Chất tải nhiệt hay Chất làm mát trong lò phản ứng hạt nhân có thể ở dạng lỏng hoặc dạng khí. Chất tải nhiệt đi qua vùng hoạt của lò phản ứng mang theo nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng hạt nhân ra khỏi lò.
Giới thiệu chung
[sửa|sửa mã nguồn]
Trong lò phản ứng hạt nhân hai vòng tuần hoàn ( ví dụ như PWR ) chất tải nhiệt đi từ lò phản ứng tới thiết bị sinh hơi, tại đây hơi nước của vòng tuần hoàn thứ hai với tham số nhu yếu được sinh ra, đi tới turbin hơi và làm quay turbin. Còn trong lò phản ứng hạt nhân một vòng tuần hoàn ( ví dụ như RBMK ), chất tải nhiệt sẽ chuyển thành dạng hơi hoặc dạng khí và trực tiếp làm quay turbin. Trong những lò nghiên cứu và điều tra hoặc những lò chuyên sử dụng, chất tải nhiệt chỉ đảm nhiệm duy nhất một vai trò đó là làm mát lò phản ứng hạt nhân .Yêu cầu so với chất tải nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân :
Trong các lò phản ứng nhiệt chất tải nhiệt thường được sử dụng bao gồm: nước (cả nước nặng và nước nhẹ), hơi nước, các chất lỏng hữu cơ và khí CO2. Trong các lò phản ứng nhanh người ta sử dụng kim loại lỏng (chủ yếu là natri, ngoài ra còn có chì,…), các loại khí (ví dụ như hơi nước, He) làm chất tải nhiệt. Thông thường chất tải nhiệt thường được sử dụng ở dạng lỏng và đồng thời cũng là chất làm chậm trong lò phản ứng hạt nhân.
Một số chất tải nhiệt tiêu biểu vượt trội[sửa|sửa mã nguồn]
Nước nhẹ là một trong những chất tải nhiệt phổ cập nhất được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân. Trong nước tự nhiên có chứa một lượng nhỏ nước nặng ( 0,017 % ), những khí hòa tan và những hợp chất khác nhau. Sự Open của khí hòa tan và những hợp chất làm tăng vận tốc phản ứng hóa học của nước với kim loại. Chính vì thế mà trước khi được sử dụng làm chất tải nhiệt, nước nhẹ được làm sạch khỏi những hợp chất và khí hòa tan bằng nhiều giải pháp khác nhau ( ví dụ như chưng cất, khử khí, … ) .Trong vòng tuần hoàn thứ nhất nước nhẹ bị nhiễm phóng xạ. Các tạp chất trong nước chính là nguồn phóng xạ đa phần. Các tạp chất Open trong quy trình ăn mòn thùng lò, vùng hoạt hoặc những thanh nguyên vật liệu, … Nồng độ của những tạp chất nhiễm xạ này hoàn toàn có thể giảm mạnh khi người ta triển khai lọc. Dưới tính năng của neutron, hạt nhân Oxy xảy ra phản ứng : 18O ( n, γ ) 19O ; 16O ( n, p ) 16N tạo ra những hạt nhân phóng xạ 19O ( T½ = 29,4 с ) và 16N ( T½ = 4 с ). Tuy nhiên độ phóng xạ của 19O và 16N nhỏ hơn rất nhiều so với độ phóng xạ của những tạp chất trong nước .Nước nhẹ có những ưu điểm lớn như : cực kỳ phổ cập, khó gây cháy nổ, không ô nhiễm so với con người và giá tiền rất rẻ .
Nhược điểm của nước trong vai trò của chất tải nhiệt đó là nhiệt độ sôi thấp (100 °C ở áp suất 1 atm) và khả năng hấp thụ các neutron nhiệt cao. Nhược điểm đầu tiên được khắc phục bằng cách tăng ấp suất trong vòng tuần hoàn thứ nhất (lên tới 16 MPa). Để cân bằng sự hấp thụ neutron của nước nhẹ, người ta sử dụng uranium đã được làm giàu làm nhiên liệu trong các lò phản ứng hạt nhân nhiệt.
Nước nặng ít khác biệt so với nước nhẹ về tính chất vật lý cũng như tính chất hóa học. Điểm khác biệt lớn nhất giữa hai loại nước này đó là: nước nặng hầu như không hấp thụ neutron. Nhờ vậy mà khi sử dụng nước nặng làm chất tải nhiệt và chất làm chậm, người ta có thể xây dựng các lò phản ứng hạt nhân sử dụng nhiên liệu là uranium tự nhiên (tức là không cần làm giàu). Tuy nhiên nước nặng ít được sử dụng trong công nghiệp năng lượng hạt nhân bởi giá thành của nó rất cao.
Kim loại lỏng[sửa|sửa mã nguồn]
Natri là một trong những kim loại phố biến được sử dụng làm chất tải nhiệt. Natri phản ứng can đảm và mạnh mẽ với hầu hết những kim loại khác ngay cả trong điều kiện kèm theo nhiệt độ thấp, điều này được lý giải bởi tạp chất akít trong natri. Khi được vô hiệu những akít này, natri không còn phản ứng với những kim loại khác như Mo, Zr, thép không gỉ, … ở nhiệt độ 600 — 900 °C .
Chất lỏng hữu cơ[sửa|sửa mã nguồn]
Qua nghiên cứu và kiểm nghiệm, một số chất lỏng hưu cơ như polyphenyl có thể sử dụng làm chất tải nhiệt bởi chúng rất bền vững ở điều kiện nhiệt độ và cường độ phóng xạ cao. Tuy nhiên, các chất lỏng hưu cơ này có một nhược điểm cực lớn, đó là chúng ít bền vừng với các dòng netron, cho nên trong các Lò phản ứng hạt nhân công nghiệp, người ta ít ứng dụng loại chất tải nhiệt này.
Các loại khí[sửa|sửa mã nguồn]
Cacbon dioxide là chất tải nhiệt dạng khí phố biến nhất. Giá thành không đắt, nhiệt dung riêng lớn ( so với những loại khí khác ). Cường độ ăn mòn của CO2 so với những kim loại nhờ vào vào thành phần có Oxy trong nó. Oxy Open trong khí CO2 giống như tạp chất và được tạo thành trong quy trình phân ly CO2 ở nhiệt độ cao thành Cacbon mônôxít CO và oxy O2 .
- Петунин В. П. Теплоэнергетика ядерных установок, М.:Атомиздат;
- Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы, М.:Атомиздат;
- http://bse.sci-lib.com/article109923.html.
