Công nghệ lò phản ứng hạt nhân
Ngành điện hạt nhân (ĐHN) cho tới nay đã có lịch sử hơn 50 năm hình thành và phát
triển. Tính đến tháng 5/2008, trên thế giới có 439 lò phản ứng hạt nhân năng lượng đang
được vận hành tại 31 nước và lãnh thổ, chiếm khoảng 16% sản lượng điện toàn thế giới.
Xu hướng phát triển công nghệ ĐHN
Sự phát triển các lò năng lượng thương mại ngày nay hướng tới sự hoàn thiện các hệ
thống an toàn. Trong những năm vừa qua, sự phát triển cũng hướng tới việc cải tiến công
tác bảo trì và tăng độ tin cậy của hệ thống thiết bị bằng việc giảm bớt các thiết bị phức
tạp, một trong những hướng đó là áp dụng các hệ thống an toàn thụ động. Một mặt khác,
để cải thiện kinh tế thì công suất của một tổ máy ngày càng được tăng lên. Các nước
hướng tới phát triển tổ máy với gam công suất lớn hiện nay ở mức 1600 Mwe.
Các cách tiếp cận, giải pháp cho phát triển ĐHN hiện nay đều hướng tới việc giảm giá
thành đầu tư, tăng tính cạnh tranh và nâng cao độ an toàn, như: Tiêu chuẩn hóa thiết kế
cho mỗi loại để rút ngắn quá trình cấp phép, giảm chi phí đầu tư và thời gian xây dựng,
thiết kế đơn giản hơn và vững chắc hơn làm chúng dễ vận hành và ổn định trong hệ thống
có nhiều dao động…
Một trạm điện hạt nhân thường gồm 4 phần chính :
- 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 dùng
để tạo hơi.
- Turbine, dùng hơi nước làm quay nó để chạy máy phát điện.
- Bộ phận ngưng tụ (condenser), làm lạnh hơi nước, chuyển nó trở lại thành pha lỏng.
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, thanh nguyên liệu, chất làm chậm, chất tải nhiệt… lò
phản ứng hạt nhân có cấu tạo khác nhau. Ở phần trước, chúng ta đã biết cấu tạo chung
của một lò phản ứng hạt nhân. Phần này chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể hơn về cấu tạo của
một lò phản ứng hạt nhân.
Lò phản ứng hạt nhân-Trái tim của nhà máy điện nguyên tử
Một lò phản ứng hạt nhân có nhiều bộ phận khác nhau, nhưng quan trọng nhất là vùng
phản ứng (hoạt động), nơi diễn ra các phản ứng dây truyền. Năng lượng tỏa ra từ phản
ứng dây truyền được các chất dẫn nhiệt truyền ra ngoài. Để điều khiển các phản ứng dây
truyền, người ta sử dụng hệ thống điều khiển và bảo vệ, hệ thống này được làm từ các

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.
Vòng truyền 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.
Vòng truyền 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 dẫn 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 dẫn nhiệt của vòng thứ cấp thường là nước.
Thiết bị của các vòng truyền nhiệt sơ cấp được đặt trong một lớp vỏ bảo vệ sinh học.
2. Phân loại các lò phản ứng hạt nhân:
Có nhiều cách phân loại lò phản ứng hạt nhân, dưới đây là cách phân loại phổ biến nhất,

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
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.

Cấu tạo lò phản ứng dùng notron nhanh kích hoạt
1.Vỏ bảo vệ sinh học
2.Vò lò phản ứng
3.Bơm của vòng tải nhiệt thứ nhất
4.Động cơ bơm
5.Nút xoay
7.Thùng trao đổi nhiệt cho vòng tải nhiệt thứ hai.
8.Hệ thống điều khiển phản ứng dây truyền
9.Vùng phản ứng (hoạt động)
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.
Ngoài ra, còn có một số lò cải tiến khác với tính năng làm việc, độ an toàn và tuổi thọ

Tên và kí hiệu các loại lò phản ứng thông dụng trên thế giới
ABWR - Lò nước sôi cải tiến
AGR - Lò cải tiến, dùng graphite làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt.
BWR - Lò nước sôi
FBR - Lò phản ứng sử dụng notron kích họat năng lượng lớn (notron nhanh)
GCR - Lò phản ứng dùng graphite làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt.
HTGR - Lò nhiệt độ cao, tải nhiệt bằng khí gas, với graphite làm chất làm chậm.
HWGCR - Lò phản ứng dùng nước nặng làm chất làm chậm, gas làm chất truyền nhiệt.
HWLWR - Lò phản ứng dùng nước nhẹ làm chất truyền nhiệt, nước nặng làm chất làm
chậm.
РБМК - Lò phản ứng dùng graphite làm chất làm chậm, nước nhẹ làm chất dẫn nhiệt.
PHWR - Lò phản ứng áp lực, dùng nước nặng làm chất dẫn nhiệt và làm chậm
PWR - Lò phản ứng áp lực, dùng nước nhẹ làm chất truyền nhiệt.
SGHWR - Lò phản dùng nước nặng làm chất truyền nhiệt
ВВЭР - Lò phản ứng nước-nước (kiểu Nga, tương đương lò PWR)