Đang tải... (xem toàn văn)
Các ứng dụng của lò phản ứng nghiên cứu được phân ra 4 nhóm: Các ứng dụng chiếu xạ, thử vật liệu và thanh nhiên liệu cho lò công suất, sử dụng chùm nơtron ngoài lò, phát triển nguồn nhân lực. TỪ 4 nhóm chính đó Có thể phân ra 3 loại ứng dụng chính là ứng dụng năng lượng, phi năng lượng, đào tạo nguồn nhân lực.
Chương CÁC ỨNG DỤNG CỦA LÒ PHẢN ỨNG NGHIÊN CỨU PGS TS Nguyễn Nhị Điền Đà Lạt, L t 2012 CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (1): Nghiên ê cứu ứ ề tán xạ nơtron Nghiên cứu vật liệu nhiên liệu Irr.Tests for Fuel&Mat & Neutron Scattering Sản xuất ĐV pha tạp Silic NAA online R&D on RIs&NTD NeutronNeutronphotography BNCT & rBNCT Nghiên cứu kỹ thuật BNCT + Phát triển kỹ thuật phân tích + Chụp ảnh nơtron Tech Train Tech IT fields Others Huấn luyện đào tạo hạt nhân CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA LPƯ NGHIÊN CỨU (2): phân nhóm: • Các ứng dụng chiếu xạ: để phân tích kích hoạt, sản xuất đồng vị, pha tạp p ạp vật ậ liệu ệ bán dẫn,, nghiên g cứu hiệu ệ ứng g sai hỏng g bền vững với xạ, • Thử vật liệu nhiên liệu cho lò công suất: để nghiên cứu ệ hạt nhân thiết kế LPƯ nhiên liệu • Sử dụng chùm nơtron lò: nghiên cứu vật liệu, phân tích gamma tức thời, chụp ảnh nơtron, chiếu xạ sinh học, nghiên cứu bản, • Phát triển nguồn nhân lực: công nghệ LPƯ, thí nghiệm che chắn, huấn luyện đào tạo cán vận hành, thông tin dân chúng Có thể phân hâ lloạii ứng ứ d dụng hí h là: • Các ứng dụng lượng (cho chương trình điện hạt nhân) • Các ứ ứng g dụ dụng gp phi ă g lượng ượ g (c (cho o ngành gà kinh tế) ế) • Đào tạo nguồn nhân lực Các ứng dụng lượng (cho chương trình điện HN): Thử nghiệm phát triển ể nhiên liệu hạt nhân (development of nuclear fuels) + Nghiên cứu biến đổi thành phần cấu trúc bên viên gốm nhiên liệu (như mật độ, độ rỗng, nứt gãy, thay đổi nhiệt độ nóng chảy hệ số dẫn nhiệt, v.v…) + Chiếu xạ thử nghiệm để đánh giá tính toàn vẹn vỏ bọc nhiên liệu điều kiện vận hành bình thường tai nạn cố, nghiên cứu phát triển hợp kim làm vỏ bọc nhiên liệu cho phép đạt độ cháy cao hơn + Nghiên cứu di chuyển, phát tán thành phần hoạt độ chất phóng xạ có nhiên liệu bị hỏng bên ài + Nghiên cứu phát triển hệ nhiên liệu nhiên liệu MOX (Mixed oxide fuel development), v.v… ÎCần LPƯ công suất lò P >10 MW để có thông lượng nơtron Φ = 1.0 - 5.0 x1014n.cm-2.s-1 Các ứng dụng lượng (cho chương trình điện HN): Nghiên cứu chiếu ế xạ vật liệu (material irradiation studies) + Nghiên cứu hiệu ứng cứng hoá, biến giòn dễ gãy, khả chịu kéo nén vật liệu phụ thuộc vào thông lượng liều chiếu tích phân + Kiểm tra, đánh giá chất lượng ống, bình chịu áp lực lò lượng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nơtron nơtron + Chiếu xạ mẫu thử hợp kim để nghiên cứu chất lượng thép làm thùng LPƯ (thùng chịu áp lực) nghiên cứu trình lão hóa, hồi phục vật liệu Zr-Nb Zr Nb + Áp dụng kỹ thuật đo tiếng ồn nơtron để theo dõi dao động, lắc, rung khối, phận chi tiết cấu thành vùng hoạt LPƯ lượng l ợng + Nghiên cứu tính chất hóa học nước chất tượng ăn mòn vật liệu LPƯ lượng + Nghiên cứu trình rò rỉ khí phân hạch phóng xạ khỏi nhiên liệu theo độ cháy, đặc biệt bó nhiên liệu có độ cháy cao Các ứng dụng lượng (cho chương trình điện HN): Nghiên cứu chiếu ế xạ vật liệu (material irradiation studies) Các lĩnh vực thiết bị thí nghiệm dùng thử nghiệm hiệ nhiên hiê liệu liệ chiếu hiế xạ vật ật liệu liệ hạt h t nhân: hâ Lĩnh vực ứng dụng Thử nghiệm chiếu xạ vật liệu hạt nhân & nhiên liệu Thử nghiệm chiếu xạ để xác nhận tính ủ nhiên hiê liệu • • • • • • • • • • Thiết bị thí nghiệm Đánh giá vật liệu chiếu xạ nơtron Thử nghiệm tính an toàn nguyên vẹn vật liệu dùng vùng hoạt Đưa số liệu để phát triển loại nhiên liệu Tính chất ấ giải phóng khí phân hạch Hiệu ứng lão hóa tính chất dão vật liệu Capsule để chiếu xạ: Capsule không kèm thiết bị đo Capsule kèm thiết bị đo Capsule nhiên liệu Capsule dão Tính chất nhiên liệu mức công suất khác LPƯ Tính chất vỏ bọc nhiên liệu Thử nghiệm tính toàn vẹn nhiên liệu Nghiên cứu để phát triển vật liệu bên vùng hoạt Nghiên cứu ăn mòn tính chất hoá học nước lò Vòng thử nghiệm nhiên liệu (FTL - Fuel Test Loop)) Các ứng dụng lượng (cho chương trình điện HN): Thử nghiệm hiệu chuẩn thiết bị đo ghi xạ Các thiết bị đo ghi nơtron, gamma dùng nhà máy điện hạt nhân, LPƯNC ứng dụng kỹ thuật, công nghệ hạt nhân phát triển, chế tạo thiết phải kiểm tra hiệu chuẩn điều kiện xạ thích hợp để đảm bảo khả làm việc xác, xác lâu dài chúng chúng Î Các yêu cầu đòi hỏi thông lượng nơtron liều xạ gamma mức thấp từ vài μSv/h đến mSv/h mSv/h, nên hầu hết LPƯNC đáp ứng nhu cầu Sử dụng Capsules chiếu xạ lò HANARO Thử vật liệu lò phản ứng công suất: ấ Vật liệu thùng áp lực lò công suất Vật liệu đường ống chịu áp suất lò: Zr-2.5Nb Các loại vật liệu kết cấu lò Thử nghiệm vật liệu nhiên liệu: Nhiên liệu ệ lò PWR cải tiến Chu trình nhiên liệu DUPIC (Direct Use of Pressurized Water Reactor Spent Fuel in CANDU - Sử dụng trực tiếp nhiên liệu cháy lò PWR cho lò CANDU- CANada Deuterium Uranium) Hợp kim U U-Zr Zr Nghiên cứu bản: Chất bán dẫn, vật ậ liệu ệ nano vật liệu từ tính Các loại hợp kim Zr-1Nb-1Sn-X, Zircaloy-4 SPND (self-power neutron detector – detector nơtron tự cấp nguồn nuôi) Các Capsules dụng cụ để thử Vật liệu Charpy R-CT Design Characteristics Tube 경 인장 경도/인장 - Total Length : 6m ( 60mm D x 870mm H) - Available Space(Max.): 40mm D × 600mm L - Stages Independent Temp Control - Max Temp Control : Up to 500Ԩ - He Atmosphere : atm3×10-3 torr (He) - Instrumentation : 14 T/Cs, micro-heaters, F/Ms - Available Test : Tensile, Charpy, Toughness, p, etc SP,, MBE,, TEM,, Creep, Applications - Material Tests Reactor Pressure Vessel Reactor Core Materials CANDU Pressure Tube Materials - Safety and Integrity-Related Tests - Industry I d t Application A li ti Material M t i l Tests T t - Fundamental Research Instrumented Capsules for Nuclear Fuel Test Design Characteristics - Total Length : 5 m - Diameter of Outer Tube : 56 mm - Length of Outer Tube : 730 mm - Mini-Elements Fuel Rod - Instrumentations : T/C, T/C LVDT, LVDT SPND - Irradiating Environment Control System Using Mixed Gas (He/Ne) Applications - Fuel Pellet Irradiation Test Advanced PWR Fuel - Fuel Design Data Production Center Temperature of Fuel Pellet Internal Pressure of Fuel Rod Deformation of Fuel Pellet - Fundamental Research 10 Các LPỨ nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tán xạ mạnh Các thiết bị nghiên cứu tán xạ nơtron lò nước nặng NBSR, 20 MW Viện 68 NIST – National Institute of Standards and Technology, Hoa Kỳ Các LPỨ nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tán xạ mạnh The Institute Laue Laue-Langevin Langevin, Grenoble 69 Các LPỨ nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tán xạ mạnh ệ y 70 Các LPỨ nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tán xạ mạnh ệ y 71 So sánh công nghệ nghiên cứu giới vi mô 72 Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography) Nuclear Engineering ~ Offence / Defense Industries ~ Archaeological Specimens ~ Aerospace Industries ~ Metallurgy - B, Li, U distribution - Micro-voids/ inclusions ~ Turbin blade Neutron X-ray Detonators, Explosive Archaeological Specimens Irradiated Fuels Boron distribution in steel 73 Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography) Design Characteristics st room Collimations ratio (L/D) Exposure Room room 2nd 290 • Thermal Neutron Flux(n/cm /s)206 1.13x10 5.07x10 • Uniformity(σ) ~7% • Beam Ratio ~45 • Cadmium γ (n/mrem/cm ) 3.9x10 • Neutron/ Beam Size (mm ) 250x350 350x450 • Effective NC-H-C = 75-8-7 • ASTM Designation 2 6 Applications Installed at NR beam port in 1996 • Non-destructive test of materials, internal structure of unknown systems, t andd education d ti program for student practice, etc • Certification of NDT&E under KOLAS (ISO 17025 equivalent) system in early 2003 • Autoradiography technique for B and U, etc distribution detection Engineering • Nuclear Irradiated Fuels, Reactor Components Industries • Ordnance/Defense Detonators, Explosive bolts, FCDC, etc Specimens : bronze dagger, ring, etc • Archaeological Industries(composite specimens): • Aerospace turbine blade industries, mostly Motor industry • Consumer • Metallurgy B, Li, U distributions, Micro-voids / Inclusions 74 Chụp ảnh nơtron (Neutron Radiography) 75 Chữa bệnh bắt nơtron boron (BNCT) BNCT (Boron neutron capture therapy) phương pháp điều trị bệnh ung thư lý tưởng, tưởng phương pháp tiêu diệt tế bào khối u mà không gây tổn hại đáng kể đến tế bào bình thường xung quanh Nguyên lý phương pháp BNCT dựa vào phản ứng bắt nơtron phát hạt alpha nguyên tố B-10 mô ô tả bằ phản ứng ứ ((n, α)) h sau: n + B-10 → *B-11 → Li-7 + α + γ Phân chia lượng sau phản ứng: + Động hạt α ≈ 1,47 MeV + Động Li-7 ≈ 0,84 MeV + Năng lượng xạ gamma ≈ 0,48 MeV 76 Chữa bệnh bắt nơtron boron (BNCT) - Có tính chọn lọc khu trú mức độ tế bào - Thử nghiệm lâm sàng cho loại u não - Phát triển phương pháp cho việc tiêu diệt loại tế bào u khác - Phát triển t iể h hợp chất hất ủ Bo B tốt h 77 Chữa bệnh bắt nơtron boron (BNCT) Phương pháp BNCT có ưu điểm quan trọng so với phương pháp xạ trị thông thường BNCT tạo hạt mang điện nặng (hạt α ion Li-7) có lượng cao có hệ số truyền lượng đơn vị độ dài quãng chạy lớn Các h Cá hạtt mang điệ điện gây â hiệ hiệu ứng ứ sinh i h học h tiê tiêu diệt tế bào ung thư khoảng chạy tương đương với kích thước tế bào 78 Xác định tuổi địa chất Có phương pháp phổ biến để định tuổi khoáng vật là: Địa thời học dùng Argon dùng để xác định tuổi khoáng vật với khối lượng nhỏ (mg) dựa vào phân rã phóng xạ Kali tự nhiên mẫu mẫu + Nguyên tắc phương pháp chiếu xạ mẫu LPƯ theo phản ứng 39K(n, p)39Ar, sau ghi đo đồng vị khối phổ kế để xác định tỷ số 40Ar/39Ar Ar Sự có mặt nguyên tố phóng xạ Ar-40 phát mẫu trình phân rã K40 Do vậy, xác định lượng Ar-40 mẫu khối lượng K K-40 40 ban đầu cho phép xác định tuổi địa chất mẫu vật Bằng phương pháp này, mẫu vật có tuổi trẻ từ 2000 năm đến 4,6 tỷ năm (tuổi trái đất) xác định tùy thuộc vào chất mẫu mẫu 79 Xác định tuổi địa chất Có phương pháp phổ biến để định tuổi khoáng vật là: Địa thời học dùng vết sản phẩm phân hạch để xác định tuổi khoáng vật chứa Uranium, Uranium Apatites Zircon Zircon Apatit loại phốt phát canxi thường thấy đá granit đá hóa thạch Zircon dạng silicat zirconi th thường thấ thấy lloạii đá ttương tự t Tuổi T ổi ủ mẫu ẫ đ xác định cách đếm vết phân hạch vật liệu phân hạch ngẫu nhiên U-238 80 Tạo nguồn positron cho nghiên cứu Khi LPƯ làm việc, nguồn phát hạt positron e+ + Positron sử dụng hạt để thăm dò khuyết tật có mật độ thấp vật liệu + Kỹ thuật tương quan góc chiều xạ hủy hạt (Angular Correlation of Annihilation Radiation - 2D-ACAR) 2D ACAR) sử dụng chùm positron có cường độ cao để nghiên cứu bề mặt chỗ giao bề mặt + Kỹ thuật th ật 2D-ACAR 2D ACAR cho h phép đ đo với ới độ phân hâ giải iải ất cao phân hâ bố mô men động lượng electron theo chiều sâu, khuyết tật địa phương, hệ thống lớp mỏng bề mặt + Ngoài ra, chùm positron kích thước micro mét cho phép tái tạo hình dạng chiều sâu khuyết tật vật mỏng mặt có kích thước nhỏ micro mét Các khuyết tật dạng lỗ trống ố ể thăm dò vẽ lên dạng chiều ề 81 Tạo nguồn positron Có phương pháp tạo nên nguồn positron LPƯ: (1) Positron tạo cách kích hoạt số loại vật liệu nhờ nơtron nhiệt Bia chiếu đồng kim loại (Cu) đặt chiếu xạ vùng hoạt LPƯ LPƯ, bắn vào/ra khỏi vùng hoạt Bia đồng sau chiếu xạ nguồn phát hạt positron (2) Positron tạo phương pháp chuyển đổi gamma-positron Khi chiếu xạ Cadmium kim loại (Cd) trường nơtron nhiệt LPƯ, Cadmium bắt hấp thụ nơtron nhiệt nhiệt, xạ hạt gamma có lượng cao (gamma cứng) Tiếp hạt gamma lại cho chiếu xạ lên bề mặt kim loại platium (Pt), volfram (W), chúng p phát hạt positron p (3) Positron tạo phương pháp chuyển đổi trực tiếp tia gamma có lượng cao Các hạt gamma lượng cao sinh từ mảnh vỡ phân hạch cho chiếu trực tiếp lên bia volfram platium 82 ... Cs-137, Co-60, Am- 241 Đo độ dày Kr-85, Am- 241 , Sr-90, Y-90 Phát xạ đểể phân tích (xử lý hố học) Am- 241 Đo nhiễm bẩn C- 14, Pm -4 7 Phân tích Fe-55,, Cd-109,, Am- 241 ,, Co-57 Detector báo khói Am- 241 ... PET F-18, C-11, N-13, O-15 Đo nồng độ xương I-1 24, Gd-153, Am- 241 Xét nghiệm miễn ễ dịch học PX (RIA) I-125, Co-57, H-3, Fe-59 Dược chất phóng xạ I-131, Re-186, P-32, Lu-177, Sm153, Re-188, Y-90... Co-60, Cs-137 Chụp ảnh tự động P-32,33, I-125, H-3, Co-57, Sn-119, Sm-152 20 SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHĨNG XẠ Các loại đồng vị phóng xạ sử dụng Lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Những đồng vị Kiểm tra on-line