Nghiên cứu khả năng áp dụng biện pháp giữ nhiên vật liệu nóng chảy bên trong lò phản ứng VVER1000

Theo dõi MTĐT trên

Đề tài là bước thực hiện tiếp theo của đề tài cơ sở năm 2017 có chủ đề là “Nghiên cứu biện pháp giam giữ nhiên liệu nóng chảy bên trong thùng lò phản ứng và xây dựng mô hình nút hóa lò phản ứng VVER1000 cho chương trình MELCOR”, với mục đích thực hiện các nghiên cứu chuyên sâu hơn trong phân tích sự cố nghiêm trọng, trên cơ sở kế thừa và phát huy những kiến thức đã đạt được trong các nghiên cứu trước.

Nội dung của đề tài tập trung vào nghiên cứu khả năng giữ nhiên vật liệu nóng chảy bên trong thùng lò phản ứng VVER1000 thông qua biện pháp làm mát từ bên ngoài vỏ lò phản ứng, có tên gọi tiếng Anh là In-Vessel melt Retention through External Vessel Cooling (IVR/ERVC), sau đây được gọi tắt là biện pháp IVR. Hai nội dung chính được thực hiện trong đề tài đó là:

1) nghiên cứu tổng quan về các nghiên cứu áp dụng biện pháp IVR cho công nghệ lò phản ứng VVER1000 đã được thực hiện trên thế giới;

2) nghiên cứu đánh giá khả năng áp dụng biện pháp IVR cho lò phản ứng VVER1000 với hai kịch bản sự cố nghiêm trọng được lựa chọn đó là sự cố mất hoàn toàn nguồn điện (Station Black-Out - SBO); và sự cố kết hợp xảy ra đồng thời mất chất tải nhiệt do vỡ lớn - đứt đôi đoạn ống lạnh với đường kính vết vỡ là 850 mm (Large Breal Loss of Coolant Accident - LBLOCA) và sự cố mất hoàn toàn nguồn điện. Các công cụ mô phỏng tính toán được sử dụng bao gồm: chương trình MELCOR 1.8.6, RELAP5, mô hình tính toán số truyền nhiệt hiệu quả biến đổi pha (Phasechanged Effective Convectivity Method - PECM) và mô hình tính toán giải tích được đặt tên là MIVR.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Cơ quan chủ trì Trung tâm Đào tạo hạt nhân cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài ThS Đoàn Mạnh Long thực hiện “Nghiên cứu tính toán khả năng áp dụng biện pháp giữ nhiên vật liệu nóng chảy bên trong lò phản ứng VVER1000” với mục tiêu nghiên cứu tổng quan về các nghiên cứu áp dụng biện pháp IVR cho công nghệ lò phản ứng VVER1000 đã được thực hiện trên thế giới; nghiên cứu đánh giá khả năng áp dụng biện pháp IVR cho lò phản ứng VVER1000 với hai kịch bản sự cố nghiêm trọng được lựa chọn đó là sự cố mất hoàn toàn nguồn điện (Station BlackOut - SBO); và sự cố kết hợp xảy ra đồng thời mất chất tải nhiệt do vỡ lớn - đứt đôi đoạn ống lạnh với đường kính vết vỡ là 850 mm (Large Breal Loss of Coolant Accident - LBLOCA) và sự cố mất hoàn toàn nguồn điện.

Kiểu cấu hình bể vật chất nóng chảy được lựa chọn để nghiên cứu là kiểu cấu hình bể vật chất nóng chảy phân hai tầng, một lớp kim loại với thành phần chính là Zr và thép nằm ở phía trên một bể ôxit nóng chảy với thành phần chính là UO2 và ZrO2. Bể vật chất nóng chảy này được giả sử phát triển từ một lớp mảnh vụn phân tầng với khối ôxit ở thái rắn nằm phía dưới một lớp kim loại đã bị nóng chảy.

Các đặc trưng vật lý của vỏ đáy thùng lò được lấy giống với đặc trưng vật lý của lớp kim loại, và chỉ khác ở hệ số dẫn nhiệt là 32 W/m.K thay cho giá trị 20 W/m.K của lớp kim loại.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả sau:

“Nghiên cứu tính toán khả năng áp dụng biện pháp giữ nhiên vật liệu nóng chảy bên trong lò phản ứng VVER1000”, thông qua hai kịch bản sự cố Mất hoàn toàn nguồn điện (SBO) và kịch bản sự cố kết hợp Mất chất tải nhiệt xảy ra đồng thời với Mất hoàn toàn nguồn điện (LOCA và SBO).

Các kết quả mô phỏng và tính toán có những sự khác biệt nhất định do sự khác nhau về phương pháp tính toán ở các công cụ tính toán được sử dụng, dẫn tới các kết quả đánh giá khác nhau về khả năng áp dụng biện pháp IVR cho lò phản ứng VVER1000, cụ thể:

Kết quả mô phỏng tính toán từ chương trình tính toán hệ thống (MELCOR 1.8.6) cho thấy biện pháp IVR chỉ có thể kéo dài thời gian tồn tại của vỏ đáy thùng lò chứ không thể bảo vệ vỏ đáy thùng lò VVER1000 khỏi bị thủng;

Kết quả đánh giá tác dụng nhiệt từ hai mô hình tính toán MIVR và PECM cho thấy khả năng thành công của biện pháp IVR đối với lò phản ứng VVER1000 là có thể đạt được nếu công nghệ lò phản ứng này lắp đặt bổ sung thêm các hệ thống cấp nước làm mát vùng hoạt khẩn cấp để làm chậm thời điểm hình thành bể vật chất nóng chảy ở khu vực đáy thùng lò phản ứng VVER1000.

Đề tài đã hoàn thành đầy đủ về số lượng và chất lượng sản phẩm đề ra trong thuyết minh bao gồm: 1 Báo cáo tổng quan về các nghiên cứu áp dụng biện pháp IVR cho lò phản ứng VVER1000 và 1 Báo cáo kết quả tính toán và đề xuất phương án áp dụng biện pháp IVR đối với lò phản ứng VVER1000;

1 bài báo được chấp nhận báo cáo tại Hội nghị Khoa học công nghệ hạt nhân cán bộ trẻ ngành năng lượng nguyên tử Việt Nam lần thứ 5 ở Hà Nội;

1 bài báo được chấp nhận báo cáo tại Hội nghị Khoa học công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 13 (VINANST-13) ở Quảng Ninh;

1 bài báo được chấp nhận đăng tại Tạp chí Khoa học và Công nghệ hạt nhân (Nuclear Science and Technology) của Hội Năng lượng nguyên tử Việt Nam;

1 bài báo được chấp nhận đăng trên tạp trí Nuclear Design and Engineering thuộc danh mục ISI.