Trong suốt thời gian vận hành của nhà máy điện hạt nhân, việc đánh giá tác động của bức xạ nơtron tới các vật liệu trong vùng hoạt và vỏ thùng lò là một trong những vấn đề quan trọng nhất cần được quan tâm để đảm bảo sự nguyên vẹn của chúng. Một điều quan trọng nữa đó là tuổi thọ của vỏ thùng lò bị giới hạn nguyên nhân chính là do sự tác động bức xạ nơtron.

Tính đến năm 2014, trên thế giới có hơn 100 tai nạn và sự cố hạt nhân nghiêm trọng liên quan tới lò phản ứng hạt nhân, trong đó phải kể tới sự cố Three Mile Island năm 1979, Chernobyl năm 1986, và gần đây nhất là Fukushima Daiichi năm 2011. Trong đó, vỏ thùng lò phản ứng có vai trò giam giữ phóng xạ từ các sản phẩm phân hạch phát tán ra ngoài môi trường, chính vì vậy việc đảm bảo sự toàn vẹn của vỏ thùng lò trong suốt quá trình vận hành của lò phản ứng là vô cùng quan trọng. Vì vậy, việc tính toán khảo sát tốc độ chuyển dịch nguyên tử (DPA) một thông số quan trọng miêu tả sự giòn hóa vỏ thùng lò do bức xạ đã và đang được quan tâm trong thời gian gần đây.

Chính vì vậy việc khảo sát thông lượng nơtron và tốc độ DPA do nơtron gây ra trên thùng lò phản ứng đang được rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới quan tâm, tuy nhiên việc khảo sát ảnh hưởng của dòng nơtron lên vật liệu vỏ thùng lò đòi hỏi phải thực hiện cùng với các nghiên cứu thực nghiệm về khoa học vật liệu thì mới có thể đánh giá một cách đầy đủ hơn sự tác động của nơtron lên vật liệu vỏ thùng lò.

Đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của dòng nơtron lên thùng lò phản ứng VVER” của nhóm chuyên gia do ThS. Nguyễn Hữu Tiệp, Trung tâm Năng lượng hạt nhân, Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân chủ trì tập trung thực hiện việc khảo sát thông lượng nơtron và tốc độ DPA do nơtron gây ra trên thùng lò phản ứng, kết quả này có thể đưa ra số liệu quan trọng trong các nghiên cứu chuyên sâu hơn. Các kết quả tính toán, khảo sát thông lượng nơtron và tốc độ DPA trên thùng lò phản ứng được thực hiện bằng cách sử dụng chương trình MCNP5 và các chương trình mã nguồn mở như Perl, Sci-lab để xử lý số liệu lớn. Ngoài ra, kỹ thuật giảm sai số trong các tính toán MCNP5 đã được áp dụng nhằm đạt được kết quả tính toán tốt hơn.

Đề tài sẽ góp phần nâng cao kỹ năng xử lý số liệu tính toán và nghiên cứu cho cán bộ trẻ tại trung tâm Năng lượng Hạt nhân. Không chỉ nâng cao năng lực về mặt khai thác và sử dụng các chương trình tính toán sẵn có và chương trình tính toán mở, đề tài còn có thể giúp ích cho việc nghiên cứu và tính toán phân bố trường thông lượng, trường bức xạ và tính toán che chắn bức xạ cho một số hệ thiết bị dùng nguồn bức xạ.

Mục tiêu của đề tài là mô phỏng được toàn bộ cấu trúc của vùng hoạt lò phản ứng VVER từ các cấu trúc vật liệu trong vùng hoạt (các thanh nhiên liệu, bó nhiên liệu, nước…) tới các cấu trúc vật liệu bên ngoài vùng hoạt (vành thép, giỏ đỡ vùng hoạt, các lỗ nước, downcomer, vỏ thùng lò…) để có thể phục vụ cho việc khảo sát thông lượng trên vỏ thùng lò một cách chính xác nhất.

Trong đề tài này, tính toán phân bố thông lượng nơtron và tốc độ DPA trên vỏ thùng lò của lò phản ứng VVER-1000/V320, VVER-1000/V392 và VVER-1200/V491 sử dụng chương trình MCNP5 đã được thực hiện. Phân bố thông lượng nơtron và tốc độ DPA tại các vị trí khác nhau trên vỏ thùng lò cũng đã được khảo sát để chỉ ra vị trí mà chúng đạt giá trị lớn nhất. Các kết quả chính thu được như sau:

· Kỹ thuật trọng số cửa sổ đã được áp dụng nhằm giảm sai số thống kê trong các tính toán dùng MCNP5. Khi áp dụng phương pháp này, sai số thống kê khi tính toán FMESH đã giảm từ 0.1 tới 0.035.

· Thông lượng và tốc độ DPA lớn nhất trên vỏ thùng lò được tìm thấy tại vị trí giữa vùng hoạt theo chiều cao và tại các góc phương vị gần với bó nhiên liệu nhất điều này là do nhiệt độ thanh nhiên liệu đã được đồng nhất hóa theo chiều cao của vùng hoạt. Mặt khác, thông lượng nơtron và tốc độ DPA lớn nhất được tìm thấy tại những milimét đầu tiên trên bề dày của vỏ thùng lò.

· Tốc độ DPA theo năng lượng nơtron cũng đã được khảo sát, tại đó tốc độ DPA được khảo sát theo các vị trí khác nhau trên bề dày của vỏ thùng lò phản ứng (mặt trong, mặt 1/4 bề dày và mặt ngoài của vỏ thùng lò) của công nghệ lò VVER1200/V491. Kết quả tính toán cho thấy tốc độ DPA là giảm từ mặt trong ra mặt ngoài của vỏ thùng lò phản ứng. Ngoài ra, sự đóng góp chủ yếu tới tốc độ DPA là từ nơtron cộng hưởng và nơtron nhanh (96.3% tại mặt trong vỏ thùng lò và 95.8% tại mặt 1/4 bề dày của vỏ thùng lò).

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 15086/2017) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.K.L (NASATI)