông thường được sử dụng là nước, khí gas, hoặc kim loại nóng chảy (Natri).
Thông thường để đảm bảo an toàn, trong nhà máy điện hạt nhân sử dụng 2 đến 3 vòng
truyền nhiệt để truyền nhiệt năng từ tâm lò phản ứng đến bộ phận tạo hơi.
4
Vòng truyền nhiệt sơ cấp: Chất dẫn nhiệt được bơm vào vùng phản ứng, nhận năng lượng

1. Vùng phản ứng (hoạt động).
2. Ống dẫn hơi nước.
3. Bộ phân tách hơi nước.
4. Bơm chính.
5. Cổ góp điện.
6. Ống dẫn nước làm chất truyền nhiệt.
7. Lớp bảo vệ sinh học phía trên.
8. Hệ thống khởi động lò.
9. Lớp bảo vệ sinh học phía dưới
Lò phản ứng sử dụng notron kích hoạt năng lượng lớn (notron nhanh): Nguyên liệu
sử dụng trong lò là hỗn hợp U235 và Pu239 được làm giầu (15%). Phản ứng dây truyền
xẩy ra dưới tác động kích hoạt của các notron nhanh. Bao quanh vùng phản ứng là các
tấm U238 hoặc Th232 có nhiệm vụ hấp thu toàn bộ các hạt notron nhanh, còn gọi là vùng
tái sinh nguyên liệu. Các tấm U238 và Th232 khi hấp thụ notron sẽ trở thành Pu239,
U233, nó sẽ tách ra trong quá trình tái chế.
Trong lò phản ứng sử dụng notron nhanh kích hoạt, không cần dùng chất làm chậm
notron. kim loại lỏng (Na, K, hoặc hỗn hợp Na – K) được sử dụng làm chất truyền nhiệt.
Lò phản ứng sử dụng notron nhanh kích hoạt không cần chất làm chậm, sử dụng các
thanh nguyên liệu được làm giầu, và sắp xếp gần nhau, nên nhiệt lượng tỏa ra rất lớn
(1000 kW/l), do đó công suất của loại lò phản ứng này lớn. Chất truyền nhiệt phải có khả
năng trao đổi nhiệt nhanh, thường được sử dụng là kim loại lỏng (Na, K, hoặc hỗn hợp
6
Na – K) được sử dụng làm chất truyền nhiệt. Cũng do sử dụng nguyên liệu là các thanh
Uran được làm giầu nên mức độ an toàn cũng thấp hơn các loại lò khác.
Lò nhiệt độ cao tải nhiệt bằng tải nhiệt bằng khí gas, với graphite làm chất làm
chậm. Loại lò này vẫn chưa được vận hành thương mại, là một phương án thay thế cho
thiết kế thông thường. Nó dùng graphite là chất làm chậm và khí helium là chất tải nhiệt.
Đặc điểm nổi bật của HTGR là có độ an toàn cao. Nhiên liệu của chúng được bọc trong
lớp vỏ gốm chịu được nhiệt độ trên 1.600oC trong khi nhiệt độ làm việc hiệu quả của lò
là 95 độ C. Helium được dẫn trực tiếp tới turbin.

1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị năng lượng nguyên tử.
2.1. nhiên liệu dùng cho nhà máy hạt nhân.
Nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân có thể sử dụng các chất có khả năng phân hạch như
Uranium hoặc Plutonium.
Uranium tự nhiên chỉ chứa 0,7%
235
U phân hạch, nên chỉ sử dụng làm nhiên liệu cho lò
phản ứng hấp thu nơtron và sử dụng chúng một cách hiệu quả như lò nước nặng hoặc lò
phản ứng làm nguội bằng khí và dùng chất làm chậm than chì.
Nước làm nhẹ có thể dễ điều chế và rẻ tiền, nhưng khả năng hấp thu nơtron lớn, nên
không thể sử dụng Uranium tự nhiên làm nhiên liệu cho lò phản ứng nước nhẹ.
Lò phản ứng nước nhẹ sử dụng nhiên liệu Uranium được làm giàu trên dưới 4% ở dạng
ôxít Uranium. Còn Pu thì thích hợp làm nhiên liệu cho lò phản ứng tái sinh nhanh.
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:
a. Hấp thu nơtron hiệu quả.
b. Giảm tốc độ của nơtron với hiệu suất cao.
Vì vậy, vật liệu thích hợp cho chất làm chậm thường là những nguyên tố có số nguyên tử
nhỏ.
10
Các loại chất làm chất làm chậm thông thường:
1. 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.
2. 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.
3. Than chì (Graphite) tuy hiệu suất làm chậm thấp, nhưng lại ít hấp thu nơtron
và giá tương đối rẻ.