ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------------------

ĐINH VĂN CHIẾN

PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TRƯNG
CỦA THANH NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG
LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VVER AES-2006

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------------------

ĐINH VĂN CHIẾN

PHÂN TÍCH CÁC` ĐẶC TRƯNG
CỦA THANH NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG
LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VVER AES-2006
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số: 60 44 0106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


MỤC LỤC
DANH MỤC THUẬT NGỮ ..................................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ 6
MỞ ĐẦU ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1. LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VVER-AES2006Error! Bookmark not defined.

1.1. Quá trình phát triển công nghệ lò phản ứng hạt nhân VVERError! Bookmark not defin
1.2. Đặc điểm lò phản ứng hạt nhân VVER-AES2006Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 2. ĐẶC TRƯNG CỦA THANH NHIÊN LIỆU HẠT NHÂNError! Bookmark no
2.1. Đặc điểm thiết kế của thanh nhiên liệu hạt nhânError! Bookmark not defined.
2.2. Đặc trưng bức xạ đối với thanh nhiên liệu ..... Error! Bookmark not defined.
2.3. Đặc trưng cơ nhiệt đối với thanh nhiên liệu ... Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Sự phân bố nhiệt độ trong thanh nhiên liệu ........... Error! Bookmark not
defined.
2.3.2. Sự thay đổi cấu trúc viên gốm nhiên liệu Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Quá trình mỏi và rão hóa vật liệu ............ Error! Bookmark not defined.
2.4. Đặc trưng thủy nhiệt động đối với thanh nhiên liệuError! Bookmark not defined.
2.4.1. Thông lượng nhiệt tới hạn và quá trình dời khỏi vùng sôi nhân ..... Error!
Bookmark not defined.
2.4.2. Sự ăn mòn do cọ xát của vỏ bọc thanh nhiên liệu với lưới định vị . Error!
Bookmark not defined.
2.4.3. Biến đổi hình học thanh nhiên liệu dưới tác dụng thủy lực ............. Error!
Bookmark not defined.

2.5. Đặc trưng quá trình oxy hóa và hydro hóa đối với thanh nhiên liệuError! Bookmark not
2.5.1. Quá trình oxy hóa .................................... Error! Bookmark not defined.
2.5.2. Quá trình hydro hóa ................................. Error! Bookmark not defined.


4.4.1. Kết quả tính toán cơ - nhiệt ..................... Error! Bookmark not defined.
4.4.2. Kết quả tính toán độ bền .......................... Error! Bookmark not defined.
4.4.3. Kết quả tính toán biến dạng hình học ...... Error! Bookmark not defined.
4.4.4. Kết quả tính toán về quá trình oxy hóa và hydro hóa ... Error! Bookmark
not defined.


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 8
PHỤ LỤC ..................................................................... Error! Bookmark not defined.


DANH MỤC THUẬT NGỮ
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BWR

Boiling Water Reactor

Lò phản ứng hạt nhân nước sôi

CHF

Critical Heat Flux

Thông lượng nhiệt tới hạn

Normal Operation

Vận hành bình thường

PCI

Pellet Cladding Interaction

Tương tác viên gốm - vỏ bọc

PCMI

Pellet Cladding Mechanical
Interaction

Tương tác cơ học viên gốm-vỏ bọc

PWR

Pressurized Water Reactor

Lò phản ứng hạt nhân nước áp lực

RIA

Reactivity Initiated Accident

Tai nạn/sự cố khởi phát độ phản ứng

SCC


VVER
(WWER)


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Một số thông số thiết kế lò phản ứng hạt nhân VVER-AES2006 ... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 1. 2. Các thông số chính của vùng hoạt VVER-AES2006 ... Error! Bookmark
not defined.
Bảng 3. 1. Các khối chính của code FRAPCON-3.5 Error! Bookmark not defined.
Bảng 4. 1. Các thông số thiết kế thanh nhiên liệu TVS-2006 . Error! Bookmark not
defined.
Bảng 4. 2. Dữ liệu phân bố công suất dọc trục tương đối của thanh nhiên liệu Error!
Bookmark not defined.
Bảng 4. 3. Các kết quả tính toán cơ - nhiệt thanh nhiên liệu TVS-2006 ......... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 4. 4. Các kết quả tính toán độ bền thanh nhiên liệu ....... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 4. 5. Các kết quả tính toán biến dạng hình học thanh nhiên liệu ............. Error!
Bookmark not defined.
Bảng 4. 6. Các kết quả tính toán độ dày lớp oxit và hàm lượng hydro tích lũy Error!
Bookmark not defined.


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Các thế hệ phát triển lò phản ứng hạt nhân VVERError! Bookmark not
defined.
Hình 1. 2. Mô hình tổ hợp thiết bị vòng sơ cấp lò phản ứng VVER-AES2006 Error!
Bookmark not defined.

Hình 2. 12. Hư hỏng do cọ xát giữa vỏ bọc và lưới định vịError! Bookmark not
defined.
Hình 2. 13. Tỷ lệ các dạng ăn mòn khác nhau trên vỏ bọc nhiên liệu ở Mỹ .... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2. 14. Biến dạng hình học thanh nhiên liệu, (a) kiểu chữ S, (b) kiểu chữ C
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 15. Quan hệ giữa độ cong bó thanh và độ lệch khỏi kích thước khe hở
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 16. Độ cong bó thanh nhiên liệu của ba lò phản ứng Ringhals (Thụy Điển)
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 17. Hướng và biên độ uốn cong thanh nhiên liệu trongError!

Bookmark

not defined.
Hình 2. 18. Giản đồ pha Zr-O ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 19. Sơ đồ vi cấu trúc của zirconi oxit tạo thành trong các điều kiện khác
nhau ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 20. Sơ đồ diễn biến quá trình oxy hóa kim loại vỏ bọcError!

Bookmark

not defined.
Hình 2. 21. Ăn mòn tạo lớp đồng nhất sau 1 và 3 chu kỳError!

Bookmark

not

defined.

Hình 4. 3. Nhiệt độ trung bình của nhiên liệu trong 4 chu kỳ vận hành ........... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4. 4. Nhiệt độ trung bình tâm nhiên liệu theo chiều dọc thanh nhiên liệu Error!
Bookmark not defined.
Hình 4. 5. Nhiệt độ trung bình lớp vỏ bọc theo chiều dọc thanh nhiên liệu ..... Error!
Bookmark not defined.


Hình 4. 6. Nhiệt độ bề mặt bên ngoài lớp vỏ bọc theo chiều dọc thanh nhiên liệu
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4. 7. Lưới nhiệt độ trung bình của thanh nhiên liệu ....... Error! Bookmark not
defined.
Hình 4. 8. Tỷ lệ phát tán khí phân hạch của thanh nhiên liệu . Error! Bookmark not
defined.
Hình 4. 9. Tỷ lệ phát tán khí phân hạch theo trục thanh nhiên liệu Error! Bookmark
not defined.
Hình 4. 10. Áp suất khí bên trong thanh nhiên liệu .. Error! Bookmark not defined.
Hình 4. 11. Độ cháy trung bình của thanh nhiên liệu trong 4 chu kỳ vận hành Error!
Bookmark not defined.
Hình 4. 12. Độ cháy theo chiều dọc thanh nhiên liệu ............. Error! Bookmark not
defined.
Hình 4. 13. Ứng suất hiệu dụng của vỏ bọc theo trục thanh nhiên liệu ............ Error!
Bookmark not defined.
Hình 4. 14. Ứng suất tiếp tuyến của vỏ bọc theo trục thanh nhiên liệu ............ Error!
Bookmark not defined.
Hình 4. 15. Biến dạng tiếp tuyến của vỏ bọc theo trục thanh nhiên liệu .......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4. 16. Biến dạng đàn hồi tiếp tuyến của vỏ bọc theo trục thanh nhiên liệu
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4. 17. Biến dạng đàn hồi hướng trục theo trục thanh nhiên liệu .............. Error!

Assessment, NUREG/CR-7022, Vol.2, US NRC, USA.
5. Geelhood K.J., W.G. Luscher and J.M. Cuta (2014), FRAPTRAN-1.5:

A

Computer Code for the Transient Analysis of Oxide Fuel Rods, NUREG/CR-7023,
Vol.1, US NRC, USA.
6. Geelhood K.J. and W.G. Luscher (2014), FRAPTRAN-1.5: Integral Assessment,
NUREG/CR-7023, Vol.2, US NRC, USA.
7. H. Bailly, D. Menessier and C. Prunier (1996), Le combustible nucléaire des
réacteurs à eau sous pression et des réacteurs à nơtrons rapides: Conception et
Comportement, CEA. EYROLLES, Paris, France.
8. IAEA (2007), Computational Analysis of the Behaviour of Nuclear Fuel Under
Steady State, Transient and Accident Conditions, IAEA-TECDOC-1578, Vienna.
9. Jacopo Buongiorno (2010), “PWR Description”, MIT OpenCourseWare, USA.
10. Jinzhao Zhang (2013), “Simulation of fuel behaviors under LOCA and RIA
using FRAPTRAN code and uncertainty analysis with DAKOTA”, IAEA Technical
Meeting on Modeling of Water-Cooled Fuel Including Design Basis and Severe
Accidents, China.

12


11. K.L. Murty (2013), Materials Ageing and Degradation in Light Water Reactors,
Mechanisms and Management, Woodhead Publishing Limited, USA.
12. Kopytov I.I., S.B.Ryzhov, Yu.M. Semchenkov et al. (2009), Prelimary safety
analysis report Novovoronezh NPP-2 Power Unit 1, Rusia.
13. Massoud T. Simnad (2002), Nuclear Reactor Materials and Fuels, University of
California, San Diego.
14. Molchanov V.L. (2009), Nuclear fuel VVER reactors. Actual state and trends,