BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM Báo cáo tóm tắt TỔNG QUAN
HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ
NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

Cơ quan thực hiện: Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011
- 2 -
CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
1. Mở đầu
Theo số liệu mới nhất công bố tháng 1/2011 của Cơ quan năng lượng
nguyên tử quốc tế, hiện nay trên toàn cầu có 442 tổ máy điện hạt nhân đang vận
hành, lượng điện phát điện hạt nhân chiếm 16% sản lượng điện toàn cầu; có
khoảng 65 tổ máy điện hạt nhân đang tiến hành xây dựng.
Thứ t
ự các quốc gia có nhiều tổ máy điện hạt nhân nhất: Mỹ 104 tổ máy,

- 3 -
Báo cáo này giới thiệu những khái niệm cơ bản về công nghệ lò phản ứng
hạt nhân và những cải tién, những công nghệ lò thế hệ mới đang được triển khai
thực hiện trên thế giới.
2. Một số khái niệm cơ bản về công nghệ lò phản ứng hạt nhân
2.1 Nguyên lý phản ứng phân hạch
Lò phản ứng hạt nhân (LPƯHN) hoạt động dựa trên nguyên lý phản ứng
phân h
ạch dây chuyền. Sơ đồ đơn giản của nguyên lý này nêu trên hình 1.
Khi một nơtron bắn phá hạt nhân U235, hạt nhân bị tách thành hai hay
nhiều hạt nhân nhẹ hơn kèm theo việc giải phóng năng lượng ở dạng động năng,
bức xạ gamma và phát ra các nơtron tự do, các nơtron tự do này là tiếp tục bắn
phá các hạt nhân khác để tạo ra phản ứng hạt nhân dây chuyền. Nơtron nhiệt Nhiệt năng Nơtron nhanh

N N Nơtron nhiệt
N
Phân hạch Chất làm chậm

U 235 U 235 N Hấp
thụ
N

Hình 1. Sơ đồ đơn giản của nguyên lý phản ứng phân hạch

2.2 Cấu trúc cơ bản của lò và các vật liệu sử dụng
Cấu trúc cơ bản của lò phản ứng hạt nhân (LPƯHN) bao gồm: nhiên liệu
hạt nhân, chất làm chậm, chất tải nhiệt, thanh điều khiển, vành phản xạ, thùng lò,

,
Pu
241

Chất phân hạch
2 Chất làm chậm H
2
O, D
2
O, C, Be Giảm năng lượng của nơtron
nhanh thành nơtron nhiệt
3 Chất tải nhiệt H
2
O, D
2
O, CO
2
, He,
Na
Tải nhiệt làm mát lò
4 Thanh điều khiển Cd, B, Hf Điều khiển mức tăng giảm nơtron
5 Vành phản xạ Như các chất làm
chậm
Giảm mất mát nơtron
6 Thùng lò Fe &S/S Chịu áp lực và chứa toàn bộ vùng
hoạt
Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011
- 5 -
7 Tường bảo vệ Bê tông, H
2

nhẹ 2-5%
H
2
O H
2
O
3
WWER
Lò nước áp lực
(LX cũ)
Urani làm giầu
nhẹ 2-5%
H
2
O H
2
O
4
PHWR -
CANDU
Lò nước nặng
kênh áp lực
Urani tự nhiên
0,7%
D
2
O D
2
O H
2

ưu thế tuyệt đối của loại lò này so với loại lò khác. Việc mỗi quốc gia sử dụng và
phát triển loại lò nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trước hết là ý đồ chiến lược của
mỗi quốc gia, sau đó là trình độ khoa học - công nghệ
và khả năng tham gia của
Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011
- 6 -
công nghiệp nội địa. Mặc dù số loại lò nhiều như vậy nhưng đa số hoặc đã bị loại
bỏ khỏi xu hướng phát triển hoặc đang ở trạng thái thử nghiệm.
Cho đến nay, thực chất chỉ mới có ba loại được công nhận là những công
nghệ đã được kiểm chứng và được phát triển nhiều nhất, đó là PWR, BWR và
PHWR. Tỷ phần số l
ượng lò của các loại công nghệ như sau: Lò phản ứng nước
áp lực: 60% (Pressurired Water Reactor - PWR+VVER), kế theo đó là Lò phản
ứng nước sôi: 21% (Boiling Water Reactor - BWR), và cuối cùng là Lò nước
năng kiểu CANDU: 7% (Pressurired Heavy Water Reactor - PHWR), phần còn
lại là các loại lò khác.
Chúng ta hãy xem xét sơ bộ 3 loại lò được phát triển nhiều nhất, phổ biến
nhất hiện nay đó là PWR, BWR và PHWR.
3. Lò nước nhẹ áp lực PWR - Pressurized Water Reactor
Đây là kiểu lò phổ biến nhất với trên 230 lò hiện đang vận hành trên khắp
th
ế giới. Thiết kế cơ bản của loại lò này có nguồn gốc từ các lò phản ứng hạt
nhân sử dụng trong các tầu ngầm hạt nhân. Chúng sử dụng nước thường làm chất
tải nhiệt và làm chậm. Thiết kế khác biệt mang tính điển hình của loại lò này là
dùng nước trong chu trình làm nguội vòng một đi qua tâm lò với áp suất rất cao
và chu trình thứ hai được sử dụng là hơi được sinh ra để chạ
y tuôc bin.
Hình 3. Sơ đồ công nghệ hai vòng tuần hoàn của lò PWR
Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011
- 7 -

do tương tác của dòng nowtrôn cao, chiếu xạ mạnh. Để bảo đảm độ bền, thùng lò
được làm với số mối hàn ít nhất. Thùng lò được thiết kế để làm việc trong một
thời gian dài từ 40 đến 60 năm. Các thông s
ố của lò PWR công suất 1160 MWe
được trình bày trong bảng 3.
Bảng 3. Một số thông số chính của loại lò PWR - 1160 MWe
Thông số cơ bản của lò PWR
Công suất nhiệt 3423 MWt
Công suất điện 1160 MWe
Đường kính phía trong thùng lò 4,394 m
Độ dày thùng lò 225 mm
Chiều cao thùng lò 12,9 m
Vật liêu thùng lò ASME SA-508 GrB class 3
Trọng lượng thùng lò 402 t
Đường kính vùng hoạt 3,37 m
Chiều cao/dài vùng hoạt 3,66 m
Độ giàu nhiên liệu 2,1 - 4,1%
Số bó nhiên liệu 193
Đường kính thanh nhiên liệu 9,5 mm
Chiều dài thanh nhiên liệu 3,65 m
Tổng chiều dài bó nhiên liệu 4,06 m
Vật liệu ống thanh nhiên liệu Zircaloy-4
Trọng lượng nhiên liệu 89 t
Mật độ công suất 105 KW/lít
Số bó/thanh điều khiển 53 bó
Áp suất trong lò 157 Kg/cm
2

Chất tải nhiệt H
2

liệu. Các bó nhiên liệu nạp vào lò có thể có hoặc không có vỏ hộp bọc ngoài tùy
từng lò. Các hộp này được đục lỗ để tạo dòng chảy ngang có tác dụng dàn đều
trường nhiệt độ vùng hoạt.

Hình 5. Các bó nhiên liệu của lò PWR theo trường phái Phương Tây và Nga
Công nghệ nhà máy điện hạt nhân – Báo cáo tháng 4-2011
- 10
-
Nhà máy ĐHN với lò PWR có sơ đồ công nghệ hai vòng. Trong sơ đồ công
nghệ này nhất thiết phải có thiết bị sinh hơi là thành phần phân chia hai vòng. Có
thể nói thiết bị sinh hơi thuộc vòng một hay thuộc vòng hai đều đúng.
Hình 6. Thiết bị sinh hơi kiểu đứng (phương Tây) và kiểu ngang (Nga)
Trong thiết bị sinh hơi, để truyền được nhiệt từ vòng một sang vòng hai
cần phải có chênh lệch nhiệt độ giữa n
ước vòng một (không được sôi) và nước

nghệ khác ở những đặc tính cơ bản sau:
o Không có máy sinh hơi (chu trình trực tiế
p).
o Giảm được áp lực trong lò trong khi vẫn đạt được hiệu suất cao.
o
Phần lưu chuyển của các vật chất phóng xạ rộng hơn.Hình 7. Sơ đồ công nghệ một vòng tuần hoàn với lò nước sôi - BWR
BWR cũng là một loại lò với nước nhẹ vừa là chất tải nhiệt vừa là chất làm
chậm và có thùng lò chịu áp lực. Tuy nhiên, khác với lò PWR, trong lò BWR có
sự sôi thể tích ngay trong lò.
Thùng lò BWR có hình thức gần giống như lò PWR nhưng có các thông
số khác hơn. Vùng hoạt lò BWR tương tự như lò PWR không đồng nhất và được