Bài giảng công nghệ sản xuất điện Hệ: Đại Học Ngời soạn: Ths Đặng Thành Trung Phần iIi: nhà máy ĐIệN NGUYÊN Tử Chơng I: Nguyên tử phản ứng hạt nhân điện nguyên tử Chơng II: Nhiên liệu hạt nhân Chơng III: Nhà máy điện hạt nhân Chơng IV: Chất thải hạt nhân Chơng V: Thiết kế vận hành nhà máy điện hạt nhân Bài giảng môn Phần iIi chơng I: nguyên tử phản ứng hạt nhân 1.1 Thế giới vật chất điện nguyên tử 1.2 Cấu tạo nguyên tử 1.3 Phản ứng hạt nhân 1.4 Quá trình lợng phản ứng hạt nhân Bài giảng môn Phần iIi ch¬ng I 1.1 thÕ giíi vËt chÊt  ThÕ giới vật chất đợc cấu tạo từ nguyên tử phân tử Phân tử bao gồm nhiều nguyên tử Bài giảng môn phần iii chơng I 1.1 giới vật chất Các nguyên tử phân tử quy định đặc tính vật lý, hóa học chất đó: Nhiệt độ sôi, nhiệt độ bốc hơi, độ dẫn nhiƯt, ®é dÉn ®iƯn, ®é cøng  TÝnh Axit, Ba zơ, muối Bài giảng môn phần iii chơng I 1.1 giới vật chất Vị trí nguyên tử quy định đặc tính Than, kim cơng đợc cấu tạo từ Cacbon Rắn, lỏng, khí trạng thái khác nguyên tử, phân tử Bài giảng môn phần iii chơng I 1.1 thÕ giíi vËt chÊt  Ph¶n øng hãa häc xảy nguyên tử, phân tử kết hợp với tạo thành nguyên tử, phân tử khác nhng tổng số nguyên tử vi mô thành phần không đổi Bài giảng môn phần iii chơng I 1.2 cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử: Nguyên tử bao gồm hạt nhân mang điện tích d ơng trung tâm electron mang điện tích âm bay xung quanh Hạt nhân Electron liên kết lực điện từ Bài giảng môn phần iii chơng I 1.2 cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử: Hạt nhân bao gồm Proton Neutron  Proton Neutron liªn kÕt víi b»ng lực nguyên tử Proton có khối lợng 1,6726 x 10-27 kg điện tích 1,6 x 10-19 C Proton bao gồm hạt quark lên hạt quark xuống Neutron có khối lợng 1,6749 x 10-27 kg không mang điện Neutron bao gồm hạt quark lên hạt quark xuống Electron có khối lợng 9,1 x 10-31 kg điện tích -1,6 x 10-19 C Bài giảng môn phần iii chơng I 1.2 cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử: Một nguyên tử có nhiều đồng vị cách thay đổi số Neutron hạt nhân Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.2 chất thải sinh trình sản xuất điện hạt nhân Các chất thải từ lò phản ứng Trong nhiên liệu sử dụng lấy khỏi lò phản ứng, có chứa chất phóng xạ sau: Các sản phẩm phân hạch Urani đợc chia làm loại chất thải Sản phẩm phân hạch với thời gian sống trung bình: Cs137, Sr90 thời gian sống sản phẩm vào khoảng 30 năm Sản phẩm phân hạch với thời gian sống dài: Se79, Zr93, Te99, Pd107, Sn126 Các hạt nhân nặng hình thành bắt liên tiếp notron đồng vị U235 U238 ( phần nhỏ phản ứng (n,2n)) Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.2 chất thải sinh trình sản xuất điện hạt nhân Các chất thải từ lò phản ứng Ngoài chất thải nói trên, số chất thải hoạt độ thấp nh găng tay, quần áo, thiết bị loại bỏ Chất thải từ tái xử lý nhiên liệu cháy Công đoạn tái xử lý gồm công đoạn học hóa học nhằm tách U Pu khỏi chất khác Các chất đợc thủy tinh hóa Sau thời gian lu trữ để làm nguội ( đến 50 năm), chất đợc chôn vào hầm địa chất sâu Plutoni thu đợc dùng lò tái sinh BREEDER Ngoài số Pu dùng để chế tạo nhiên liệu MOX ( hỗn hợp U Pu) cho lò LWR Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.3 nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng Nhiên liệu qua sử dụng Nhiên liệu hạt nhân sau đợc lắp vào lò phản ứng dử dụng thời gian năm, sau thay 25% nhiên liệu năm lại tiếp tục vận hành năm Ngời ta gọi nhiên liệu qua phản ứng đợc lấy từ lò phản ứng nhiên liệu sử dụng Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.3 nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng Bảo quản nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng Trong nhiên liệu qua sử dụng có chất phóng xạ sinh trình phân hạch Các sản phẩm phân hạch sau đợc lấy từ lò phản ứng tiếp tục phân rã sinh lợng Năng lợng dạng nhiệt đợc gọi nhiệt phân rã Nhiên liệu sử dụng có hoạt độ phóng xạ mạnh phát nhiệt nên chúng đợc ngâm giữ bể nớc thờng Nớc chất phù hợp để ngăn chặn tia phóng xạ thu nhiệt Nhiên liệu sử dụng bị hỏng đợc chứa thùng chứa kín ngâm bể nớc nhằm tránh ô nhiễm phóng xạ Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.3 nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng Cất giữ, bảo quản nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng thùng khô Lợng chất thải phóng xạ tăng lên theo năm, bể chứa chất thải xây dựng ban đầu hết chỗ chứa, cần tăng thêm bể chứa Có hai cách cất giữ bảo quản nhiên liệu hạt nhân sử dụng phơng pháp ngâm bể nớc phơng pháp cất giữ thùng khô Trong phơng pháp cất giữ thùng khô, nhiên liệu sử dụng đợc ngâm bể nớc vài năm ( nhiệt phân rã giảm) sau cho vào thùng kín cất giữ kho mặt đất Phơng pháp kinh tế phơng pháp cất giữ bể nớc Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.4 xử lý chất thải Cất giữ, bảo quản nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng thùng khô Điều quan trọng cần phải tính toán lợng chất thải phóng xạ sinh thời gian vận hành để lựa chọn địa điểm đủ rộng cho việc cất giữ chất thải Sau để cất giữ lâu dài, ngời ta dùng ph ơng pháp sau để tiếp tục xử lý chất thải: Hóa rắn xi măng Hóa rắn bitum Thủy tinh hóa Ngoài có phơng pháp SYNRUC, Polime hóa Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.4 xử lý chất thải Đối với dạng chất phóng xạ ta có cách xử lý khác nhau: Chất thải phóng xạ dạng khí: Đợc xử lý cách, trớc hết đợc làm giảm hoạt độ phóng xạ thiết bị nh bể giảm hoạt dộ thiết bị lu giả khí than hoạt tính, sau qua thiết bị lọc để loại bỏ chất dạng hạt, kiểm tra nồng độ phóng xạ xác nhận an toàn đ ợc thải không khí Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.4 xử lý chất thải Đối với dạng chất phóng xạ ta có cách xử lý khác nhau: Chất thải dạng lỏng: Nếu có độ phóng xạ cực thấp nh nớc thải sau giặt kiểm tra nồng độ phóng xạ đợc xác nhận an toàn đợc thải biển Còn chất thải dạng lỏng khác, sau đợc lọc khử muối thiết bị lọc nhựa trao đổi ion đợc cô đặc thiết bị bay Nớc đợc tái sử dụng dịch cô đặc đợc trộn vào bê tông nhựa đ ờng dồn vào thùng phi chuyên dụng để cất giữ bảo quản kho chất thải phóng xạ dạng rắn Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.4 xử lý chất thải Đối với dạng chất phóng xạ ta có cách xử lý khác nhau: Chất thải phóng xạ dạng rắn: Những loại có hoạt độ tơng đối cao nh cặn lọc, nhựa trao đổi ion qua sử dụng đợc giữ thùng chứa thời gian dài, đến hoạt độ phóng xạ giảm xuống, chúng đợc dồn vào thùng phi chuyên dụng Còn chất thải rắn có hoạt độ thấp nh giấy, vải đợc nén lại đem đốt, tro đợc đựng thùng bảo quản kho chất thải dạng rắn Bài giảng môn phần iii chơng IV 4.4 xử lý chất thải Để làm giảm lợng chất thải phóng xạ nhiên liệu phải đợc đả bảo tính bền vững quan trọng nhất, nhiên liệu không bị hỏng sản phẩm phân hạch phóng xạ bị nhốt kín bỏ bọc nhiên liệu, lợng thoát bên Một cách hữu hiệu giảm thiểu lợng chất ăn mòn thoát từ thùng chứa, ống, bơm , van hệ thống sơ cấp lò phản ứng Để làm đ ợc điều này, ngời ta sử dụng vật liệu chống ăn mòn mạnh áp dụng kỹ thuật việc quản lý chất lợng nớc để hạn chế tối đa khả ăn mòn Hơn việc lựa chọn vật liệu có hàm lợng coban quan trọng Bài giảng môn phần iii chơng V: Thiết kế vận hành nhà máy điện hạt nhân 5.1 Nguyên tắc thiết kế nhà máy điện hạt nhân điện nguyên tử 5.2 Tính toán nhà máy điện hạt nhân 5.3 Vận hành nhà máy điện hạt nhân Bài giảng môn phần iii chơng V 5.1 nguyên lý thiết kế nhà máy điện hạt nhân Tuân theo quy chuẩn thiết kế xây dựng, điện Phòng chống tối đa rủi ro có khả gây tai nạn với tính thiết kế nh sau: Phát sớm bất thờng Có thể ngừng lò khẩn cấp Phòng chống rỏ rỉ phóng xạ Thiết kế tính toán đến chi phí tháo dỡ nhà máy điện hạt nhân ( Thờng chiếm đến khoảng 15% tổng chi phí xây dựng) Việc chọn kiểu lò phản ứng phải vào: Độ an toàn, tài nguyên thiên nhiên có sẵn nớc, khả cung cấp nhiên liệu cho lò, giá thành Bài giảng môn phần iii chơng V 5.2 Tính toán nhà máy điện hạt nhân Tính điều kiện tới hạn phản ứng dây chuyền ( SGK) Tính toán phân bố sơ Neutron lò Tính thời gian tồn Neutron lò Tính toán ảnh hởng hiệu ứng nhiệt độ Bài giảng môn phần iii chơng V 5.3 vận hành nhà máy điện hạt nhân Do tính chất nguy hiểm nhà máy điện hạt nhân nên việc vận hành nhà máy hầu hết đợc thực nhờ máy móc tự động Trong vận hành, tránh thay đổi công suất phát Nhà máy điện nguyên tử thờng đợc sử dụng làm phụ tải điện Thực tiến hành bảo dỡng theo định kỳ Việc bảo dỡng phải chuyên gia hãng cán có kinh nghiệm nhà máy thực Không đợc can thiệp vào hệ thống bảo vệ an toàn nhà máy thử nghiệm Đảm bảo phơng pháp xử lý kịp thời có cố Đặc biệt khả dập lò thời gian ngắn Thay đổi thời gian vận hành để tránh cho ngời vận hành phải tiếp xúc với môi trờng phóng xạ lâu dài Bài giảng môn Add your company slogan ... U, số khối 92 Uranium kim loại nặng tự nhiên tồn dới dạng đồng vị khác 99,3% U 238 0,7% U235 Tuy nhiên có U235 phân rã tạo nhiều l ợng cho lò phản ứng hạt nhân Bài giảng môn phần iii chơng