Bài giảng Nguyên tử hạt nhân - Chương 6: Giới thiệu tóm lược về nhà máy điện hạt nhân - Nguyễn Nhị Điền

Chương 6
GIỚI THIỆU TĨM LƯỢC VỀ 
NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN
1
Nội dung
1. Thơng tin về Điện hạt nhân
2. Các công nghệ lị phản ứng: nước áp lực, nước sôi, Candu, tải nhiệt 
bằng khí và lò tái sinh
3. Một số vấn đề về an toàn hạt nhân
4. Nhà máy ĐHN đầu tiên của Việt Nam
2
3+ HiƯn nay cã 32 n­íc cã nhµ m¸y ®iƯn h¹t nh©n víi tỉng sè 435 
tỉ m¸y ®ang vËn hµnh vµ 63 tỉ m¸y ®ang x©y dùng trong 15 nước.
+ Tỉng ®iƯn h¹t nh©n kho¶ng 368.000 MWe, chiÕm 14% l­ỵng
®iƯn thÕ giíi. 
+ C¸c n­íc cã nhiỊu tỉ m¸y ®iƯn h¹t nh©n gåm:
- Hoa kú: 104 
- Ph¸p: 58
- NhËt B¶n : 48 (2 tổ máy ở Sendai sắp đưa vào vận hành)
- Nga: 33 vận hành, 10 đang xây dựng
- Hµn Quèc: 23 vận hành, 5 đang xây dựng
- Ấn ®é: 20 vận hành, 5 đang xây dựng
- Anh: 19
- Canada: 18
- Trung QuẤc 22 vận hành, 26 đang xây dựng
- Ukraine: 15 
- §øc: 9
th«ng tin vỊ ®iƯn h¹t nh©n (1)
4th«ng tin vỊ ®iƯn h¹t nh©n (2)
5th«ng tin vỊ ®iƯn h¹t nh©n (3)
Các loại nhà máy điện nguyên tử
• Lò phản ứng sử dụng neutron nhiệt:
Nước thường (H2O) Nước nặng (D2O) Graphite
Chất làm chậm
- Lò áp lực PWR
- Lò nước sôi BWR Lò Candu
- Lò RBMK
- Lò nhiệt độ cao tải
nhiệt bằng khí
• Lò phản ứng sử dụng neutron nhanh:
Lò phản ứng tái sinh 6
Phân biệt LPỨ nghiên cứu và LPỨ năng lượng
°LPỨ nghiên cứu: Tạo ra trường thông lượng neutron cao cho
các mục đích nghiên cứu (1014-1015n/cm2/s), năng lượng nhiệt
không cao và không được sử dụng. Độ giàu nhiên liệu từ 20-
90%, thể tích vùng hoạt nhỏ. Hiện nay có gần 300 LPỨ nghiên
cứu trên thế giới.
°LPỨ năng lượng: Trường thông lượng neutron không cao
(~1013n/cm2/s), thể tích vùng hoạt lớn (đường kính 4-6m, chiều
cao ~4m). Công suất nhiệt từ vài chục cho đến vài nghìn MW).
Độ giàu nhiên liệu ở mức vài phần trăm.
7
Lò nước áp lực
Công suất điện : 325, 650, 975, 1300, 1540 MWe
Chất làm chậm : Nước thường. Chất tải nhiệt : Nước thường 
Độ giàu : ~4%. Điều khiển : Bằng thanh điều khiển và nồng độ B-10. Aùp
suất vòng I: 155 bars 8
9Nhµ m¸y ®hn víi lß pwr
10
c«ng nghƯ lß n­íc ¸p lùc - PWR
thiÕt bÞ sinh h¬i
Lò nước sôi
Công suất : 600, 670, 1350, 1500MWe. Nhiên liệu: Oxit uran độ giàu 2.5%
Chất làm chậm: Nước thường. Chất tải nhiệt : Nước thường
Điều khiển: Thanh điều khiển, lưu lượng bơm tuần hoàn. Aùp suất: 71 bar11
12
Nhµ m¸y ®hn víi lß bwr 
13
Thïng lß vµ c¸c 
thiÕt bÞ bªn trong
c«ng nghƯ lß n­íc s«i - bWR
Lò Candu
Công suất : 633, 900 MWe. Chất làm chậm: 
Nước nặng
Chất tải nhiệt: Nước thường. Nhiên liệu: oxit 
uran độ giàu 0.73%
Điều khiển: Thanh điều khiển, mức nước, B10
trong chất làm chậm. Aùp suất: 100bars 14
15
c«ng nghƯ lß n­íc nỈng - candu
s¬ ®å nguyªn lý Lß n­íc nỈng
§­êng h¬i
§­êng n­íc 
Lß ph¶n øng Nhiªn liƯu
(uranium)
ThiÕt bÞ thay
nhiªn liƯu M¸y ph¸t
Turbine
B¬m
M¸y 
biÕn thÕ
N­íc lµm m¸t
ThiÕt bÞ 
sinh h¬i
N­íc nỈng
(chÊt t¶i nhiƯt)
Lò tải nhiệt bằng khí, nhiệt độ cao
Công suất: Từ vài chục đến vài 
trăm MWe
Chất làm chậm: Graphite. 
Chất tải nhiệt: Khí (Helium, 
CO2..)
Nhiên liệu: Oxit uran độ giàu 
10%
Điều khiển: Thanh điều khiển. 
Aùp suất: 30-60 bar
Nhiệt độ khí lối ra vùng hoạt: 
700oC
16
Lò nhanh
Công suất: 100-1500MWe. Chất tải nhiệt : Na lỏng. Nhiên liệu: PuO2 độ giàu 
15%
Điều khiển: Thanh điều khiển. Aùp suất: Áp suất khí quyển 17
° Để cạnh tranh được với các nhà máy phát điện dùng nhiên
liệu hoá thạch, công suất LPU phải tương đối lớn >1000MWe.
° Sự an toàn của LPU (phần lớn) vẫn dựa trên các hệ thống bảo
vệ sự cố làm việc theo nguyên tắc active (phải cần tới năng
lượng điện).
° Hiệu suất chuyển đổi nhiệt - điện (khoảng 33%) là tương đối
thấp so với sự tiến bộ gần đây trong các nhà máy nhiệt điện dùng
nhiên liệu hoá thạch.
Các lò phản ứng thế hệ mới
° An toàn hơn
° Đơn giản hơn
° Tin cậy hơn 
° Vận hành dễ dàng hơn
18
AP- 600, AP-1000 (Westinghouse): - Đơn giản trong xây dựng và bảo dưỡng 
- Làm nguội sự cố vùng hoạt bằng cơ chế passive
- Thể tích bình điều áp lớn hơn 60%
- Giảm 50% số van, giảm 70% cáp điện, giảm 35%số bơm, giảm 45% diện tích, 
công trình cần phải chống động đất, giảm 80% độ dài đường ống
Các lò phản ứng thế hệ mới
19
20
CÁ C THẤ HẤ NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NHÂ N
 Các lị đang vận hành trên thế giới chủ yếu
thuộc loại thế hệ thứ II. 
 Một số nước đã xây dựng hoặc đang cĩ kế
hoạch thay thế các lị hết hạn sử dụng bằng
loại lị thế hệ thứ III.
 Các nước đang hợp tác nghiên cứu để cho ra
đời loại lị thế hệ thứ IV với nhiều ưu việt: an 
tồn hơn, lượng chất thải phĩng xạ ít hơn, 
kinh tế hơn, giảm thiểu nguy cơ phổ biến vũ
khí hạt nhân. Cho những năm sau 2030! 
AP-1000
21
CÁ C THẤ HẤ NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NHÂ N
An tồn thụ động:
EPR 1500MWe (Framatom)
° Hệ thống cấp nước và làm nguội 
khẩn cấp cho vùng hoạït : 4 hệ độc lập 
( MHSI, LHSI, Accumulator)
° Hệ thống cấp nước dự phòng cho 
SG (Steam Generator): 2 hệ độc lập
° Hệ thống giảm áp vòng 1, qua 
thiết bị điều áp (pressurizer) nhằm 
giảm nguy cơ nóng chảy vùng hoạt 
trong điều kiện áp suất cao
° 2 hệ thống phun nước giảm áp độc lập cho toà nhà lò
° Hệø thống (Catalytic recombiner) được lắp đặt trong toà nhà lò nhằm mục đích loại trừ khả 
năng nổ hydrogen 
° Toà nhà lò 2 lớp, lớp bêton bên trong có thể chịu được áp suất ngay cả khi xảy ra tình huống 
nổ hydrogen, lớp bên ngoài có thể chịu được va đập của máy bay
° Hệø thống hút và lọc khí giữa 2 lớp vỏ của tòa nhà lò 
° Bể nước dự trữ để làm nguội vùng hoạt được đặt ngay trong toà nhà lò, khi cần thiết có thể 
làm ngập khối chất nóng chảy nhiên liệu và vật liệu cấu trúc (Corium)
° Có một kết cấu đáy đặc biệt (Corium spreading zone) trong tòa nhà lò, cho phép tải nhiệt và 
cầm giữ an toàn trạng thái Corium, khi tai nạn nóng chảy vùng hoạt xảy ra 22
°Lò PWR: là loại phổ biến nhất
° Lò BWR: được cải tiến kỹ 
thuật rất nhiều trong thời gian 
gần đây, dễ điều khiển.
° Lò nhiệt độ cao: Hiệu suất 
biến đổi nhiệt- điện cao, hệ số tái 
sinh lớn, ít chất thải.
° Lò nhanh : Khá phức tạp, hệ số 
tái sinh rất lớn, có khả năng 
chuyển đổi hạt nhân.
Lò phản ứng tương lai
- Lò nhanh
- Lò nhiệt độ cao
- Máy khuếch đại năng 
lượng 23
Quặng Uran Tinh chế Chuyển hoá U3O8
Chuyển hoá UO2 Chuyển hoá UF6 Làm giàu U 235 
Chế tạo bó nhiên liệu Đốt cháy trong LPU Cất giữ tạm thời
Xử lý Phân loại Cất giữ lâu dài
• Một lò phản ứng 1000 MWe, một năm cho 21 tấn chất
thải trong đó: 20 tấn Uran (U235 0.9%), 200kg Pu, 21kg
actinide (Neptune, Amerixi), 760kg Sản phẩm phân hạch
(Xesi 135, Tecnixi 99, Ziriconi 93, Paladi 107, Iode 129).
Chu trình nhiên liệu hạt nhân
24
Các yếu tố đảm bảo an toàn
• Tính năng an toàn nội tại của bản thân vùng hoạt LPƯ.
Thiết kế đảm bảo cơ chế phản hồi âm ∂P/∂ρ<0
• Hệ thống bảo vệ sự cố gồm nhiều tầng (Protection in 
deepth).
• Chất lượng cao của vật liệu, độ tin cậy cao của thiết bị.
• Qui định nghiêm ngặt trong vận hành, kiểm tra, sửa chữa 
bảo dưỡng.
• Trình độ nhân viên vận hành.
• Hệ thống quản lý an toàn hạt nhân hoàn chỉnh cơ sở, địa 
phương và quốc gia. 25
Các yếu tố được tính đến trong thiết kế
• Động đất
• Yếu tố thời tiết
• Cháy, nổ, máy bay, 
phá hoại
• Sức bền vật liệu
• Yếu tố con nguời
• Tai nạn hạt nhân 
nghiêm trọng
26
Một số kết quả của đánh giá an toàn
• Loại bỏ hoàn toàn tai nạn nổ hạt nhân.
• Xác suất xảy tai nạn nóng chảy vùng hoạt P< 10-5/lò 
phản ứng/năm (nói chung).
• Xác suất xảy ra tai nạn nóng chảy vùng hoạt do yếu tố 
bên trong lò phản ứng P<10-6/lò phản ứng/năm.
• Xác suất xảy ra tai nạn nóng chảy vùng hoạt do yếu tố bên 
ngoài lò phản ứng P<10-6/lò phản ứng.
• Ngay cả với tai nạn nghiêm trọng (nóng chảy vùng hoạt), 
không có sự thất thoát nghiêm trọng chất phóng xạ ra môi 
trường, không phải di tản dân chúng.
27
28
+ QuẤc hẤi thơng qua ngẤy 
25/11/2009
+ SẤ xây dẤng 2 nhẤ máy, mẤi nhẤ 
máy gẤm 2 tẤ máy, cơng suẤt mẤi tẤ 
khoẤng 1000 MWe TẤng cơng 
suẤt 4000 MWe
+ ẤẤa ẤiẤm:
Ninh ThuẤn 1. Xã PhẤẤc Dinh, 
HuyẤn ThuẤn Nam 
Ninh ThuẤn 2. Xã VẤnh HẤi, HuyẤn 
Ninh HẤi
DẤ Á N NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NHÂ N ẤẤU TIÊ N 
Vĩnh HẤi
PhẤẤc Dinh
29
DẤ Á N NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NHÂ N ẤẤU TIÊ N
PGS.TS Nguyễn Hồng Phương, Phĩ giám đốc trung tâm báo tin động đất và cảnh báo sĩng 
thần (thuộc viện Vật lý địa cầu) khẳng định, chưa cĩ tâm chấn tâm động đất nào từng ghi 
nhận. Từ đĩ, cĩ thể thấy rằng, khu vực này cĩ nền địa chất khá ổn định. Nếu tính theo thang 
chấn động, thì Ninh Thuận nằm ở cấp 6 tức là người dân chỉ cảm thấy động đất nhà cửa bị rung 
nhẹ.
30
TẤ MÁ Y ẤIẤN HẤT NHÂ N ẤẤU TIÊ N TẤI NINH THUẤN
31
+ Cơng nghẤ: ChẤn cơng nghẤhiẤn
ẤẤi. NhẤmáy ẤẤu tiên do LB Nga thiẤt
kẤvẤchẤtẤo (loẤi VVER-1000 hoẤc
VVER-1200).
+ ChẤẤẤu tẤvẤvẤn hẤnh nhẤmáy: 
TẤp ẤoẤn ẤiẤn lẤc ViẤt Nam.
+ ThẤi gian xây dẤng: khoẤng 6 nẤm. 
KhẤi cơng nẤm 2018 ? .
+ TẤmáy ẤẤu tiên ẤẤa vẤo hoẤt ẤẤng
nẤm 2025 ? .
+ TẤmáy thẤ2 dẤkiẤn ẤẤa vẤo hoẤt
ẤẤng nẤm 2026 ? .
DẤ Á N NHÀ MÁ Y ẤIẤN HẤT NHÂ N ẤẤU TIÊ N
Lị VVER-1200
Nhà lị - vỏ bảo vệ kép
32
AN TỒ N THIẤT KẤ CẤA NHÀ MÁ Y ẤHN CẤA NGA
Lị VVER-1000/1200
Hệ thống cơ lập nĩng chảy (bẫy nĩng chảy)
- Bảo vệ hầm lị phản ứng khỏi các 
tác động cơ nhiệt của chất nĩng 
chảy;
- Tiếp nhận và phân tán các chất 
nĩng chảy rắn và lỏng;
- Thốt nhiệt từ chất nĩng chảy tới 
hệ thống nước làm mát;
- Duy trì trạng thái dưới ngưỡng 
nguy hiểm;
- Giảm thiểu rị rỉ hydro và các 
nuclid phĩng xạ ra tới vỏ bảo vệ;
- Bẫy nĩng chảy cĩ nhiệm vụ cơ 
lập nĩng chảy và ngăn ngừa rị rỉ 
thốt ra khỏi vỏ bảo vệ trong mọi 
tình huống
33
Cấp nước cho bẫy nĩng chảy từ các bể thu gom 
bố trí bên trong các lớp vỏ bảo vệ
1. Lị phản ứng
2. Cơ chế cơ lập nĩng chảy
3. Bể chứa nhiên liệu
4. Giếng kiểm tra các thiết bị bên 
trong vỏ lị
5. Các bể thu gom
6. Đường ống dẫn nước làm mát 
bề mặt nĩng chảy
7. Đường ống cấp nước cho thiết 
bị trao đổi nhiệt của bẫy 
nĩng chảy
34
35
NHÀ LỊ 2 LẤP, CƠ NG NGHẤ MẤI NHẤT