Language
Country/Area
No result found
Vũ khí bí mật của thanh điều khiển: Tại sao chúng ngăn chặn phản ứng hạt nhân nhanh như vậy?
Thanh điều khiển đóng vai trò quan trọng trong lò phản ứng hạt nhân. Chức năng chính của chúng là điều chỉnh tốc độ phân hạch của nhiên liệu hạt nhân (như urani hoặc plutoni). Các thanh điều khiển này được làm từ các nguyên tố hóa học có khả năng hấp thụ neutron hiệu quả, chẳng hạn như bo, cadmium, bạc, hafni hoặc indi, có thể hấp thụ một lượng lớn neutron mà không bị phân rã. Các nguyên tố khác nhau có tiết diện bắt neutron khác nhau, khiến thiết kế thanh điều khiển có liên quan chặt chẽ đến loại lò phản ứng hạt nhân.
Nguyên lý hoạt động
Thanh điều khiển được đưa vào lõi lò phản ứng hạt nhân. Bằng cách điều chỉnh độ sâu của thanh điều khiển, tốc độ phản ứng dây chuyền hạt nhân được kiểm soát, từ đó ảnh hưởng đến sản lượng điện nhiệt của lò phản ứng, tốc độ tạo hơi nước và sản lượng điện của nhà máy điện. Số lượng thanh điều khiển được đưa vào và độ sâu của chúng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phản ứng của lò phản ứng. Nghĩa là, khi khả năng phản ứng vượt quá 1, tốc độ phản ứng dây chuyền hạt nhân sẽ tăng theo cấp số nhân; ngược lại, khi khả năng phản ứng thấp hơn 1, nó sẽ giảm theo cấp số nhân.
Khi tất cả các thanh điều khiển được lắp hoàn toàn, khả năng phản ứng có thể được duy trì ở mức gần bằng không, cho phép lò phản ứng đang chạy có thể nhanh chóng giảm tốc độ và ngừng hoạt động.
Để duy trì công suất đầu ra ổn định, cần phải giữ hệ số nhân neutron trung bình dài hạn gần bằng 1. Khi lắp ráp một lò phản ứng mới, các thanh điều khiển được đưa vào hoàn toàn rồi dần dần rút ra để bắt đầu phản ứng dây chuyền hạt nhân và tăng công suất lên mức cần thiết.
Lựa chọn vật liệu
Việc lựa chọn vật liệu cho thanh điều khiển rất quan trọng vì nó phải có tiết diện bắt neutron cao. Bạc, indium và cadmium là một số vật liệu được sử dụng phổ biến, tuy nhiên các nguyên tố khác như bo, nhôm, hafni, xeri, xeri, titan, silic, v.v. cũng được coi là những vật liệu tiềm năng. Ngoài ra, thanh điều khiển thường được làm bằng hợp kim hoặc hợp chất, chẳng hạn như thép có hàm lượng bo cao, hợp kim bạc-indium-cadmium, v.v.
Thanh điều khiển, phải có khả năng chống lại sự giãn nở do neutron gây ra và có các tính chất cơ học tốt, thường có dạng cấu trúc hình ống chứa đầy các hạt hoặc bột hấp thụ neutron.
Ví dụ, trong lò phản ứng nước áp suất, hợp kim bạc-indium-cadmium (thường là 80% bạc, 15% indium và 5% cadmium) được sử dụng rộng rãi. Các vật liệu này có đặc điểm khác nhau trong phạm vi hấp thụ neutron, khiến hợp kim này trở thành môi trường hấp thụ neutron tuyệt vời. Đồng thời, những vật liệu này cũng cần phải chống ăn mòn ở nhiệt độ nước cao.
Những cân nhắc về bảo mật
Vì lý do an toàn, trong hầu hết các thiết kế lò phản ứng, thanh điều khiển được kết nối với máy nâng thông qua các thiết bị điện từ. Theo cách này, nếu xảy ra mất điện, các thanh điều khiển có thể tự động rơi xuống theo trọng lực và được đưa hoàn toàn vào lò phản ứng để nhanh chóng dừng phản ứng. Quá trình tắt lò phản ứng một cách nhanh chóng này được gọi là "tắt đột ngột".
Các phương tiện khác để điều chỉnh khả năng phản ứng
Trong một số lò phản ứng, khả năng phản ứng cũng có thể được điều chỉnh bằng cách thêm chất hấp thụ neutron hòa tan như axit boric vào chất làm mát. Thiết bị cố định hóa học này, cùng với chất độc neutron có thể cháy được sử dụng trong các hạt nhiên liệu, có thể được sử dụng để điều chỉnh phản ứng của lò phản ứng hạt nhân trong thời gian dài. Ngoài ra, người vận hành BWR còn thực hiện kiểm soát phản ứng bằng cách điều chỉnh tốc độ của máy bơm tuần hoàn trong lò phản ứng.
Phòng ngừa tai nạn quan trọng
Việc quản lý thanh điều khiển kém hoặc hỏng hóc thường bị đổ lỗi cho các vụ tai nạn hạt nhân, chẳng hạn như vụ nổ SL-1 và thảm họa Chernobyl. Để kiểm soát những cuộc khủng hoảng này, người ta thường sử dụng các chất hấp thụ neutron đồng nhất. Việc áp dụng các phương pháp này rất quan trọng đối với an toàn điện hạt nhân.
Kết luận
Bằng cách xem xét toàn diện thiết kế thanh điều khiển, vật liệu và quy định phản ứng, chúng ta có thể giúp tạo ra môi trường phản ứng hạt nhân được kiểm soát để đảm bảo sử dụng năng lượng hạt nhân an toàn. Tuy nhiên, theo bạn, công nghệ hạt nhân trong tương lai còn có những cơ hội và triển vọng nào để cải thiện?
