Lo phan ung hat nhan la mot thiet bi đuoc dung đe khoi đong, duy tri va kiem soat phan ung hat nhan. Trong thuc te co hai loai lo chinh.

Lo phan ung hat nhan phat sinh nang luong nhiet la loai lo đuoc dung đe tao ra nhiet luong tu phan ung hat nhan dien ra o vung loi (vung hoat) cua lo. Đay la loai pho bien nhat, đen muc "lo phan ung hat nhan" thuong đuoc hieu la loai nay.
Lo phan ung hat nhan dung trong nghien cuu khoa hoc hoac che tao đong vi. Cac co so san xuat đong vi phong xa tien hanh phan ung hat nhan trong loai lo nay roi đem tach chiet ra nhung đong vi phong xa khac nhau va cung cap cho cac co so nghien cuu khoa hoc, đo luong, y te,...
Tai Viet Nam hien co 1 lo nghien cuu kieu IVV-9, đat tai Vien Nghien cuu Hat nhan Đa Lat. Cac lo phat nang luong đang trong ke hoach xay dung tai cac nha may đien hat nhan Ninh Thuan.
Nhien lieu hat nhan la cac đong vi co kha nang thuc hien phan ung hat nhan sinh nhiet. Trong ung dung thuc te hien nay chi co urani 235, urani 233 va plutoni 239 la đong vi co kha nang xay ra phan ung phan hach hat nhan kiem soat đuoc đe tao phan ung day chuyen. Phan ung tong hop deuteri→heli sinh nhiet cao, nhung chua kiem soat đuoc.
Lo phan ung hat nhan phat nhiet thuong đuoc su dung đe cung cap nang luong cho nha may phat đien, va mot so tau ngam, tau san bay, tau pha bang,... Đieu nay thuong thuc hien bang cach su dung nhiet tu phan ung hat nhan đe sinh hoi nuoc lam quay tuoc bin hoi nuoc.
Trong tu nhien tai cac mo urani cac đieu kien sinh quang co the ngau nhien tao ra vung nhat đinh trong tang quang urani co ham luong đu giau va khoi luong đu lon đe phan ung day chuyen hat nhan tu duy tri xay ra, tao ra lo phan ung phan hach hat nhan tu nhien. Đieu nay đa xay ra o mo urani Oklo tai nuoc Gabon vung trung chau Phi hoi 1,7 ty nam truoc đay. Phan ung day chuyen hat nhan đa duy tri trong mot vai tram ngan nam, đen khi ham luong Urani 235 giam xuong duoi muc kha di đe duy tri phan ung .


Nguyen tac hoat đong Cung nhu cac nha may đien thong thuong tao ra đien bang cach khai thac nang luong nhiet tu viec đot nhien lieu hoa thach, cac lo phan ung hat nhan bien đoi nang luong nhiet phat ra tu phan ung phan hach hat nhan.


= Su phan hach =
Trong tu nhien mot so hat nhan đong vi phong xa nang nhu Urani 235 hoac Plutoni 239 co kha nang xay ra phan ung phan hach hat nhan. Khi mot hat nhan nguyen tu nay hap thu mot neutron, no chuyen sang trang thai kich thich voi so nguyen tu luong tang 1, vi du 235U thanh 236U, sau đo chia tach thanh hai hoac nhieu hat nhan nhe hon, giai phong ra nhieu nang luong, buc xa gamma va khoang 2 - 3 neutron tu do; đuoc goi chung la san pham phan hach. Cac neutron sinh ra sau moi phan hach lai co the bi hap thu boi cac hat nhan o gan đo, lam xay ra phan hach tiep theo va cu the, su phan hach dien ra thanh phan ung day chuyen.
Tuy theo muc đo đe that thoat neutron ra khoi khoi vat lieu phan hach ma phan ung day chuyen dien ra theo cach khac nhau. Trong thuc te nguoi ta dung gia tri đinh luong bang so đac trung cho so neutron trung binh gay ra đuoc phan ung ke tiep trong khoi, va goi la he so nhan neutron hieu dung K. He so nay phu thuoc cac yeu to gom khoi luong, mat đo, hinh dang, muc đo lam giau, đo tinh khiet, nhiet đo, va moi truong xung quanh. Trong so đo khoi luong co vai tro quan trong, va khoi luong toi thieu can thiet đe duy tri phan ung day chuyen on đinh goi la khoi luong toi han.

Phan ung day chuyen tu tat: co K<1, so neutron giu đuoc trong khoi va gay phan ung it hon so can đe duy tri nhu cu. Cac phan ung xay ra o muc "vet", voi so luong ty le voi khoi luong đong vi phan hach co trong khoi.
Phan ung day chuyen tu duy tri: co K=1, so neutron giu đuoc trong khoi va gay phan ung bang so can đe duy tri phan ung. Đay la trang thai can duy tri trong lo phan ung hat nhan.
Phan ung day chuyen bung no: co K>1, so neutron giu đuoc trong khoi va gay phan ung lon hon so can đe duy tri phan ung, lam cho so phan ung tang theo cap so nhan. Trang thai nay co the đay he thong thanh mat kiem soat, dan đen bung no, va đuoc ung dung trong che tao bom hat nhan.
Trong lo phan ung thi khoi luong vat lieu phan hach đuoc bo tri o muc khoi luong toi han, va thuc hien kiem soat va đieu chinh ve đung muc K=1 bang cac khoi vat lieu cua hai dang tac đong toi neutron:

phan xa hoac/va lam cham neutron đe tang so neutron hoat đong;
hap thu neutron đe giam so neutron hoat đong, thuong dung la than chi.
Thong thuong thi khoi phan xa - lam cham đuoc bo tri co đinh o buong phan ung cua lo, con cac hap thu neutron
đuoc đieu chinh o vi tri thich hop va chinh xac. Khi co su co thi cac khoi hap thu đuoc đay sau vao vung vat lieu phan hach, hap thu nhieu neutron, đay he so ve K<1 lam tat phan ung.
Cac nguyen lieu hap thu neutron thuong đuoc su dung nhu nuoc nhe (75% cac lo phan ung tren the gioi) than chi ran (20%) va nuoc nang (5%). Beryli cung đa tung đuoc su dung trong mot so kieu thi nghiem, va hydrocarbon đa tung đuoc đe xuat su dung đe duy tri trang thai on đinh.


= Phat nhiet =
Loi lo phan ung tao ra nhiet theo mot so buoc sau:

Đong nang cua san pham tu phan ung phan hach đuoc chuyen đoi thanh nhiet nang khi nhung hat nhan đo va cham vao nhung nguyen tu gan đo.
Mot so tia gamma tao ra tu phan ung phan hach đuoc lo phan ung hap thu, va nang luong đo đuoc bien đoi thanh nhiet.
Nhiet nang tao ra tu su phan ra phong xa cua san pham va nguyen lieu cho phan ung nhiet hach đo đuoc kich hoat boi su hap thu neutron. Nguon nhiet phong xa đo se con du cho truong hop lo phan ung tam ngung hoat đong.
1 kilogram đong vi urani-235 (U-235) chuyen đoi qua qua trinh phan ung hat nhan giai phong ra xap xi 3 trieu lan luong nang luong ma 1 kilogram than đa đuoc đot chay mot cach thong thuong (
  
    
      
        7.2
        ×
        
          10
          
            13
          
        
      
    
    {\displaystyle 7.2\times 10^{13}}
  
 jun/kilogram cua uranium-235 so voi 
  
    
      
        2.4
        ×
        
          10
          
            7
          
        
      
    
    {\displaystyle 2.4\times 10^{7}}
  
 jun/kilogram cua than đa).


= Lam mat =
Chat lam mat lo phan ung hat nhan—thuong la nuoc nhung đoi khi la khi hoac kim loai long (nhu natri long) hoac muoi nong chay—đuoc luu thong qua loi lo phan ung đe hap thu nhiet ma no tao ra. Nhiet đuoc mang đi tu lo phan ung va sau đo đuoc su dung đe tao hoi nuoc. Hau het cac he thong lo phan ung su dung mot he thong lam mat đuoc tach biet vat ly voi nuoc se đuoc đun soi đe tao ra hoi ap suat cho cac tuabin, giong nhu lo phan ung nuoc đieu ap. Tuy nhien, trong mot so lo phan ung, nuoc cho tua bin hoi đuoc đun soi truc tiep boi loi lo phan ung; vi du lo phan ung nuoc soi.


= Kiem soat phan ung =
Viec đieu khien nay đuoc thuc hien boi cac thanh đieu khien che tao bang vat lieu hap thu neutron nhu cadmi.
Khi so neutron trong lo tang len qua nhieu (k>1), nguoi ta cho cac thanh đieu khien ngap sau vao khu vuc chua nhien lieu phan hach đe hap thu neutron thua. Nang luong toa ra trong lo phan ung se khong đoi theo thoi gian.


= Đien nang =
Nang luong giai phong trong qua trinh phan hach tao ra nhiet, mot phan trong đo co the đuoc chuyen đoi thanh nang luong su dung đuoc. Mot phuong phap pho bien nham khai thac nang luong nhiet nay la su dung no đun soi nuoc, tao ra hoi nuoc ap suat cao ma sau đo se quay mot tua bin hoi nuoc va tao ra đien.


Nhan vien trong nha may đien hat nhan Nha may đien hat nhan thuong su dung chi duoi mot nghin nguoi moi lo phan ung (bao gom ca nhan vien bao ve va cac ky su).


Cac loai nha may đien hat nhan Cach phan loai
Lo phan ung hat nhan đuoc phan loai theo mot so phuong phap nhu sau:

Phan loai theo muc đich su dung
Phan loai theo chat lam cham
Phan loai theo nang luong cua neutron
Phan loai theo cong suat
Phan loai theo the he lo
Phan loai theo loai hinh phan ung hat nhan
Phan loai theo chat đieu tiet
Phan loai theo chat lam mat
Neu phan theo loai hinh phan ung thi chung ta co 5 kieu lo phan ung hat nhan:

Lo nuoc nhe
Lo nuoc nang
Lo khi nhiet đo cao
He lo dung may gia toc
Lo noron nhanh


Đieu khien va van hanh Nhien lieu phan hach trong phan lon cac lo phan ung la U235 hay Pu239.
Nho vao kha nang hap thu neutron tot nen Bo đuoc ung dung vao đieu khien va van hanh lo phan ung hat nhan đe đua lo ve trang thai can bang (k =1)
Co 2 cach đieu khien lo phan ung hat nhan: Đieu khien bang dung dich (axit Bo) va đieu khien bang co hoc (Bang chuyen đong cua cac thanh đieu khien)
Đieu khien bang dung dich axit Bo la qua trinh đieu khien lau dai, cham. Khi lo bat đau hoat đong thi nong đo cua Bo o muc 9g/kg va toi cuoi thoi gian van hanh cua nha may, nong đo nay dan toi 0.
Đieu khien co hoc bang viec cho thanh đieu khien trong đo co chua Bo chuyen đong len hoac xuong vung hoat cua lo phan ung. Đieu khien nay thuong nham thay đoi nhanh chong trang thai cua lo.
Thanh nhien lieu cua lo phan ung hat nhan đuoc lam o dang dai ben ngoai đuoc boc kin bang kim loai co nhiet đo nong chay cao, ben trong la nhien lieu. Nhien lieu đuoc lam thanh cac vien tru roi nhau, o giua co 1 lo nho. O đinh cua thanh nhien lieu co 1 khoang nho nham chua cac san pham khi sinh ra trong qua trinh lam viec.
O cac lo the he sau hien đai hon nhu lo PWR-1200 thi trong thanh nhien lieu con co chua them thanh phan Cd, no giup lo hoat đong hieu qua va an toan hon.
Chat lam mat (chat tan nhiet) chay xung quanh cac thanh nhien lieu lay nhiet va lam mat thanh nhien lieu.
Chat lam cham neutron cung đuoc sap xep xen ke thich hop trong lo sao cho moi lan phan hach bao gio cung co it nhat mot neutron tiep tuc gay ra mot phan hach khac., trong lo PWR thi chat lam mat, chat lam cham đeu la nuoc. O mot so lo khac la graphit (than chi), nuoc nang, beryli...
Trong mot so tinh huong can dung lo khan cap thi thanh đieu khien đuoc sap xuong toi đa, dung dich axit Bo đuoc bom vao vung hoat cua lo.
Khi lo bat đau hoat đong,thi so neutron tu sinh ra la rat it, no khong đu đe gay ra phan ung day chuyen. Nguoi ta đa dung phan ung cua Heli đe sinh ra nhung dong Netron kich thich cho phan ung day chuyen.
Đong nang cua cac manh phan hach va neutron đuoc bien đoi thanh nang luong nhiet. Thanh thu, lo phan ung la mot nguon nhiet khong lo co the tao ra nhung nhiet đo rat cao. Nhiet luong tao ra đuoc mot chat tai nhiet tai đi theo cac ong dan chay qua vung trung tam lo (chat tai nhiet co the la nuoc, kim loai(Natri), hoac khi(CO2), Chi,). Trong nhieu truong hop nguoi ta dung nuoc la chat lam cham, đong thoi lam chat tai nhiet.


Tham khao 9. Phan loai cac kieu lo phan ung hat nhan http://khoahoc.tv/phan-loai-cac-lo-phan-ung-hat-nhan-65346