Language
Country/Area
No result found
Nuttron nhiệt và neutron nhanh: Thanh điều khiển trong các lò phản ứng hạt nhân khác nhau khác nhau như thế nào?
Sự phát triển của công nghệ năng lượng hạt nhân phụ thuộc vào khả năng kiểm soát phản ứng hạt nhân và thanh điều khiển là yếu tố quan trọng trong quá trình này. Sự khác biệt về thiết kế và vật liệu cho phép lựa chọn các thanh điều khiển này để có sự kết hợp phù hợp nhất trong các loại lò phản ứng hạt nhân khác nhau. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả của phản ứng hạt nhân mà còn đóng vai trò quan trọng trong vấn đề an toàn.
Thanh điều khiển thường được làm từ các nguyên tố hóa học hấp thụ nơtron nhiệt hoặc nơtron nhanh, bao gồm bo, cadmium, bạc, hafni hoặc indi.
Thanh điều khiển hoạt động như thế nào
Chức năng chính của thanh điều khiển là điều chỉnh tốc độ phân hạch hạt nhân xảy ra trong lò phản ứng, do đó kiểm soát quá trình tạo ra nhiệt. Khi các thanh điều khiển được đưa vào lõi lò phản ứng, chúng sẽ hấp thụ neutron, làm chậm tốc độ phản ứng hạt nhân. Khi cần tăng tốc độ phản ứng hạt nhân, người vận hành có thể kéo một phần thanh điều khiển ra, nếu không, họ có thể đẩy chúng vào để ngăn chặn phản ứng.
Khi độ phản ứng của lò phản ứng lớn hơn 1, điều đó có nghĩa là phản ứng phân hạch hạt nhân sẽ tăng tốc nhanh; ngược lại, nếu độ phản ứng nhỏ hơn 1, tốc độ phản ứng sẽ giảm dần theo thời gian.
Trong các lò phản ứng nước áp suất (PWR) và lò phản ứng nước sôi (BWR) hiện đại, việc thiết kế thanh điều khiển có tầm quan trọng rất lớn. Trong khi PWR thường lắp thanh điều khiển từ phía trên lò phản ứng thì BWR được thiết kế để lắp từ bên dưới để tránh sự hình thành hơi nước có thể ảnh hưởng đến hoạt động của lò phản ứng.
Các vật liệu khác nhau được sử dụng cho thanh điều khiển
Các lò phản ứng khác nhau sử dụng vật liệu thanh điều khiển khác nhau. Ví dụ, lò phản ứng nước áp suất thường sử dụng hợp kim bạc-indium-cadmium, được ưa chuộng vì khả năng bắt neutron tuyệt vời; lò phản ứng nước nặng (HWR) có thể sử dụng các vật liệu khác nhau để đáp ứng nhu cầu về neutron nhanh.
Ngoài bạc, indium và cadmium, vật liệu lựa chọn cũng có thể bao gồm hợp kim thép, borua hoặc các hóa chất khác để cải thiện tính chất cơ học và tuổi thọ.
Với sự phát triển của công nghệ, nhiều vật liệu thanh điều khiển mới đang được phát triển, chẳng hạn như zirconium dioxide và thorium để thay thế hợp kim bạc-indium-cadmium truyền thống. Những vật liệu này có độ ổn định tốt hơn trong môi trường nhiệt độ cao. .
Các biện pháp an toàn và khẩn cấp của lò phản ứng
Thiết kế thanh điều khiển không chỉ liên quan đến việc kiểm soát công suất mà còn cả vấn đề an toàn. Trong hầu hết các lò phản ứng, thanh điều khiển được kết nối với máy móc nâng thông qua các thiết bị điện từ. Nếu mất điện, thanh điều khiển sẽ tự động rơi vào lõi do trọng lực, đây là biện pháp an toàn. Tuy nhiên, lò BWR yêu cầu phải sử dụng nước áp suất cao đặc biệt để nhanh chóng đưa thanh điều khiển vào để tắt khẩn cấp.
Quá trình tắt lò phản ứng một cách nhanh chóng được gọi là dừng lò phản ứng và là một bước quan trọng trong hoạt động an toàn hạt nhân.
Duy trì sự ổn định của lò phản ứng
Trong một số thiết kế, chất hấp thụ neutron hòa tan như axit boric được thêm vào thanh điều khiển để ổn định hơn nữa hoạt động của lò phản ứng. Các điều chỉnh hóa học như vậy cho phép các thanh điều khiển được rút ra hoàn toàn trong quá trình hoạt động ở trạng thái ổn định, duy trì sự phân bổ công suất và từ thông đồng đều.
Các loại lò phản ứng hạt nhân khác nhau, chẳng hạn như lò phản ứng neutron nhanh và lò phản ứng neutron nhiệt, đòi hỏi khả năng hấp thụ neutron khác nhau, điều này cũng dẫn đến sự khác biệt trong thiết kế của chúng.
Khi công nghệ phát triển, chúng ta sẽ hiểu sâu hơn về cách các vật liệu và cấu trúc này ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn của lò phản ứng. Rốt cuộc, liệu những cải tiến tiếp theo về vật liệu thanh điều khiển có thể mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho tương lai của năng lượng hạt nhân hay không?
