Thứ ba, 07/02/2023 06:46 GMT+7

Một tuần làm việc hiệu quả với đoàn chuyên gia của IAEA về thiết kế Lò phản ứng nghiên cứu

Trong khuôn khổ Dự án hợp tác kỹ thuật của IAEA mã số VIE-1010 về “Thúc đẩy Chương trình phát triển An toàn Lò phản ứng – Giai đoạn III” do TS Trần Chí Thành, Viện trưởng Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam làm Chủ dự án, đoàn 3 chuyên gia của Công ty INVAP, Argentina đã được IAEA mời vào Viện Nghiên cứu hạt nhân (NCHN) tại Đà Lạt từ ngày 30/01 đến 03/02/2023 để trao đổi chủ đề về Quản lý, An toàn và Sử dụng hiệu quả lò phản ứng nghiên cứu nhằm mục đích Nâng cao năng lực quốc gia và cơ sở hạ tầng hạt nhân để hỗ trợ hiệu quả cho sự phát triển và triển khai chương trình lò phản ứng nghiên cứu mới tại Việt Nam.

Ông Nguyễn Kiên Cường, Phó Viện trưởng Viện NHCN trao đổi chương trình làm việc với Đoàn chuyên gia của Công ty INVAP

Các thành viên của đoàn gồm: TS. Eduardo Villarino - chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế vật lý (neutronics) và thủy nhiệt (thermal hydraulics), TS. Alicia Doval - chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế thủy nhiệt và phân tích an toàn, và TS Daniel Hergenreder - chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế các kênh thực nghiệm và các kênh chiếu xạ cho các ứng dụng của lò phản ứng nghiên cứu.

Tuần làm việc của đoàn Chuyên gia được tổ chức theo hình thức trực tiếp tại Viện NCHN dưới sự chủ trì của ông Nguyễn Kiên Cường, Phó Viện trưởng Viện NCHN, cùng với sự tham dự của Ban lãnh đạo và các cán bộ khoa học của Trung tâm Lò phản ứng, Trung tâm Vật lý – Điện tử hạt nhân và Trung tâm Nghiên cứu và Điều chế đồng vị phóng xạ; đồng thời theo hình thức trực tuyến với các đơn vị trực thuộc của Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, gồm Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân với sự tham gia của TS Phạm Như Việt Hà, Giám đốc và các cán bộ khoa học của Trung tâm Năng lượng hạt nhân; Trung tâm Đào tạo hạt nhân với sự tham gia của TS Dương Thanh Tùng, Phó Trưởng phòng - Phụ trách và các cán bộ khoa học của Phòng Đào tạo, Nghiên cứu và Triển khai.

Quang cảnh buổi làm việc

Sau khi được phía Việt Nam trình bày, cung cấp các thông tin về quản lý, vận hành và ứng dụng của Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt cũng như tóm tắt tình hình thực hiện Dự án Trung tâm Nghiên cứu khoa học công nghệ hạt nhân với lò phản ứng nghiên cứu mới, các chuyên gia đã trình bày một số nội dung liên quan đến thiết kế vật lý, thủy nhiệt và phân tích an toàn cho lò phản ứng nghiên cứu đa mục tiêu, với các nội dung chính gồm:

Quản lý vùng hoạt và quản lý nhiên liệu cho các lò phản ứng nghiên cứu, trong đó đề cập đến phương pháp luận về thiết kế vùng hoạt, các tiêu chí thiết kế, các tính toán thông số của vùng hoạt, tính toán cháy nhiên liệu và việc sử dụng loại nhiên liệu MTR có gắn chất nhiễm độc có thể cháy.
Các chương trình (codes) tính toán tiên tiến áp dụng để tính toán về vật lý cho lò phản ứng nghiên cứu, bao gồm các codes thương mại như MCNP, SERPENT,… cũng như hệ chương trình CONDOR, CITVAP do Công ty INVAP phát triển để tính các thông số như cân bằng độ phản ứng, độ phản ứng hiệu dụng của các thanh điều khiển, tốc độ đưa vào độ phản ứng, thông lượng nơ-tron và phân bố công suất, hệ số bất đồng đều công suất, các thông số động học,… Đồng thời việc kiểm chứng và hiệu lực (verification & validation) các codes tính toán và tích hợp các codes tính toán cũng được trình bày chi tiết.
Phân tích độ nhạy và độ bất định (uncertainty) về vật lý, thủy nhiệt và phân tích an toàn trong thiết kế và vận hành đối với lò phản ứng nghiên cứu, trong đó giới thiệu các phương pháp tiếp cận khác nhau để đánh giá độ bất định như cách tiếp cận bảo thủ, lan truyền lý thuyết, ước tính tốt nhất cộng với độ bất định (BEPU: Best Estimate Plus Uncertainty), lý thuyết nhiễu loạn tổng quát,… Một số phân tích về độ bất định đã thực hiện trong quá trình thiết kế lò phản ứng OPAL được lấy làm ví dụ trong trình bày.
Đa vật lý (Multi-Physics) trong lò phản ứng nghiên cứu và các thí nghiệm về đa vật lý và phân tích an toàn. Một số ví dụ về tích hợp đa vật lý và các mô phỏng quá trình được trình bày, bao gồm phân tích đa vật lý tổng quát, phản hồi vật lý và thủy nhiệt, đáp ứng của đầu dò hạt nhân sau khi hệ dập lò thứ cấp (SSS: Secondary Shutdown System) hoạt động, tính toán liều do kích hoạt, tính toán kết hợp vật lý và thủy nhiệt cho bài toán đa vật lý cũng như ước tính tốt nhất cho phân tích an toàn trong tính toán thiết kế đối với lò phản ứng nghiên cứu. Trình bày một số kết quả thực nghiệm trên lò phản ứng OPAL để hiệu lực hóa các codes kết hợp trong đa vật lý và phân tích an toàn.
Các codes được áp dụng để tính toán thủy nhiệt và phân tích an toàn cho lò phản ứng nghiên cứu, bao gồm các codes chỉ dùng tính toán cho trạng thái dừng (TERMIC, CAUDVAP, CONVEC) và các codes phân tích cho cả các trạng thái chuyển tiếp và trạng thái dừng (RELAP5, THERMAL DESKTOP, CFD (Fluent, Open Foam)). Các kết quả tính toán thiết kế thủy nhiệt và phân tích an toàn cho lò phản ứng OPAL đã được lấy làm ví dụ trong trình bày.
Chi tiết về phân tích an toàn cho lò phản ứng nghiên cứu, trong đó đã đề cập đến phương pháp phân tích an toàn tất định (DSA: Deterministic Safety Analyis) theo mức bảo vệ theo chiều sâu (DiD: Defence in Depth) từ mức 1 (vận hành bình thường – NO: Normal Operation) đến mức 4 (sự cố hư hỏng vùng hoạt giả định – PCDA: Postulated Core Damage Accident); sử dụng RELAP5 để phân tích một số sự cố giả định điển hình, trong đó có cả sự cố nghiêm trọng về mất nước làm mát (LOCA: Loss of Coolant Accident) loại 2A (đứt gãy hoàn toàn đường ống nước làm mát vòng sơ cấp), tuy rằng sự cố này rất khó có thể xẩy ra. Các chuyên gia xác nhận rằng, đối với lò phản ứng nghiên cứu loại bể để hở (Open Pool) thì sự cố gây hỏng hóc vùng hoạt đáng kể là được loại trừ. Ngoài ra, một số hành động để ứng phó với sự cố từ các bài học của Fukushima cũng được giới thiệu, trong đó quan tâm đến các hệ cấp nước làm mát và các hệ cấp điện cần có dự phòng, thay thế.
Kinh nghiệm thiết kế các kênh thực nghiệm nằm ngang và minh chứng từ lò phản ứng ETRR-2 công suất 22 MWt của Ai Cập đưa vào vận hành từ năm 1998, lò phản ứng OPAL công suất 20 MWt của Úc đưa vào vận hành từ năm 2007, lò phản ứng RA-10 công suất 30 MWt của Argentina đang xây dựng và lò phản ứng RMB công suất 30 MWt của Brazil đã hoàn tất giai đoạn thiết kế, trong đó quan tâm và trình bày chi tiết thiết kế tạo nguồn nơ-tron lạnh (cold neutron source) tại vành phản xạ của lò phản ứng và các kênh dẫn dòng nơ-tron lạnh và nơ-tron nhiệt từ lò phản ứng ra ngoài gian nhà thực nghiệm để thực hiện các nghiên cứu về khoa học vật liệu, nghiên cứu cơ bản về vật lý hạt nhân, chụp ảnh nơ-tron,…
Kinh nghiệm thiết kế các kênh chiếu xạ trong vùng hoạt và trong vành phản xạ của lò phản ứng đa mục tiêu và cũng dùng minh chứng từ các lò phản ứng nêu trên, trong đó đặc biệt quan tâm và trình bày chi tiết thiết kế các kênh chiếu xạ pha tạp đơn tinh thể silic kích thước lớn với đường kính từ 5 đến 10 inch, chiếu xạ sản xuất Mo-99 bằng bia phân hạch Uranium độ giàu thấp, cũng như chiếu xạ để sản xuất loại đồng vị khác như Lu-177, Y-90, Re-188, Ho-166, Re-186, W-188,… và nguồn phóng xạ kín Ir-192.
Trao đổi về thiết kế các kênh chiếu xạ trong lò phản ứng và kênh thực nghiệm nằm ngang với các lò phản ứng có vành phản xạ nước nặng và vành phản xạ beryllium cho thấy rằng, vành phản xạ nước nặng có ưu điểm vượt trội về độ đồng nhất của trường neutron, có khả năng tạo ra vành phản xạ có đường kính lớn để dễ dàng bố trí các kênh chiếu xạ. Đặc biệt, vành phản xạ nước nặng tạo được tỷ số nơ-tron nhiệt trên nơ-tron nhanh lớn từ hàng trăm đến hàng nghìn lần nên dễ dàng thiết kế các kênh chiếu pha tạp silic đơn tinh thể có chất lượng cao, dễ dàng đáp ứng yêu cầu của khách hàng.

Các bài trình bày được các chuyên gia chuẩn bị rất chi tiết với nhiều kiến thức chuyên sâu liên quan trực tiếp đến thiết kế an toàn lò phản ứng nghiên cứu, bởi cả 3 chuyên gia đều có nhiều kinh nghiệm thực tế, là những người đã trực tiếp tham gia thiết kế về neutronics, thủy nhiệt và phân tích an toàn cho các lò phản ứng ETRR-2, OPAL, RA-10 và RMB; đã trực tiếp tham gia vào giai đoạn khởi động vật lý và khởi động năng lượng cho các lò ETRR-2 và OPAL; đã tham gia thiết kế tổ máy điện hạt nhân CAREM công suất 25 MWe đang xây dựng tại Argentina; và đang thiết kế chi tiết cho Dự án lò phản ứng PALLAS công suất 25 MWt của Hà Lan,… Vì vậy, qua thông tin từ các bài trình bày và trao đổi trực tiếp với các chuyên gia, cán bộ tham dự tuần làm việc của Viện Nghiên cứu hạt nhân, Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Trung tâm Đào tạo hạt nhân đã thu nhận được nhiều thông tin rất bổ ích. Các kiến thức và thông tin thu được có thể sử dụng khi tham gia thiết kế, thẩm định trong quá trình các Công ty của thuộc ROSATOM thực hiện thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công cho lò phản ứng nghiên cứu đa mục tiêu, công suất 10 MWt của Dự án Trung tâm Nghiên cứu khoa học công nghệ hạt nhân của Việt Nam trong thời gian tới.

Một số hình ảnh của Đoàn chuyên gia INVAP tại Viện