BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ
NĂM 2006-2007 Tên đề tài:
Nghiên cứu phương án xây dựng Lò phản ứng nghiên
cứu mới và thực hiện một số tính toán nơtron và
thủy nhiệt để nhận dạng lò phản ứng
(Mã số BO/06/01-04)
Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu hạt nhân
Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Nguyễn Nhị Điền

7434
30/6/2009

8 Nguyễn Kiên Cường ThS, NCV Viện NCHN
9 Võ Đoàn Hải Đăng CN, NCV Viện NCHN
10 Lê Quang Trung CN, NCV Viện NCHN
11 Trang Cao Sử CN, NCV Viện NCHN
12 Trần Trí Viễn CN, NCV Viện NCHN Đà Lạt, 3/2009

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

1
ðề tài:
Nghiên cứu phương án xây dựng Lò phản ứng nghiên cứu
mới và thực hiện một số tính toán nơtron và thủy nhiệt ñể
nhận dạng lò phản ứng
(Mã số BO/06/01-04. Hợp ñồng thực hiện ñề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
số 17/Hð-ðT ngày 20/11/2006) Những người tham gia thực hiện chính:

TT Họ và tên Học hàm, học vị Nơi công tác
1 Nguyễn Nhị ðiền PGS TS, NCVCC Viện NCHN
2 Nguyễn Việt Hùng KS, CVC Viện NLNTVN
3 Phạm Văn Làm KS, NCVC Viện NCHN
4 Lương Bá Viên ThS, NCV Viện NCHN
5 Lê Vĩnh Vinh CN, NCV Viện NCHN
6 Huỳnh Tôn Nghiêm ThS, NCV Viện NCHN
7 Nguyễn Minh Tuân CN, NCV Viện NCHN

CAR Control Absorber Rod (Thanh hấp thụ ñiều khiển)
CHFR Critical Heat Flux Ratio (Tỷ số thông lượng nhiệt khủng hoảng)
CNS Cold Neutron Source (Nguồn nơtron lạnh)
Correlations

Công thức/sự tương quan bán thực nghiệm
DNB Departure from Nuleate Boiling (Tránh khỏi hiện tượng sôi bọt)
EOC End Of the Cycle (Cuối chu kỳ)
GDP Gross Domestic Product (Tổng sản phẩm quốc nội)
HANARO High-flux Advanced Neutron Application Reactor
HEU High-Enriched Uranium (Uranium ñộ giàu cao)
HRPD High Resolution Powder Diffractometer (Nhiễu xạ kế phân giải cao)
HTS Hydraulic Transfer System (Hệ chuyển mẫu bằng thuỷ lực)
LEU Low-Enriched Uranium (Uranium ñộ giàu thấp)
LOCA Loss Of Coolant Accident (Tai nạn mất chất làm mát trong bể lò)
LOFA Loss Of Flow Accident (Tai nạn mất lưu lượng chất làm mát)
LPƯHNðL Lò phản ứng hạt nhân ðà Lạt (Dalat Nuclear research reactor)
LPƯNC Lò phản ứng nghiên cứu (Nuclear research reactor)
MCHFR Minimum Critical Heat Flux Ratio (Tỷ số thông lượng nhiệt tới hạn/khủng
hoảng cực tiểu)
MOFIR Minimum Onset of Flow Instability Ratio (Tỷ số bắt ñầu mất ổn ñịnh dòng
chảy cực tiểu)
MTR Material Testing Reactor (Lò phản ứng thử vật liệu)
NAA Neutron Activation Analysis (Phân tích kích hoạt nơtron)
NDE Non-Destructive Evaluation (Kiểm tra không phá huỷ mẫu)
NLNT Năng lượng nguyên tử (Atomic Energy)
NR Neutron Radiography (Chụp ảnh nơtron)
NTD Neutron Transmutation Doping (Kích thích chuyển hoá bằng nơtron)
OFIR Onset of Flow Instability Ratio (Tỷ số bắt ñầu mất ổn ñịnh dòng chảy)
ONB Onset of a Nucleate Boiling Margin (Dự trữ ñến khởi ñiểm sôi bọt)

I. SƠ LƯỢC TÌNH HÌNH SỬ DỤNG LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 11
II. CÁC YÊU CẦU CHUNG KHI KHẢO SÁT LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU 15
III. CÁC THÔNG TIN KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU ðƯƠNG
ðẠI 16
IV. CÁC ðẶC TRƯNG CHÍNH ðỂ LỰA CHỌN LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU MỚI 21
4.1. Những ñặc ñiểm chung 21
4.2. Các ñặc trưng về vật lý lò phản ứng 24
4.3. Nhiên liệu sử dụng cho Lò phản ứng 26
4.4. Các ñặc trưng về thủy nhiệt lò phản ứng 27
4.5. Hệ thống ñiều khiển và bảo vệ 27
4.6. An toàn Lò phản ứng 29
4.7. Các thiết bị thí nghiệm 33
4.8. Các thiết bị khác 33
V. NHẬN XÉT CHUNG VỀ PHẦN THỨ NHẤT 33
Phần thứ hai

KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH CÁC ỨNG DỤNG CỦA LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU ðỂ
ðỊNH HƯỚNG VIỆC LỰA CHỌN LOẠI LÒ CHO VIỆT NAM 38
I. CÁC ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG 39
1.1. Thử nghiệm và phát triển nhiên liệu hạt nhân 39
1.2. Nghiên cứu chiếu xạ vật liệu 40
1.3. Phát triển cơ sở hạ tầng và hỗ trợ cho ngành công nghiệp 41
1.4. Thử nghiệm và hiệu chuẩn các thiết bị ño ghi bức xạ 41
II. CÁC ỨNG DỤNG PHI NĂNG LƯỢNG 41
2.1. Sản xuất ñồng vị phóng xạ 42
2.2. Phân tích kích hoạt nơtron 45
2.3. Các hiệu ứng do chiếu xạ nơtron của lò phản ứng 47
2.4. Nghiên cứu vật liệu trên các kênh ngang của Lò phản ứng nghiên cứu 50
2.5. Chụp ảnh nơtron 56
2.6. Phân tích kích hoạt nơtron gamma tức thời 58

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 102
2.1. Các cơ sở và lưu ý trong thiết kế hệ làm nguội sơ cấp 102
2.2. Các tham số thủy nhiệt cho thiết kế vùng hoạt 102
2.3. Phương pháp thiết kế thủy nhiệt 104
III. PHÂN TÍCH 110
3.1. Chương trình phân tích và số liệu input chính 110
3.2. Các kết quả tính toán và thảo luận 115
IV. TÓM TẮT PHẦN THỨ TƯ 126
Phần thứ năm
THIẾT KẾ THỦY NHIỆT CƠ BẢN VỚI LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU DÙNG NHIÊN
LIỆU DẠNG TẤM LOẠI MTR ðỀ XUẤT CHO VIỆT NAM 128
I. MÔ TẢ VÙNG HOẠT LÒ PHẢN ỨNG VÀ HỆ LÀM NGUỘI SƠ CẤP 128
1.1. Vùng hoạt lò phản ứng và nhiên liệu 128
1.2. Hệ làm nguội sơ cấp 130
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 130
2.1. Các cơ sở và lưu ý trong thiết kế hệ làm nguội sơ cấp 130
2.2. Các tham số thủy nhiệt cho thiết kế vùng hoạt 131
2.3. Phương pháp thiết kế thủy nhiệt 132
III. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THẢO LUẬN 139
3.1. ðặc trưng thủy nhiệt ở trạng thái dừng 139
3.2. Khả năng làm nguội bằng ñối lưu tự nhiên 144
3.3. Các phân tích chuyển tiếp giả ñịnh 145

5

IV. TÓM TẮT PHẦN THỨ NĂM 145
Phần thứ sáu
THUYẾT MINH PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU MỚI Ở
VIỆT NAM 147
I. SỰ CẦN THIẾT CỦA DỰ ÁN LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU MỚI 147

PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU ðA MỤC TIÊU 184
PHẦN KẾT LUẬN 185
TÀI LIỆU THAM KHẢO 189
GIẢI TRÌNH CHI TIÊU KINH PHÍ
191

6TÓM TẮT

Mục tiêu tổng quát của ñề tài là ñề xuất một mô hình Lò phản ứng nghiên cứu
phù hợp cho Việt Nam trong tương lai. ðể thực hiện mục tiêu này, trong khuôn khổ ñề
tài ñã tiến hành ñánh giá các ñặc ñiểm thiết kế của 8 loại Lò phản ứng nghiên cứu ñương
ñại trên thế giới và phân tích nhu cầu sử dụng Lò phản ứng nghiên cứu ở Việt Nam của
những năm sau 2020, từ ñó lựa chọn loại lò phản ứng phù hợp cho Việt Nam ñể tính
toán thiết kế cơ bản về nơtron và thuỷ nhiệt.
Kết quả nghiên cứu của ñề tài ñã chỉ ra rằng, Lò phản ứng nghiên cứu mới cho
Việt Nam trong tương lai cần ñáp ứng các ứng dụng chính sau ñây:
+ Chiếu xạ thử nghiệm nhiên liệu và vật liệu của lò phản ứng công suất;
+ Chiếu xạ pha tạp và chuyển hoá vật liệu;
+ Sản xuất ñồng vị phóng xạ;
+ Phân tích kích hoạt nơtron;
+ Nghiên cứu vật liệu trên các kênh ngang của lò phản ứng;
+ Chụp ảnh nơtron;
+ Phát triển kỹ thuật ñiều trị bệnh bằng BNCT (Boron neutron capture therapy);
+ Các nghiên cứu cơ bản và ñào tạo phát triển nguồn nhân lực.
ðể ñáp ứng tốt cho các ứng dụng nêu trên, Lò phản ứng cần có các ñặc trưng cơ
bản như sau:
+ Là loại lò ña mục tiêu loại bể bơi dạng mở, công suất nhiệt 20 MW, ñối lưu


The main objective of this research project is to introduce some types of nuclear
research reactor suitable for Vietnam in future. In order to meet such objective, in the
framework of the research project, the design characteristics of 8 typical modern nuclear
research reactors in the world have been considered and evaluated, and the requirements
for research reactor utilization in Vietnam after the years of 2020 have been analyzed.
Based on the obtained results, the suitable research reactors were chosen for basic design
calculation on neutronics and thermo-hydraulics.
The study results show that a new research reactor for Vietnam in future has to
meet the following main applications:
+ Fuel and material test for power reactor;
+ Neutron transmutation doping (NTD);
+ Radioisotope production (RI);
+ Neutron activation analysis (NAA);
+ Material structure study using horizontal beam ports;
+ Neutron radiography (NR)
+ Boron neutron capture therapy (BNCT);
+ Fundamental studies and Human resources development.
In order to meet the above-mentioned applications, the following main
characteristics of a proposed research reactor are requested:
+ 20-MW multi-purpose opened pool type reactor cooled upward by light water,
moderated and reflected by heavy water.
+ Thermal neutron flux in the active core and the reflector should be at least
1x10
14

n.cm
-2
.s
-1

nay. Vì vậy mỗi quốc gia ñều quan tâm hơn ñến an ninh năng lượng và các biện pháp
chuẩn bị tương ứng theo chính sách riêng của mình. Cùng với các vấn ñề ô nhiễm môi
trường ñang ñe dọa hàng ngày, năng lượng ñiện hạt nhân ñược xem là nguồn thay thế tối
ưu nhất ñể ñảm bảo cung cấp năng lượng tin cậy cho các quốc gia thiếu hụt năng lượng.
Lò phản ứng hạt nhân ðà Lạt (LPƯHNðL) ñã có 25 năm vận hành an toàn và
khai thác có hiệu quả. Tính ñến cuối năm 2008, lò ñã làm việc khoảng 32.200 giờ ở công
suất danh ñịnh 500 kW; ñã sản xuất ñược trên 3.500 Ci chất phóng xạ phục vụ cho chẩn
ñoán và ñiều trị bệnh trong y tế; ñã chiếu xạ trên 62.000 mẫu các loại ñể phân tích kích
hoạt phục vụ các ngành ñịa chất, dầu khí, môi trường; ñã tiến hành nhiều nghiên cứu cơ
bản và nghiên cứu ứng dụng khác ñể ñào tạo ñội ngũ có trình ñộ cho ngành hạt nhân nói
riêng và cho cả nước nói chung. Như vậy, vai trò của Lò phản ứng hạt nhân ðà Lạt ñóng
góp vào sự phát triển kinh tế-xã hội của nước ta trong thời gian qua là rất to lớn.
Tuy vậy, LPƯHNðL ñã, ñang và sẽ bộc lộ một số hạn chế tiềm tàng, ñó là công
suất nhiệt của lò thấp (500 kWt), thông lượng nơtron không cao (2,2x10
13
n.cm
-2
.s
-1
) so
với yêu cầu của nhiều ứng dụng, thể tích của các thiết bị chiếu xạ trong lò không ñủ lớn,
thời gian làm việc của nhiều cấu kiện chính trong lò (thùng lò, các kênh ngang, cột nhiệt,
vành phản xạ, v.v ) ñã có tuổi thọ trên 45 năm, các hệ công nghệ quan trọng khác ñã 25
năm vận hành, v.v Trong lúc ñó, nhu cầu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong các ngành
ngày càng cao. Chẳng hạn, nhu cầu ñồng vị phóng xạ cho y tế ước tính khoảng 3000-
5000 Ci/năm sau năm 2010; nhu cầu ñồng vị phóng xạ cho các ngành công nghiệp ngày
càng nhiều; các nguồn kín cho các hệ ño trong công nghiệp và kỹ thuật ñánh giá không
phá huỷ (NDE) cũng cần nhiều hơn về số lượng và hoạt ñộ riêng; v.v Dễ dàng thấy
rằng, LPƯHNðL khó có khả năng ñáp ứng ñược các yêu cầu ñòi hỏi ngày càng cao của
các ngành và không thể ñáp ứng ñược các nghiên cứu phục vụ cho chương trình phát

của Việt Nam.
Như là bước tiếp theo, nội dung của ñề tài cấp Bộ này ñược thực hiện từ tháng
10/2006 ñến tháng 9/2008 tập trung vào nghiên cứu lựa chọn loại lò và tính toán thiết kế
cơ bản về nơtron, thuỷ nhiệt và phân tích an toàn với một LPƯNC mới cho Việt Nam.
Các nội dung chính của ñề tài bao gồm:
1. Khảo sát và ñánh giá các ñặc ñiểm thiết kế của 8 loại LPƯNC ñương ñại trên
thế giới.
2. Khảo sát và phân tích các ứng dụng của LPƯNC ñể ñịnh hướng việc lựa chọn
loại lò cho Việt Nam trên các phương diện:
- Các ứng dụng năng lượng
- Các ứng dụng phi năng lượng
- Phục vụ nhu cầu nghiên cứu - triển khai, ñào tạo nhân lực và xây dựng
tiềm lực KHCN cho Việt Nam.
3. Từ các mô hình LPƯNC ñược khảo sát và các nhu cầu nêu trên, ñề xuất 2 mô
hình LPƯNC thích hợp cho Việt Nam.
4. Thực hiện các nghiên cứu tính toán cơ bản về nơtron, thuỷ nhiệt và phân tích an
toàn ñối với 2 mô hình LPƯNC ñã lựa chọn. Phân tích, so sánh và ñề nghị một
mô hình LPƯNC phù hợp cho Việt Nam.
5. Xây dựng báo cáo thuyết minh phương án xây dựng LPƯNC mới ñể làm cơ sở
xin chủ trương ñầu tư dự án LPƯNC mới ở Việt Nam với các nội dung chính
sau ñây:
- Sự cần thiết và mục tiêu của dự án
- Phác thảo quy mô ñầu tư dự án
- Phân tích lựa chọn sơ bộ về công nghệ lò phản ứng
- Ước tính giá thành xây dựng và vận hành lò phản ứng
- Dự kiến lộ trình thực hiện dự án xây dựng lò phản ứng

10

- Nhu cầu nhân lực cho vận hành và khai thác sử dụng LPƯ.

11Ph
ần thứ nhất
KHẢO SÁT, ðÁNH GIÁ CÁC ðẶC ðI
ỂM THIẾT KẾ CỦA MỘT SỐ
LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU ðƯƠNG ðẠI TRÊN THẾ GIỚINội dung chính của phần này là tiến hành khảo sát, ñánh giá các ñặc ñiểm thiết kế
của một số lò phản ứng nghiên cứu (LPƯNC) ñương ñại trên thế giới, bao gồm cả việc
ñánh giá ưu nhược ñiểm của chúng về khía cạnh kỹ thuật, sử dụng và những khía cạnh
khác liên quan ñến an toàn; ñồng thời từ việc khảo sát này rút ra các ñặc trưng chính cần
ñược xem xét ñể lựa chọn một LPƯNC mới cho Việt Nam.

I. SƠ LƯỢC TÌNH HÌNH SỬ DỤNG LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ
GIỚI
Kể từ khi Lò phản ứng sử dụng phản ứng phân hạch hạt nhân ñầu tiên ra ñời vào
ngày 02/12/1942 tại Trường ñại học Chicago (Hoa Kỳ) ñến nay, các thiết kế kỹ thuật của
các LPƯNC không ngừng phát triển và có những bước tiến ñáng kể. Vào cuối năm 1955,
khi Hội nghị Geneve lần ñầu ñược tổ chức ñã có 42 LPƯ ñược ñưa vào hoạt ñộng ở 7
quốc gia sử dụng phản ứng phân hạch hạt nhân (28 LPƯ ở Mỹ, 5 LPƯ ở Liên bang Nga,
3 LPƯ ở Anh, 2 LPƯ ở Canada, 2 LPƯ ở Cộng hoà Pháp, 1 LPƯ ở Nauy và 1 LPƯ ở
Thụy ðiển). Theo số liệu của IAEA năm 2006
[1], tổng cộng có 831 LPƯNC trong 68
nước. Trong số ñó, có 287 lò ñang vận hành, 114 lò ñã dừng hoạt ñộng nhưng chưa tháo
dỡ, 410 lò ñã và ñang tháo bỏ, 10 lò ñang xây dựng và 10 lò ñã lập kế hoạch xây dựng.
Có 40 quốc gia thuộc các nước ñang phát triển có LPƯNC với 84 lò ñang vận hành và 7
lò ñang xây dựng


Phân bố tuổi của các LPƯ ñang vận hành (số liệu năm 2008)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Số năm vận hành
Số lượng LPƯ >= 100 M W
4%
< 1 kW
18%
>= 2 M W
23%
>= 500 kW
9%

26
8
4
6
10
1
0
5
10
15
20
25
30
Sè l−îng LP¦ NC
1.0-1.5
2.0-4.0
5.0-9.0
10.0-20
23-35
40-45
50-70
100-400
500-563
C«ng suÊt nhiÖt, MW
ph©n bè sè lp− nc cã c«ng suÊt tõ 1 mw trë lªn

13

Tuy số lượng LPƯNC ñang giảm dần nhưng qua thực tế vận hành và khai thác sử
dụng trên 60 năm qua có thể khẳng ñịnh rằng, LPƯNC ñã có nhiều ñóng góp vào sự phát

Bảng 1.1 tổng hợp ñặc trưng kỹ thuật của các LPƯNC công suất
cao ñang vận hành và một số LPƯNC ñang xây hoặc ñang lập kế hoạch xây dựng. Hầu
hết các LPƯNC công suất cao ñược khảo sát là các LPƯNC ña chức năng dùng ñể thử
nghiệm vật liệu và nhiên liệu của tổ máy ñiện hạt nhân, sản xuất ñồng vị phóng xạ, phân
tích kích hoạt nơtron, pha tạp chuyển ñổi vật liệu, sử dụng dòng nơtron qua các kênh
ngang ñể nghiên cứu vật liệu, huấn luyện và ñào tạo nguồn nhân lực.

Bảng 1.1. Thống kê các LPƯNC có công suất từ 10 MW trở lên.
Lĩnh vực
ứng dụng
STT Tên LPƯ Nước sở
hữu
Công suất
(MWt)
Số kênh
ngang
Tuổi /năm
ñạt tới hạn
C PIK Nga 100 16 ðang xây
1
FRM-2
ðức 20 12 5 (03/2004)

2
JRR-3M
Nhật Bản 20 9 19 (03/1990)

3 ORPHEE Pháp 14 9 29 (12/1980)

4 BER-2 ðức 10 10 36 (12/1973)


Thử
nghiệm
vật
liệu
8 MIR.M1 Nga 100 0 43 (12/1966)14

9 OSIRIS Pháp 70 0 43 (09/1966)

10 MR Nga 50 0 46 (12/1963)

11 HBWR Na Uy 25 0 50 (06/1959)

C CARR Trung quốc 60 - ðang chạy
thử nghiệm
1 PHEBUS Pháp 40 0 31 (08/1978)

2 HFIR Mỹ 85 4 44 (08/1965)

3 CABRI Pháp 25 0 46 (01/1963)

4
OPAL
Úc 20 5 3 (08/2006)

5
ETRR-2

19 SM-2 Nga 100 5 48 (01/1961)

20 BR-2 Bỉ 100 9 48 (06/1961)

21 IGR Kazakhstan 10 9 48 (01/1961)

22 WWR-MKiev

Ucraina 10 10 49 (12/1960)

23 CIRUS Ấn ñộ 40 31 49 (07/1960)

24 DR-3 ðan mạch 10 8 49 (01/1960)

25 WWR-M Nga 18 17 50 (12/1959)

26 WWR-CM Uzbekistan 20 9 50 (09/1959)

27 BUDAPEST Hungari 10 8 50 (03/1959)

28 HWRR-II Trung quốc 15 7 51 (09/1958)

29 NRU Canada 135 26 52 (11/1957)

LPƯNC
ña mục
tiêu
(sản xuất
ðVPX,
chiếu xạ

Việt Nam cần chọn phương án xây dựng một Lò phản ứng nghiên cứu ña mục tiêu công
suất ñủ lớn ñể ñáp ứng cho tất cả các ứng dụng ñiển hình nêu trên.

II. CÁC YÊU CẦU CHUNG KHI KHẢO SÁT LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU
Khi lựa chọn công nghệ ñể xây dựng một LPƯNC mới, ngoài việc xem xét các
tiêu chí về an toàn hạt nhân và an toàn bức xạ, các yêu cầu về tính năng ñể ñáp ứng các
nhu cầu sử dụng cho cả hiện tại và tương lai cũng cần ñược xem xét một cách ñầy ñủ.
Về khía cạnh an toàn hạt nhân và an toàn bức xạ, mục tiêu an toàn tổng thể ñối
với một LPƯNC cần phải ñược ñáp ứng ñầy ñủ, ñó là việc bảo vệ nhân viên làm việc,
dân chúng và môi trường bằng cách thiết lập và duy trì khả năng ngăn chặn có hiệu quả
những nguy cơ phóng xạ tiềm ẩn [4]. ðể ñáp ứng mục tiêu an toàn tổng thể này, các mục
tiêu ñặt ra cho an toàn bức xạ cần phải ñảm bảo rằng:
- Vận hành và sử dụng LPƯ tuân thủ theo các nguyên tắc về an toàn bức xạ;
- Trong thời gian LPƯ ñang hoạt ñộng, liều chiếu ñối với nhân viên làm việc và
dân chúng ñược giữ dưới mức giới hạn do cơ quan thẩm quyền quốc gia quy
ñịnh, và ñược giữ càng thấp hợp lý càng tốt (ALARA);
- Xem xét tất cả những biện pháp thực tế ñể giảm bớt liều chiếu xạ trong tình
huống nếu có sự cố xảy ra.
Về khía cạnh sự cố, những mục tiêu cụ thể hơn cần ñược thiết lập ñể ñảm bảo:
- Các sự cố luôn ñược ngăn ngừa;
- Hậu quả phóng xạ từ các sự cố có thể xảy ra, bao gồm cả các sự cố có xác suất
xảy ra thấp, là không ñáng kể;
- Các sự cố có hậu quả nghiêm trọng thật sự không thể xảy ra nhờ việc ngăn
chặn cũng như biện pháp giảm nhẹ hậu quả.
ðể thực hiện các mục tiêu an toàn nêu trên, các tiêu chuẩn ñối với trường hợp
LPƯ ở trạng thái vận hành cũng như ở các ñiều kiện sự cố cần ñược xem xét trong khi
thiết kế LPƯ và cần phải phù hợp với hướng dẫn của IAEA
[5]. Các tiêu chuẩn này cụ
thể như sau:
- Tiêu chuẩn về bảo vệ bức xạ: Liều bức xạ ñối với nhân viên bức xạ và dân

Cụ thể hoá các yêu cầu về an toàn cho một số hệ thống, cấu trúc, thành phần chính
nêu trên ñể làm cơ sở cho việc thiết kế một LPƯNC mới sẽ ñược phân tích chi tiết trong
các phần tiếp theo trên cơ sở khảo sát các ñặc ñiểm thiết kế của một số LPƯ ñương ñại
trên thế giới.
Khi khảo sát về tính năng sử dụng của một LPƯNC, các yêu cầu và thông số sau
ñây cần ñược xem xét cụ thể:
- Giá trị thông lượng nơtron nhiệt ở vị trí chiếu mẫu trong vùng hoạt phải ñạt
1x10
14
n.cm
-2
.s
-1
và trong vành phản xạ phải ñủ lớn.
- Thông lượng nơtron cần ổn ñịnh cho các thí nghiệm chiếu xạ. Sự thay ñổi
thông lượng nơtron trong một vị trí chiếu xạ do việc nạp và lấy ra các mẫu ở
các vị trí chiếu xạ khác cần nhỏ hơn 5%. Thông lượng nơtron nhiệt ở phía
ngoài các kênh ngang cũng cần ñược ổn ñịnh với sự thay ñổi nhỏ hơn 5%.
Gradient thông lượng nơtron theo chiều cao ở vị trí chiếu xạ cần nằm trong
khoảng ±20% trên một khoảng dài 50 cm.
- ðộ cháy trung bình của các bó nhiên liệu lấy ra khỏi vùng hoạt cần lớn hơn
50% vật liệu phân hạch U
235
ban ñầu.
- Chu trình vận hành của LPƯ cần dài trên 30 ngày.
- Cần có bố trí hợp lý về kích thước, số lượng, loại và hướng ñặt cho các thiết bị
thí nghiệm.
- Lò phản ứng cần có các ñặc ñiểm an toàn nội tại.

Nghĩa là, trong quá trình khảo sát các ñặc ñiểm thiết kế ñể lựa chọn LPƯNC, các

Các Công ty thiết kế các LPƯ nêu trên là: Viện KAERI (Korea Atomic Energy
Research Institute) của Hàn Quốc hợp tác với AECL (Atomic Energy of Canada
Limited) của Canada thiết kế lò HANARO; INVAP của Argentina thiết kế các lò ETRR-
2, OPAL và CRCN/RPM-1; JAEA (Japan Atomic Energy Agency) của Nhật Bản thiết kế
lò JRR-3M; FRAMATOM của Cộng hoà Pháp thiết kế lò FRM-II; GA (General Atomic)
của Hoa Kỳ thiết kế lò TRIGA tại ONRC; INER thiết kế lò TRR-II; và lò của Nga do
ROSATOM thiết kế. Như vậy, các LPƯ ñược chọn ñể khảo sát ñều do các Công ty thiết
kế LPƯ nghiên cứu có kinh nghiệm thực hiện.
Bảng 1.1 cho thấy, một số LPƯNC công suất cao khác ñang vận hành do các nước
có ngành công nghiệp hạt nhân phát triển như Hoa Kỳ, Cộng hoà Pháp, ðức, Ấn ðộ, …
thiết kế và xây dựng nhưng không ñưa vào khảo sát vì:
- Chúng thuộc các thế hệ lò cũ, thiết kế trước những năm 1980 nên công nghệ ñã
lạc hậu, một số chỉ tiêu an toàn theo tiêu chuẩn cũ; hoặc
- ðó là những LPƯ chuyên dụng ñể chiếu xạ thử vật liệu, các lò nước nặng hoặc
các lò có thiết kế ñặc biệt chỉ phù hợp cho các nước có khả năng tự chủ trong thiết
kế và xây dựng LPƯNC hoặc ñể phục vụ cho chương trình hạt nhân của chính họ.
Chú ý rằng mục ñích chủ yếu của LPƯ FRM-II là sử dụng chùm nơtron nên nó có
ñặc ñiểm thiết kế rất ñặc biệt và không thể dùng nó ñể so sánh với các LPƯNC khác.
Dự án LPƯ CRCN/RPM-1 chỉ dừng lại ở ý tưởng thiết kế, dự án LPƯ TRR-II
cũng ñã bị huỷ không thực hiện, còn dự án LPƯ TRIGA ở ONRC ñã thực hiện trên 10
năm nhưng ñến nay chưa có LPƯ.
Các lò phản ứng JRR-3M, HANARO, ETRR-2, FRM-II và OPAL ñã ñược ñưa
vào vận hành tương ứng trong các năm 1990, 1995, 1998, 2004 và 2006.
Lò phản ứng WWR do Nga chào hàng ñược thiết kế dựa vào kinh nghiệm vận
hành thành công của các LPƯNC dùng nhiên liệu loại WWR và IRT ở Liên bang Nga và
ở một số nước khác do Nga xây dựng.
Khảo sát và phân tích chi tiết các ñặc ñiểm thiết kế của 8 loại LPƯNC nêu trên ñã
ñược thực hiện và trình bày chi tiết trong Báo cáo Chuyên ñề số 1 “Khảo sát, ñánh giá
các ñặc ñiểm thiết kế của một số Lò phản ứng nghiên cứu ñương ñại trên thế giới”, gồm
các thông số như loại lò và cấu trúc vùng hoạt, nhiên liệu sử dụng, hệ mát mát vòng sơ

Open pool Open pool Open pool Open pool Open pool Open pool Open pool Open pool Open pool
Chất làm lạnh/Chất làm chậm
H2O/H2O H2O/D2O H2O/H2O H2O/H2O H2O/H2O H2O/H2O H2O/H2O H2O/H2O H2O/H2O
Chất làm lạnh & làm chậm nối nhau
Yes No Yes Yes Yes Yes No Yes Yes
Chất phản xạ
Heavy water Beryllium/D2O Beryllium Heavy water Beryllium/D2O

Heavy water Beryllium/D2O

D2O Beryllium
Hướng dòng chảy
Upwards Upwards Upwards Upwards Downwards Upwards Downwards Downwards Downwards
Nơi ñặt ñộng cơ ñiều khiển
Above core Below core Below core Below core Below core Above core Above core Below core Above core
Số liệu về về vùng hoạt

Kích thước làm việc vùng hoạt (cm)
~46 x 70 24x40x70 (2) 40 x 48 x 80 35 x 35 x 61.5 ~54 x 77 11.8x24.3x70 40 x 40 x 56 49 x 49 x 60 56x54x60
Thể tích vùng hoạt (m
3
)
0.12 0.134 0.154 0.075 0.229 0.025 0.089 0.144 0.088
Chia lưới vùng hoạt
7 x 9 5 x 6 6 x 5 4 x 4 37 1 6x6 5 x 6 7 x 7
Số bó nhiên liệu
20/12 30 29 16 26(6) 1 30 25 up to 130
Số thanh ñiều khiển
8 8 6 5 6 1 CAR (5SOR)


Thông lượng nơtron (n/cm
2
/s)
Thông lượng nhiệt cực ñại (in core) 4.5x10e14 2.7x10e14 3.5x10e14 3.0x10e14 1.5x10e14 1.5x10e14 <3.0x10e14
Thông lượng nhanh cực ñạ (in core) 2.0x10e14 2.9x10e13 2.2x10e14 2.1x10e14 2.0x10e14 5.0x10e14 3.6x10e14 2.7x10e14
Thông lượng nhiệt cực ñại (in rflector) 2.1x10e14 4.0x10e14 3.2x10e14 1.2x10e14 8.0x10e14 5.2x10e13 2.7x10e14 1.5x10e14
Số liệu về nhiên liệu

Loại nhiên liệu Rod with fin Plate Plate Plate Plate Curved Plate

Rod Plate Plate
Vật liệu làm nhiên liệu U
3
Si U
3
Si
2
U
3
O
8
U
3
Si
2
U
3
Si
2
U

3
/hr) 2530 2000 2000 1900 2400 1000 1300 2200 ~2000
Vận tốc làm mát qua vùng hoạt (m/s)
7.3 5.2 4.7 8.2 6.2 17 4.8 6.2 -
ðộ giảm áp vùng hoạt (kPa) 209 49 240 85 24
Công suất/Lưu lượng làm mát (MJ/m
3
) 42.7 36 39.6 38 72 27.7 32.7
Số lượng bơm vòng sơ cấp 2 4 4 2 (1 standby) 2 2 2
Số lượng bộ trao ñổi nhiệt vòng 1
2 2 2
2 (1 standby)
2 2 2
20Bảng 1.2. Thông tin chi tiết về các LPƯ nghiên cứu ñược lựa chọn ñể khảo sát (tiếp theo).

Thông số HANARO CRCN/RPM-1

ETRR-2 OPAL/RRR JRR-3M FRM-II
TRIGA/
ONRC
TRR-II
WWR,
Russian
Số liệu về chế ñộ nhiệt vùng hoạt
21

IV. CÁC ðẶC TRƯNG CHÍNH ðỂ LỰA CHỌN LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU
MỚI
Dựa vào việc khảo sát các ñặc trưng thiết kế của các LPƯNC ñiển hình nêu trên,
dưới ñây sẽ trình bày một cách tổng quan các ñặc ñiểm cần ñược chú trọng trong quá
trình lựa chọn một lò phản ứng nghiên cứu mới.

4.1. Những ñặc ñiểm chung
4.1.1. Loại lò
Nói chung, các LPƯNC có thể ñược chia thành 2 loại: loại thùng (tank type) và
loại bể (pool type). Loại bể lại ñược chia thành 2 loại là LPƯ có thùng lò với nắp ñậy kín
nằm trong bể lò (closed-tank in pool) và loại có thùng lò không có nắp ñậy nằm trong bể
lò (open-tank in pool). Các LPƯ loại thùng ñược ñặc trưng bằng một vùng hoạt chứa
nhiên liệu nằm bên trong một thùng kín. Các lớp che chắn bê-tông và kim loại bao quanh
phía ngoài thùng lò. Việc thao tác trong vùng hoạt chỉ có thể thực hiện ñược khi mở các
nắp che chắn. ðể thực hiện công việc chuyển tải nhiên liệu trong LPƯ loại thùng người
ta phải dùng ñến container rất dày vừa ñể che chắn phóng xạ vừa có chức năng làm
nguội cho nhiên liệu. Ưu ñiểm của LPƯ loại thùng là có thể vận hành ở nhiệt ñộ và áp
suất cao vì hệ thống truyền nhiệt vòng sơ cấp rất kín và cách ly với khí quyển, giống như
lò năng lượng.
Các LPƯNC loại bể có nhiều ưu ñiểm hơn so với LPƯ loại thùng: giá thành thấp,
việc thao tác trong vùng hoạt tương ñối dễ dàng, có thể nhìn xuyên qua các lớp che chắn
ở phía trên bể lò và bể lò là một bể chứa nước làm nguội không chịu áp suất lớn (ñây là
ưu ñiểm về phương diện an toàn hạt nhân). Việc thao tác dễ dàng trong vùng hoạt cũng
có nghĩa là không cần phải dùng các thiết bị quá phức tạp và ñắt tiền ñể thực hiện việc
chuyển tải nhiên liệu và thí nghiệm ở bên trong vùng hoạt. Bể nước còn là lớp che chắn
rất cần thiết phía trên vùng hoạt, loại bỏ yêu cầu phải dùng các lớp che chắn bằng kim

nặng và ñể ngăn chặn tritium (sinh ra do sự chiếu xạ nước nặng) giải phóng vào môi
trường. Vì việc thao tác diễn ra thường xuyên trên vùng hoạt của LPƯ ñể thay ñổi nhiên
liệu và tiến hành các thí nghiệm chiếu xạ nên việc giữ sự tinh khiết của nước nặng trong
hệ thống làm nguội luôn là vấn ñề cần quan tâm.
Tất cả các thiết kế cho LPƯNC loại bể (không có áp lực) hiện ñang khảo sát ñều
chọn nước nhẹ làm chất làm nguội cho hệ thống tải nhiệt vòng sơ cấp.
4.1.3. Phương pháp làm nguội
Có hai phương pháp làm nguội vùng hoạt ñược áp dụng trong các LPƯNC loại
bể: dòng làm nguội hướng từ dưới lên trên vùng hoạt và dòng làm nguội hướng từ trên
xuống dưới vùng hoạt.
Hệ thống làm nguội cưỡng bức với dòng chảy theo hướng ñi từ dưới lên trên vùng
hoạt có nhiều ưu ñiểm hơn so với hệ thống làm nguội cưỡng bức với dòng chảy theo
hướng ñi từ trên xuống dưới vùng hoạt vì các lý do sau:
- Khi vận hành LPƯ ở công suất tương ñối lớn, sự lấy nhiệt thích hợp sẽ ñạt ñược
với vận tốc dòng chảy rất lớn ñi qua vùng hoạt, ñưa ñến tổn thất áp suất lớn
trong vùng hoạt. ðối với hệ thống dòng chảy từ trên xuống dưới, chênh áp rất
lớn này có thể gây nên sự thu hẹp giới hạn an toàn vì nước áp suất thấp trước
bơm có thể bốc thành hơi trong các ñiều kiện vận hành không bình thường.
Cùng lý do liên quan ñến tổn thất áp suất, hệ thống dòng chảy từ dưới lên trên
có thể nâng cấp dễ dàng ñể vận hành ở công suất cao hơn bằng cách tăng áp suất
ở lối vào vùng hoạt nhờ vào việc nâng áp lực của bơm.
- ðối với hệ thống dòng chảy hướng từ dưới lên trên, việc thay ñổi từ ñối lưu
cưỡng bức sang ñối lưu tự nhiên là hoàn toàn tự nhiên vì dòng chảy cùng hướng
lên trên vùng hoạt. Trong hệ thống dòng chảy từ dưới lên trên, các bơm thường
ñược trang bị các bánh ñà ñể bơm dần dần dừng lại sau khi ngắt ñiện, ñiều này
ñưa ñến sự chuyển tiếp nhẹ nhàng từ cơ chế làm nguội bằng ñối lưu cưỡng bức
sang ñối lưu tự nhiên. Ngược lại, do có sự thay ñổi hướng chảy xuống trong ñối
lưu cưỡng bức sang hướng chảy lên do ñối lưu tự nhiên, hệ thống chảy xuống
cần phải ñược thiết kế thận trọng nhằm tránh sự ñình trệ của dòng chảy trong
quá trình thay ñổi hướng chảy. ðể tránh sự ñình trệ của dòng chảy trong quá