Đang tải... (xem toàn văn)
ĐO ĐẠC SỰ BÊ VO GIÒN CỦA VỎ THÙNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ TƯ VẤN AN TOÀN HẠT NHÂN ĐO ĐẠC SỰ BÊ VO GIÒN CỦA VỎ THÙNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN SỰ GIÒN CỦA VỎ THÙNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Ts. Trần Đại Phúc Nội dung Nội dung Mở đầu Nội dung chính 1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) 2. Các khuyến cáo và quy định liên quan tới sự giòn 3. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn 4. Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV 5. Đo đạc độ giòn 6. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn 7. Đặc tính mẫu kỹ thuật của chiếu xạ và ủ 8. Kết luận Mở đầu Mở đầu 3 Các hệ thống an toàn của lò phản ứng hạt nhân (LPUHN) chưa được thiết kế để ứng phó trong các sự cố do sự sai hỏng của RPV. RPV thậm chí có thể bị đứt gãy làm suy giảm đáng kể độ dẻo (bền) ban đầu do tạo ra độ giòn trong quá trình hoạt động. Sự tạo độ giòn là do cơ chế thoái hóa khác nhau gây ra, trong đó đặc biệt quan trọng là bức xạ nơtron. Trong quá trình vận hành, một số điều kiện bất thường có thể dẫn đến cái gọi là “áp lực sốc nhiệt” (PTS), là do quá trình làm mát đột ngột các bộ phận còn nóng của RPV ở áp suất cao. RPV cần được đánh giá PTS trước khi hoạt động (nạp nhiên liệu). 4 1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/1) Thùng thép lò PUHN là một trang thiết bị rất quan trọng khi ta nói về tuổi thọ của NMDHN. Thùng thép lò PUHN khó có thể thay đổi khi nó bị bê vo hoặc rò rỉ. Thẩm định tuổi thọ của thùng thép lò PUHN dựa trên những phân tích sự an toàn và bền vững của thùng thép lò PUHN đối với những hiện tượng sau đây: - Sự hiểu biết về thiết kế. - Quá trình thủy nhiệt. - Phân tích cơ học. - Sự mỏi và ăn mòn. - Hiện tượng bê vo liên quan đến cơ học. - Đặc tính của thép và sự suy giảm. - Vật lý tâm lò. - Ảnh hưởng của bức xạ nơtron và tính toán. - Kiểm tra và đo đạc trong quá trình vận hành. - Quá trình hoạt động của lò. - Quản lý tâm lò. 5 1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/2) Phương pháp thẩm định thùng thép lò PUHN 6 1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/3) Thùng lò công nghệ của Mỹ đã được giới thiệu trên toàn thế giới. RPV có cấu trúc hàn, nặng 500 tấn, cao 14 m, đường kính 4,5 m với độ dày lớp vỏ là 20 cm hoặc hơn. Các kim loại cơ bản thường được sử dụng: A302B, mạ A533B hoặc A508 đúc và luyện thép với hợp kim Ferrit- bainitic thấp, điển hình là C (0,05-0,2 %), Mn (0,7-1,6 %), Mo (0,4-0,6 %), Ni (0,2-1,4 %), Si (0,2-0,6 %), Cr (0,05-0,5 %). Hoạt động trong khoảng 290 ± 30˚C. Tiếp xúc với các nơtron có năng lượng khác nhau (1 tới vài MeV). 7 1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/4) Bộ luật Nga Các Quy định của Bộ luật Nga có tầm quan trọng đặc biệt cho các bản quy phạm pháp luật quy định bởi vì chúng bao gồm các kinh nghiệm đầy đủ của các nhà thiết kế, xây dựng và hoạt động của các lò VVER (Nhà máy điện Temelin) Quy định KTA của Đức Nứt do sự giòn đã được chứng minh trong quá trình thiết kế. An toàn về nứt-vỡ được chứng minh trong tuổi thọ dự kiến có tính đến do chiếu xạ nơtron tạo ra độ giòn. Quy định của Pháp: Bộ luật Pháp RCC – M. Quy định của Mỹ: Bộ luật ASME. Khuyến cáo của IAEA. "Hướng dẫn về phân tích áp lực sốc nhiệt của nhà máy điện hạt nhân VVER" được sửa đổi 1997. 2. Các khuyến cáo và quy định liên quan tới sự giòn Phổ nơtron truyền xuyên qua lớp thép thùng lò 9 3. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn (3/1) 1 E - 0 1 1 1 E - 0 0 9 1 E - 0 0 7 1 E - 0 0 5 0 . 0 0 1 0 . 1 1 E + 0 0 1 1 E - 0 0 5 0 . 0 0 0 1 0 . 0 0 1 0 . 0 1 0 . 1 1 o u t e r v e s s e l s u r f a c e i n n e r v e s s e l s u r f a c e s u r v e i l l a n c e s p e c i m e n 1 E - 0 1 1 1 E - 0 0 9 1 E - 0 0 7 1 E - 0 0 5 0 . 0 0 1 0 . 1 1 E + 0 0 1 1 E - 0 0 5 0 . 0 0 0 1 0 . 0 0 1 0 . 0 1 0 . 1 1 o u t e r v e s s e l s u r f a c e i n n e r v e s s e l s u r f a c e s u r v e i l l a n c e s p e c i m e n Phổ nơtron truyền xuyên qua lớp thép thùng lò duoc do dac bang nhung cach sau dây: • Tinh toan phô notron qua truong trinh tinh toan Monte-carlo, Discrete ordinates transport notron (ANISN 1D, DOT 2D hoac 3D, SAND, v, v); • Kêt qua tinh toan duoc so sanh voi cac kêt qua do dac o trong tâm lo voi cac mâu do duoc kich hoat trong tâm LPUHN và ngoài thung LPUHN: • Au197(n,γ)Au198Cd (025eV), In115(n,n)In115m (1.2 MeV), Ti47(n,p)Sc47 (2.2 MeV), Ni58(n,p)Co58 (2.8 MeV), Fe54(n,p)Mn54 (3.1 MeV), Ti46(n,p)Sc46 (3.9 MeV), Fe56(n,p)Mn56 (6MeV), Cu63(n,α)Co60(6.8 MeV), Al27(n,α)Na24(7.2 MeV), Nb93(n,2N)Nb92m(10.2 MeV), Ni58(n,2n)Ni58 (12 MeV). 10 3. Mô hình và cơ chế tạo độ giòn (3/1) [...]... các tương tác mạnh giữa các thành phần (như Ni, Cu) 20 6 Đo đạc độ giòn (6/2) 21 6 Đo đạc độ giòn (6/3) 22 6 Đo đạc độ giòn (6/3) 23 6 Đo đạc độ giòn (6/3) 24 6 Đo đạc độ giòn (6/4) 25 6 Đo đạc độ giòn (6/5) 26 6 Đo đạc độ giòn (6/6) 27 6 Đo đạc độ giòn (6/7) 28 6 Đo đạc độ giòn (6/8) Mẫu thép kiểm tra ‘Charpy Notch’ 29 7 Đặc tính mẫu kỹ thuật của chiếu xạ và ủ (7/1) ΔTt = Afsmf(Ti, ϕt, P) + Bfcrp(Cu,... Hình 1 Cho thấy sự gia tăng của sự thay đổi nhiệt độ giòn so với thông lượng nơtron làm giòn vật liệu có giá trị khác nhau Bảng 1: Sự thay đổi của nhiệt độ giòn trong một tác động giả định của 1024 n/m2 với hệ số giòn nơtron khác nhau A T 4 Nơtron tạo ra độ giòn của thép (3/4) Tạp chất của thép hoặc các vật liệu hàn (đặc biệt là đồng và phốt-pho) dưới ảnh hưởng của nơtron tạo ra độ giòn rất cao (hệ... làm giảm sự giòn của RPV (5/3) 5 Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV (5/4) 6 Đo đạc độ giòn (6/1) Mẫu Charpy-V-notch (CVN) 10x10x55 mm được sử dụng phổ biến trong các chương trình giám sát Đường nhiệt-năng Charpy được sử dụng để xác định DBTT (nhiệt độ chuyển tiếp từ pha dẻo sang giòn) tại năng lượng hấp thụ 41J ΔTt (độ biến đổi nhiệt độ do tác động của nơtron trong lò phản ứng) phụ... hình và cơ chế tạo độ giòn (3/2) Cơ chế chính tạo độ giòn là quá trình làm cứng, nguyên tử bị biến đổi do tán xạ và phản ứng nơtron, hình thành: + Từng cụm các khoang rỗng + Tạo các khe hở riêng rẽ (chủ yếu là kết tủa đồng CRPs) + Sự sai lệch “mặt phân cách" giữa các tinh thể Hình 1 Trình tự cơ bản của quá trình tạo ra độ giòn: (a) tạo ra các khuyết tật do bức xạ; (b) sự hình thành của chất tan có kích... hình vùng hoạt (vị trí của thanh Dummy hoặc độ cháy của các bó nhiên liệu ở viền ngoài vùng hoạt …) hạn chế độ rò rỉ nơtron cũng làm giảm đáng kể tác động của bức xạ nơtron tới RPV Biện pháp “ủ nhiệt” các RPV cũng được đưa ra nhằm làm giảm độ giòn của RPV trong quá trình vận hành Đánh giá tới hạn của giới hạn đường cong vận hành p-T 5 Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV (5/2) Quản... tật lan tỏa phức tạp), đóng góp cho quá trình làm cứng vỏ thùng LPUHN do chiếu xạ Hình 2.Minh họa các khuyết tật: (a-c) MD mô phỏng giai đo n ban đầu tương tác, trung gian và cuối cùng; (d-e) vị trí lỗ trống và các khe khuyết tật; (f) vị trí lỗ trống-cụm chất tan được hình thành 12 4 Bức xạ nơtron tạo ra độ giòn của thép (1/4) Sự thay đổi của nhiệt độ giòn dưới 50 °C trong tuổi thọ 40 năm được coi là... Những thay đổi trong phụ thuộc nhiệt độ của độ dai-nứt tĩnh lớn hơn cho trường hợp tương tự của dainứt động cũng như những tác động va đập (Charpy test) Khuyến cáo của IAEA sử dụng AFT có giá trị 25 với kim loại mối hàn và 28 với vật liệu cơ bản cho dự đo n đầu tiên của hiệu ứng nơtron trong phân tích trước sử dụng PTS 5 Các biện pháp đưa ra nhằm làm giảm sự giòn của RPV (5/1) Các biện pháp cải tiến,... n/m2 30 7 Đặc tính mẫu kỹ thuật của chiếu xạ và ủ (7/2) 7 Đặc tính mẫu kỹ thuật của chiếu xạ và ủ (7/3) 7 Đặc tính mẫu kỹ thuật của chiếu xạ và ủ (7/4) 8 Kết luận Do mức độ nhạy bức xạ cao của vật liệu theo các điều kiện nhất định mà xác suất gây nứt gãy trong suốt thời gian tuổi thọ của RPV là khó xác định Các vết nứt do sự giòn là mối nguy hiểm tiềm ẩn trong các sự cố có thể xảy ra Phân tích về... nhạy cảm Độ nhạy với nơtron được xác định bởi hệ số tạo ra độ giòn AFT thay đổi độ giòn ở nhiệt độ chiếu xạ T với nơtron nhanh: TK = TK0 + AFT x (ϕ x 10-22)1/3 TK: nhiệt độ giòn TK0: nhiệt độ giòn trong điều kiện không chiếu xạ AFT: hệ số giòn ở nhiệt độ chiếu xạ T ϕ: tác động nơtron nhanh với E ≥ 0,5 MeV đơn vị n/m 2 4 Nơtron tạo ra độ giòn của thép (2/4) AFT 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22... chất tan có kích thước nano, cụm khuyết tật (các nguyên tử sắt không được hiển thị), lệch mặt tiếp xúc các tinh thể và làm cứng do các đặc tính nano; (d) sự làm cứng tăng cường vết gãy, ở tập trung các khuyết tật (e) xuất hiện ứng suất trong vật liệu? 11 3 Sai hỏng bề mặt lớp vỏ thùng LPUHN (3/3) Các lưới SI trong tinh thể làm các vị trí trống nhanh chóng tái kết hợp lại Các lỗ trống và chất tan biến . TOÀN HẠT NHÂN ĐO ĐẠC SỰ BÊ VO GIÒN CỦA VỎ THÙNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN SỰ GIÒN CỦA VỎ THÙNG LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Ts. Trần Đại Phúc Nội dung Nội dung Mở đầu Nội dung chính 1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt. lò. - Ảnh hưởng của bức xạ nơtron và tính toán. - Kiểm tra và đo đạc trong quá trình vận hành. - Quá trình hoạt động của lò. - Quản lý tâm lò. 5 1. Vỏ thùng lò phản ứng hạt nhân (RPV) (1/2) Phương. của NMDHN. Thùng thép lò PUHN khó có thể thay đổi khi nó bị bê vo hoặc rò rỉ. Thẩm định tuổi thọ của thùng thép lò PUHN dựa trên những phân tích sự an toàn và bền vững của thùng thép lò