Kiểm chứng hệ mô phỏng tương tác chuyển tiếp thời gian thực cho lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu Đà Lạt

g Đà Lạt. Các kết quả (server) sẽ trả lại các thông số đã được tính toán 
kiểm chứng cũng được trình bày và thảo luận. để tiếp tục quá trình mô phỏng.
 Các mô-đun lõi vật lý, mô-đun điều khiển và mô-
 đun giao diện người dùng được miêu tả chi tiết 
2. PHÁT TRIỂN HỆ CHƯƠNG TRÌNH MÔ 
PHỎNG trong các phần tiếp theo của báo cáo.
Hệ chương trình DalatSim được thiết kế bao gồm 2.1. Mô-đun lõi vật lý
hai mô-đun chính: mô-đun lõi vật lý và mô-đun Lõi vật lý được xây dựng dựa trên chương trình 
thi hành. Các mô-đun trao đổi dữ liệu cần thiết tính toán RELAP5/MOD3.3. RELAP5 là một 
với nhau để xây dựng nên một hệ chương trình chương trình phân tích hệ thống thủy nhiệt ước 
mô phỏng hoàn chỉnh. Hình 1 miêu tả chức năng lượng tốt nhất được sử dụng rộng rãi cho nhiều 
và sự liên kết về mặt trao đổi dữ liệu của các mô- hệ mô phỏng lò phản ứng thời gian thực [4, 7-9]. 
 Số 67 - Tháng 6/2021 15
 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
 Hình 1. Sơ đồ thiết kế của hệ chương trình mô phỏng chuyển tiếp thời gian thực 
 cho Lò phản ứng Đà Lạt (DalatSim)
 Việc hiệu lực hóa chương trình với các đặc trưng MOD3.3 (viết bằng ngôn ngữ FORTRAN77) để 
 động học và thủy nhiệt của Lò phản ứng Đà Lạt giải quyết vấn đề này (Hình 1). Lớp giao diện này 
 đã được thực hiện bằng cách so sánh với số liệu có khả năng truy cập trực tiếp vào bộ nhớ, truy 
 thực nghiệm [10]. Tuy nhiên để phát triển mô- xuất và thay đổi tất cả các biến tính toán của RE-
 đun lõi vật lý cho hệ chương trình mô phỏng, LAP5/MOD3.3. Việc trao đổi dữ liệu từ lõi vật lý 
 các công việc cần thiết cần được tiến hành nhằm tới các mô-đun khác của hệ chương trình cũng sẽ 
 khai thác các đặc trưng và khả năng tính toán của dễ dàng hơn với phương pháp ghép nối này. 
 chương trình. Mặc dù chương trình RELAP5 là 
 Mô hình nốt hóa của Lò phản ứng Đà Lạt được 
 một công cụ rất tốt cho việc mô phỏng lò phản 
 dựa trên mô hình đã được sử dụng trong Báo cáo 
 ứng, một số tính năng của chương trình cần được 
 phân tích an toàn (SAR) cho Lò phản ứng Đà 
 chỉnh sửa và cải thiện để có thể đáp ứng được các 
 Lạt năm 2012 [11]. Vùng hoạt lò phản ứng được 
 yêu cầu thiết kế của một hệ mô phỏng.
 chia thành hai kênh bao gồm kênh nóng và kênh 
 Đầu tiên, chương trình RELAP5/MOD3.3 không trung bình. Kênh nóng biểu diễn cho kênh nóng 
 có khả năng mô phỏng thời gian thực. Chương nhất trong vùng hoạt tương ứng kênh làm mát có 
 trình con tính toán chuyển tiếp của chương trình thông lượng nhiệt cực đại. Kênh trung bình biểu 
 (tran) đã được tùy biến để đảm bảo tính năng diễn cho các phần còn lại của các kênh làm mát. 
 này. Thứ hai, người dùng một cách cơ bản không Mỗi kênh được mô hình hóa thành ba tấm nhiên 
 thể tương tác với chương trình trong thời gian liệu và bốn khe chảy của chất làm mát tương ứng 
 thực ngoài việc chuẩn bị các tập tin đầu vào, chạy với thiết kế của bó nhiên liệu VVR-M2. Các ống 
 chương trình và phân tích kết quả tính toán từ của hệ thống làm nguội vòng I và bể lò được chia 
 tập tin đầu ra. Việc chuẩn bị các tập tin đầu vào thành những thể tích có các đặc trưng động học 
 để miêu tả toàn bộ các trạng thái vận hành của Lò tương tự nhau.
 phản ứng Đà Lạt là không thực tiễn. Do đó, một 
 Cuối cùng, một lỗi xuất hiện bên trong mô-đun 
 lớp giao diện viết bằng ngôn ngữ C++ đã được 
 tính toán động học lò điểm của chương trình 
 thiết kế và ghép nối với chương trình RELAP5/
 RELAP5/MOD3.3 dẫn đến việc tính toán đường 
16 Số 67 - Tháng 6/2021
 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
cong công suất cho kết quả phi vật lý trong trường sự cố về công suất, chu kỳ lò và các thông số công 
hợp tính toán với các bước thời gian nhỏ [12]. nghệ dựa trên các giới hạn an toàn vận hành thực 
Để khắc phục lỗi này, mô-đun động học lò điểm tế của Lò phản ứng Đà Lạt.
đã được thay thế bằng bộ giải SUNDIALS [13]. 
 2.3. Mô-đun giao diện người dùng
Việc ghép nối đã được kiểm chứng với các bài 
toán chuẩn và chứng minh cho kết quả tính toán Công nghệ lập trình giao diện WPF (Windows 
chính xác tới chín chữ số thập phân so với các Presentation Foundation) của Microsoft đã được 
bài toán chuẩn [14]. Chương trình ghép nối với lựa chọn để thiết kế mô-đun giao diện người 
tên gọi RELAP/SUNDIALS không chỉ giúp khắc dùng cho hệ chương trình nhờ vào các tính năng 
phục được lỗi trên mà còn cải thiện khả năng tính lập trình giao diện linh hoạt [16]. Công nghệ này 
toán chính xác của lõi vật lý. chưa từng được sử dụng để xây dựng giao diện 
 cho các hệ chương trình mô phỏng lò phản ứng 
2.2. Mô-đun điều khiển
 hạt nhân trên thế giới trước đây. Mô-đun giao 
Mô-đun điều khiển của DalatSim được xây dựng diện người dùng được thiết kế giống như bàn 
với nhiều chức năng linh hoạt hơn thay vì sử điều khiển thực tế của Lò phản ứng Đà Lạt. Tất 
dụng các thẻ đặc trưng “control variable” và “trip” cả các đặc điểm thiết kế và chức năng của từng 
với nhiều tính năng bị hạn chế của chương trình thành phần của bàn điều khiển được giữ không 
RELAP5/MOD3.3. Mô-đun này xử lý tất cả các đổi nhằm tạo cảm giác trung thực cho người 
logic điều khiển và bảo vệ lò phản ứng trong quá dùng khi sử dụng hệ mô phỏng. Hình 2 miêu 
trình mô phỏng. Mô-đun được thiết kế dựa trên tả một phần của mô-đun giao diện người dùng. 
mạch logic điều khiển của hệ thống điều khiển và Mô-đun bao gồm một số mô-đun nhỏ sau:
bảo vệ thực tế của Lò phản ứng Đà Lạt. Sử dụng - Một giao diện bàn điều khiển cho phép người 
kỹ thuật lập trình hướng đối tượng, mô-đun điều dùng thực hiện các thao tác vận hành như khởi 
khiển được xây dựng thành các lớp đối tượng viết động lò, nâng hạ các thanh điều khiển cũng như 
bằng ngôn ngữ C# trên nền tảng công nghệ .Net dừng lò theo kế hoạch hoặc dập lò khi sự cố xảy 
Core, một thư viện mã nguồn mở mới và đa nền ra (Hình 2);
tảng của Microsoft [15].
 - Ba trang màn hình biểu diễn các thông số vận 
Đối với việc mô phỏng các thanh điều khiển bù hành quan trọng, các thông số công nghệ và trạng 
trừ, thanh an toàn và thanh điều khiển tự động, thái tín hiệu của hệ thống điều khiển và bảo vệ lò 
phương pháp nội suy tuyến tính được sử dụng để phản ứng (Hình 2);
tính toán độ phản ứng đưa vào dựa vào vị trí hiện 
 - Một giao diện khối đặt ngưỡng bảo vệ cảnh báo, 
tại của mỗi thanh bên trong vùng hoạt lò phản sự cố theo công suất và đặt mức điều khiển công 
ứng. Bảng tra cứu độ phản ứng dự trữ cho cấu suất và chu kỳ cho việc điều khiển tự động;
hình làm việc của Lò phản ứng Đà Lạt vào ngày 
 - Một giao diện điều khiển cho phép người dùng 
28 tháng 11 năm 2011 đã được sử dụng để làm số 
 lựa chọn và khởi động các bài tập vận hành bình 
liệu nội suy. Phương pháp nội suy tuyến tính cũng 
 thường hoặc bài tập sự cố giả định;
được ứng dụng bên trong mô-đun điều khiển để 
tính toán độ phản ứng bù trừ do hiệu ứng nhiễm - Hai đồ thị xu hướng biểu diễn các thông số vận 
độc Xenon từ số liệu đường cong thực nghiệm và hành quan trọng theo thời gian thực cho mục 
tính toán của Lò phản ứng Đà Lạt. Đối với chức đích phân tích kết quả mô phỏng;
năng bảo vệ lò phản ứng, mô-đun điều khiển có - Một giao diện hướng dẫn sử dụng hệ chương 
thể mô phỏng việc tạo ra các tín hiệu cảnh báo và trình.
 Số 67 - Tháng 6/2021 17
 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
 Hình 2. Bàn điều khiển và hai màn hình biểu diễn thông số của mô-đun giao diện người dùng 
 3. KIỂM CHỨNG HỆ CHƯƠNG TRÌNH MÔ bằng tay;
 PHỎNG
 - Duy trì công suất lò tại mức công suất 0,5% bằng 
 Để đánh giá khả năng tính toán của hệ chương thanh điều khiển tự động ở chế độ điều khiển tự 
 trình DalatSim, việc kiểm chứng đã được thực động;
 hiện bằng cách mô phỏng lại quy trình khởi động 
 - Nâng công suất lò đến mức công suất 50% bằng 
 của Lò phản ứng Đà Lạt. Quy trình khởi động 
 các bước sau:
 bao gồm các bước đưa lò phản ứng từ trạng thái 
 dưới tới hạn lên đến trạng thái tới hạn, nâng công • Đặt mức giá trị ngưỡng sự cố công suất cao 
 suất lò tới các mức vận hành yêu cầu bao gồm hơn 10% so với mức công suất cần đạt;
 0,5%, 50%, 80% và cuối cùng là 100% công suất • Đặt mức giá trị công suất điều khiển tự động 
 danh định (500 kW). Tất cả thao tác trong quá bằng với mức công suất cần đạt;
 trình mô phỏng quy trình khởi động lò đều tuân 
 • Điều khiển thanh tự động ở chế độ điều khiển 
 theo quy phạm vận hành của Lò phản ứng Đà 
 bằng tay để nâng công suất lò đến mức công 
 Lạt, bao gồm các bước sau [17]:
 suất cần đạt sao cho chu kỳ lò không được nhỏ 
 - Rút lần lượt hai thanh điều khiển an toàn ra hơn 70 giây;
 khỏi vùng hoạt;
 • Duy trì công suất lò tại mức công suất cần đạt 
 - Đặt mức giá trị điều khiển tự động của công bằng thanh điều khiển tự động ở chế độ điều 
 suất và chu kỳ lần lượt là 0,5% và 70 giây một cách khiển tự động;
 tương ứng;
 - Chờ lò phản ứng làm việc trong vòng 5 phút tại 
 - Đưa lò phản ứng từ trạng thái sâu dưới tới hạn mức công suất 50%;
 đến trạng thái tới hạn bằng cách rút các thanh 
 - Nâng công suất lò đến mức công suất 80% bằng 
 điều khiển bù trừ;
 các bước giống như trên;
 - Nâng công suất lò đến mức công suất 0,5% bằng 
 - Chờ lò phản ứng làm việc trong vòng 10 phút tại 
 thanh điều khiển tự động ở chế độ điều khiển 
 mức công suất 80%;
18 Số 67 - Tháng 6/2021
 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
- Nâng công suất lò đến mức công suất 100% bằng Bảng 1. Thời gian (giây) đạt các mức công suất 
các bước giống như trên; vận hành yêu cầu
Kết quả tính toán công suất lò phản ứng từ hệ 
chương trình DalatSim đã được so sánh với số 
liệu công suất vận hành thực tế của Lò phản ứng 
Đà Lạt. Số liệu vận hành được trích từ mô-đun 
 Bảng 2. Thời gian (giây) duy trì ở các mức công 
lưu trữ, chẩn đoán thông tin (ADR) của hệ thống 
 suất vận hành yêu cầu
điều khiển và bảo vệ của Lò phản ứng Đà Lạt. 
Quy trình khởi động kéo dài trong 3290 giây, bắt 
đầu từ 8:00:10 đến 9:00:00 ngày 10 tháng 06 năm 
2019.
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả so sánh giữa công suất lò phản ứng tính 
toán từ DalatSim và số liệu công suất vận hành 
thực tế được trình bày và thảo luận trong phần 
này. Bảng 1 và 2 cho thấy sự khác nhau giữa thời 
gian đạt các mức công suất vận hành yêu cầu và Hình 3. Kết quả so sánh đường cong công suất 
thời gian duy trì ở các mức công suất 50% và tính toán với số liệu công suất vận hành thực tế 
80%. Hình 3 minh họa đường cong công suất mô quá trình khởi động lò
phỏng và số liệu vận hành thực tế. 
Thời gian đạt các mức công suất vận hành yêu 5. KẾT LUẬN
cầu và thời gian duy trì ở các mức công suất 50%, 
80% phụ thuộc vào kinh nghiệm của kỹ sư vận Kết quả kiểm chứng cho thấy khả năng tính toán 
hành. Trên thực tế, các kỹ sư thường vận hành của DalatSim có thể đáp ứng được yêu cầu mô 
lò với thông số chu kỳ lò cao hơn để đảm bảo an phỏng chuyển tiếp thời gian thực cho Lò phản 
toàn, dẫn đến thời gian đạt các mức công suất sẽ ứng Đà Lạt. Việc kiểm chứng cũng chứng tỏ Da-
lâu hơn như trên Hình 3. Đối với trường hợp mô latSim có thể là công cụ phù hợp để hỗ trợ hiệu 
phỏng, lò được vận hành với chu kỳ lò thấp hơn quả trong việc huấn luyện cơ bản cho nhân viên 
nhưng vẫn cao hơn giới hạn 70 giây tuân theo vận hành lò, đào tạo về hạt nhân cho các học viên 
quy phạm vận hành, dẫn đến thời gian đạt các đến từ các đơn vị trực thuộc VINATOM cũng 
mức công suất ngắn hơn. Hình 3 cũng cho thấy như các sinh viên từ các trường đại học. Ngoài 
hai đường cong công suất không hoàn toàn khớp ra, việc nghiên cứu xây dựng hệ mô phỏng còn 
nhau nhưng giống nhau về hình dạng. Điều đó đóng góp một phần tích cực cho việc phát triển 
chứng tỏ DalatSim có khả năng mô phỏng một năng lực mô hình hoá và mô phỏng lò phản ứng 
quy trình khởi động của Lò phản ứng Đà Lạt hạt nhân nghiên cứu ở Việt Nam trong tương lai.
theo thời gian thực. Hệ chương trình mô phỏng 
 Cao Thanh Long và cộng sự
có thể duy trì một cách tự động công suất lò phản 
ứng tại mỗi mức công suất vận hành như theo kỳ Trung tâm Hạt nhân TP. Hồ Chí Minh
vọng, được minh họa rõ ràng trên Hình 3. 
 Số 67 - Tháng 6/2021 19
 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
 RELAP5/MOD3.2 for the DNRR”, Proceedings of 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO
 JAEA Conf. 2006-001, 2006.
 [1] International Atomic Energy Agency, “Selec-
 [11] Viện Nghiên cứu hạt nhân, “Báo cáo phân 
 tion, Specification, Design and Use of Various 
 tích an toàn Lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu Đà 
 Nuclear Power Plant Training Simulators”, IAEA-
 Lạt (SAR)”, 2012.
 TECDOC-995, 1998.
 [12] T. Hamidouche and A. Bousbia-Salah, “As-
 [2] Ricardo Pinto de Carvalho, José Rubens 
 sessment of RELAP5 point kinetic model against 
 Maiorino Ricard, “A Research Reactor Simu-
 reactivity insertion transient in the IAEA 10MW 
 lator for Operators Training and Teaching”, 
 MTR research reactor”, Nuclear Engineering and 
 PHYSOR-2006, ANS Topical Meeting on Reactor 
 Design, 240(3), 672–677, 2010.
 Physics, 2006.
 [13] A. C. Hindmarsh, P. N. Brown, K. E. Grant, 
 [3] Kwon Kee-Choon, Baang Dane, Park Jae-
 S. L. Lee, R. Serban,D. E. Shumaker, and C. S. 
 Chang, Lee Seung-Wook, Bae Sung Won, “De-
 Woodward, “SUNDIALS: Suite of nonlinearand 
 velopment of research reactor simulator and its 
 differential/algebraic equation solvers”, ACM 
 application to dynamic test-bed”, International 
 Transactions on Mathematical Software (TOMS), 
 Electronic Journal of Nuclear Safety and Simula-
 31(3), 363–396, 2005.
 tion, 5(2), 144-148, 2014.
 [14] T. H. Truong, T. L. Cao, D. P. Huynh, M. 
 [4] K. D. Kim, Rizwan-uddin, “A web-based nu-
 D. Ho, “Development of a Real-time Simulation 
 clear simulator using RELAP5 and LabVIEW”, 
 RELAP/SUNDIALS Code for Dalat Nuclear Re-
 Nuclear Engineering and Design, 237, 1185–
 search Reactor”, accepted abstract, 22nd IEEE 
 1194, 2007.
 Real Time Conference, 2020.
 [5] 
 [15] https://wwwdocs.microsoft.com/en-us/dot-
 [6] R. Fielding, J. Gettys, J. Mogul, H. Frystyk, L. net/core/introduction
 Masinter, P. Leach, and T. Berners-Lee, “RFC2616: 
 [16] https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/
 Hypertext Transfer Protocol -- HTTP/1.1”, RFC 
 framework/wpf/
 Editor, USA, 1999.
 [17] Viện Nghiên cứu hạt nhân, “Quy phạm vận 
 [7] M. Lin, Y. Su, R. Hu, R. Zhang, and 
 hành Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt”, 2015.
 Y. Yang, “Development of a thermal–hydrau-
 lic system code for simulators based on RELAP5 
 code”, Nuclear Engineering and Design, 235(6), 
 675–686, 2005.
 [8] C. M. Allison, B. S. Allison, U. Luettringhaus, 
 and J. K. Hohorst, “Application of RELSIM-RE-
 LAP/SCDAPSIM for University Training and 
 Simulator Development”, 18th International 
 Conference on Nuclear Engineering, 2, 425–430, 
 ASMEDC, China, 2010.
 [9] M. Tatsumi, K. Tsujita, K. Sato, and Y. Tamari, 
 “GRAPE: Graphical RELAP/ SCDAPSIM Analy-
 sis Platform for Education and Engineering”, 24th 
 International Conference on Nuclear Engineer-
 ing, American Society of Mechanical Engineers, 
 USA, 2016.
 [10] L. V. Vinh and H. T. Nghiem, “Application of 
20 Số 67 - Tháng 6/2021