Nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Hạt Nhân - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu cách sử dụng nhiên liệu hiệu quả, kinh tế và nâng cao khả năng sản xuất đồng vị phóng xạ trên Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.
Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt (PƯHNĐL) được vận hành từ năm 1984 với các ứng dụng cơ bản bao gồm sản xuất đồng vị phóng xạ, phân tích kích hoạt và nghiên cứu, huấn luyện, đào tạo. Lò PƯHNĐL đã có những đóng góp đáng kể trong phát triển kinh tế - xã hội cũng như hình thành đội ngũ có kinh nghiệm chuyên ngành trong lĩnh vực hạt nhân và Lò phản ứng, đặc biệt là những đóng góp cho y học trong quá trình sử dụng đồng vị phóng xạ để chẩn đoán và điều trị ung thư.
Theo dự báo, nhu cầu sử dụng đồng vị sẽ còn tăng đáng kể trong thời gian tới và việc vận hành an toàn, khai thác hiệu quả Lò PƯHNĐL cần tiếp tục đáp ứng yêu cầu từ thực tế. Ngoài ra, việc quản lý nhiên liệu và vùng hoạt cùng với tính toán thay đảo nhiên liệu cho Lò PƯHNĐL cần được thực hiện nhằm tiếp tục khai thác sử dụng Lò an toàn, hiệu quả.
Trước thực tế đó, ThS. Nguyễn Kiên Cường cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Hạt Nhân - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã thực hiện đề tài NCKH cấp Bộ KH&CN: “Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu hiệu quả, kinh tế và nâng cao khả năng sản xuất đồng vị phóng xạ trên Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt”.
Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạ (Ảnh: tiasang.com.vn/)
Theo ThS. Nguyễn Kiên Cường – chủ nhiệm đề tài, mục tiêu chính của đề tài nhằm nghiên cứu tính toán sử dụng hiệu quả nhiên liệu độ giàu thấp VVR-M2 của Lò PƯHNĐL bằng việc thực hiện tái nạp nhiên liệu cuối chu trình cấu hình 92 BNL và thiết lập chiến lược nạp tải sử dụng 10 BNL mới hiện có. Bên cạnh đó, nghiên cứu, thử nghiệm và thực hiện sản xuất đồng vị phóng xạ đáp ứng yêu cầu về vận hành an toàn và gia tăng sản lượng đồng vị I-131 từ 5 đến 15% với 130 giờ vận hành. Tính toán thiết kế container chì chứa container chứa bia TeO2 sau khi chiếu xạ cũng được thực hiện...
Sau gần hai năm triển khai, đề tài đã đạt được những mục tiêu và các nội dung nghiên cứu đã đề ra cũng như hoàn thành các sản phẩm chính đăng ký theo thuyết minh của đề tài. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã đưa ra các kết quả liên quan đến tính toán và thực nghiệm cũng như vận hành Lò thử nghiệm để đáp ứng mục tiêu nâng cao sản lượng sản xuất đồng vị I-131 trên Lò PƯHNĐL. So với cấu hình nạp tải 9 container trước đây, sau thời gian vận hành 160 giờ hoạt độ I-131 thu được trung bình vào khoảng 37 Ci và Lò chỉ có thể vận hành 1 tháng 2 lần.
Đến thời điểm như hiện nay với thời gian vận hành Lò ngắn khoảng 100 giờ trong tuần, cùng với việc đảo các vị trí của bia chiếu từ mâm quay đến bẫy neutron, số lượng đồng vị I-131 có thể cung cấp hàng tháng lên đến 138 hơn 100 Ci. Như vậy 2 cốc chiếu được thiết kế mới có vai trò rất quan trọng và rất hiệu quả trong quá trình thực hiện nâng cao sản lượng đồng vị.
Các cấu hình vùng hoạt khi nạp 2,4 và 6 BNL độ giàu thấp (Nguồn ảnh: www.vista.gov.vn)
Đồng thời, nhóm nghiên cứu đã tính toán tối ưu thay đảo nhiên liệu được thực hiện khi áp dụng 2 thuật toán luyện kim (SA) và luyện kim tiến hóa (ESA) nhằm tìm kiếm cấu hình tối ưu khi thay đảo nhiên liệu được thực hiện. Các thuật toán này được kết nối với chương trình tính toán toàn Lò sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn giải bài toán lưới tam giác 2 chiều không gian. Tuy nhiên, các tính toán cũng chủ yếu mang tính định hướng và luôn cần kiểm tra chi tiết bằng các tính toán từ chương trình MCNP.
Hai cấu hình nạp tải nhiên liệu nhằm sử dụng hết 10 BNL hiện có cơ bản được tính toán, phân tích chi tiết về Vật Lý, Thủy nhiệt, khả năng sử dụng. Phương án 1 nạp tải 4 BNL mới sau đó là 6 BNL mới còn phương án 2 nạp tải 6 BNL mới sau đó là 4 BNL mới. Phương án 2 được ưu tiên vì đáp ứng tốt yêu cầu về an toàn do mật độ công suất trung bình thấp hơn, thời gian vận hành được kéo dài hơn tuy thông lượng neutron tại các vị trí chiếu mẫu có thấp hơn khoảng 6% so với phương án 1. Đồng thời phương án 2 được tiếp tục nạp tải theo bội số của 6 đối với nhiên liệu khi có thêm các BNL mới đến 36.
Chủ nhiệm đề tài cũng nhấn mạnh, các kết quả tính toán nhằm mục tiêu chính là định hướng cho thay đảo nhiên liệu vào tháng 3 hoặc tháng 4 năm 2021. Do đó, kết quả trên chỉ mang tính dự báo nên trước khi tiến hành thay đảo nhiên liệu sẽ cần phải tính toán toán lại thật chi tiết. Tuy nhiên, kết quả từ những tính toán này có tính định hướng rất tốt để có thể thực hiện cho quá trình thay đổi thật sự sau này.
Phương Linh
