3.2.2 Технологический радиационный контроль

Основной задачей технологического радиационного контроля (ТРК), как уже отмечалось является контроль источников излучения и источников образования радиоактивных отходов. Основным предметом контроля является первый контур, а также другие контура и системы. ТРК позволяет контролировать состояние активной зоны и своевременно обнаружить появление неплотности оболочек твэлов, прогнозировать активность ЖРО и состояние радиационной обстановки на АЭС. Выделяют интегральный и дифференциальный контроль состояния активной зоны. Интегральный контроль или интегральная оценка состояния активной зоны реактора позволяет следить за характером и степенью разгерметизации оболочек твэлов в среднем по всей активной зоне и позволяет прогнозировать изменение состояния при эксплуатации. Дифференциальный контроль проводится с целью оценки поведения отдельных тепловыделяющих сборок с негерметичными твэлами и определение возможностей их дальнейшей эксплуатации.

Интегральная оценка состояния активной зоны основана на современном представлении о поступлении продуктов деления в теплоноситель через дефект в оболочке твэла.

На основании имеющегося опыта наблюдений за состоянием активной зоны можно установить контрольные значения удельной активности продуктов деления и соотношений активности коротко – и долгоживущих радионуклидов теплоносителя, соответствующие различным степеням разгерметизации оболочек твэлов. Например, для АЭС с РБМК-1000 при первой степени разгерметизации, то есть при появлении микротрещин в оболочке, удельная активность йода и РБГ лежит в пределах 5*10^-9 – 5*10^-7 Ки/кг, а при второй степени разгерметизации (нераскрытые макротрещины) она составляет 5*10^-7 Ки/кг. Для оценок состояния активной зоны реактора в первую очередь необходимо определить концентрацию йода и РБГ в теплоносителе. Это делают путем спектрометрического анализа проб теплоносителя. Для этого используются спектрометры гамма-излучения с полупроводниковым Ge(Li) детектором. Присутствие в пробе тех или иных радионуклидов определяют по пикам полного поглощения энергии гамма-квантов нуклида, а концентрацию нуклида в теплоносителе – по высоте пика или площади под пиком в аппаратурном спектре гамма-излучения пробы. Пример спектра показан на рис. 55.

Рис. 55. Пример спектра проб теплоносителя

Определение активности i нуклида в пробе по известной площади под пиком S полного поглощения энергии гамма-квантов определяется следующим образом

где: - эффективность регистрации гамма-квантов данной энергии, характерной для i-го нуклида,

G – геометрический коэффициент, учитывающий условия измерения,

М – масса пробы,

t - время от момента отбора пробы до момента измерения (предполагается, что продолжительность отбора пробы и измерения гамма- спектра много меньше Т_1/2 i – го нуклида).

Анализ спектра затруднен тем, что в пробе присутствуют не только продукты деления, но и продукты коррозии. Из-за них пики полного поглощения в ряде случаев перекрываются. Выделить сведения о радионуклидах йода, в котором присутствуют также РБГ, оказывается практически невозможным, поэтому предусматривают специальную обработку пробы перед измерением в спектрометре. Например, если представляет интерес долгоживущие радионуклиды, то пробу попросту выдерживают с целью распада короткоживущих нуклидов. Если же проба взята для оценки состояния активной зоны, то интерес представляют короткоживущие и долгоживущие нуклиды, то есть выдерживать пробу нельзя. В этом случае из нее выделяют радионуклиды йода либо с помощью четыреххлористого углерода либо путем групповой хроматографии на селективных сорбентах.

Анализ концентрации РБГ производится путем отбора пробы в герметичный объем. Разработаны также беспробоотборные методы измерения концентрации продуктов деления теплоносителя, например, для определения концентрации йода-134 используют каскадный сцинтилляционный гамма спектрометр, собранный по схеме совпадений.

Разгерметизация оболочек твэл характеризуется повышением концентрации продуктов деления в теплоносителе выше некоторого начального уровня, обусловленного загрязнением оболочек материалами топливной композиции. Особенности техники этого анализа обусловлены типом реактора. Например, на станциях с РБМК концентрация продуктов деления определяется с помощью детектора, установленного около трубопровода теплоносителя. Используется сцинтилляционный счетчик с кристаллом NaI(Tl) установленный на тележке в защите свинца. Тележка перемещается вдоль ряда труб отводящих пароводяную смесь от технологических каналов в барабан-сеператор. Регистрируются уровень гамма-излучения от каждой трубы. Превышение значения сигнала, от какой либо трубы над его среднем значением от всех труб указывает на то, что в технологическом канале, соответствующем данной отводящей пароводяную смесь в трубе, находится тепловыделяющая сборка с негерметичным твэлом. Пример приведен на рис. 56.

Рис. 56 Параметры спектрометра

На станциях с ВВР принята другая структура контроля герметичности оболочек твэлов. Постоянно регистрируются при работе реактора на мощности активность теплоносителя. Периодически проводят детальный нуклидный анализ продуктов деления в теплоносителе. Поиск дефектных ТВС выполняют на остановленном реакторе при снятой крышке. Дефектные ТВС извлекаются и анализируются на специальном стенде где их помещают в резервуар повышенного давления. Через неплотность оболочек вода поступает в твэл, а затем давление сбрасывают и отбирают пробу для последующего анализа.

Расположение детекторов радиометрического технологического контроля приведена на рис. 57.

Рис. 57. Расположение детекторов радиометрического технологического контроля

Контроль активности технологических сред в контурах выполняют путем анализа проб. Причем пробы жидких сред с высокой удельной активностью отбирают в специальные пробоотборники. Пробы с низкой удельной активностью отбирают с помощью ионообменной колонки, заполненной смешанным ионообменными материалами. Пробу газа отбирают в мерную емкость и если удельная активность ее велика, то анализ выполняется прямо в этой емкости. В случаи газа с низкой удельной активностью его отбирают, на какой либо общий или селективный сорбент, например, активированный уголь, цеолит и д.р. Анализ выполняется непосредственно на сорбенте.

Аэрозоли отбирают на фильтроэлемент из ткани Петрянова-Соколова.

Для анализа гамма- активности проб используются спектрометры с полупроводниковыми детекторами.

При отсутствии гамма-излучения используют бета- спектрометры или счетчики. Содержание альфа- активных нуклидов определяют с помощью альфа- спектрометров.

Примеры приборов и систем, используемых для технологического радиационного контроля, имеется в [35]. Так для измерения активности радионуклида I¹³² в теплоносителе первого контура может быть использован прибор РЖГ2-02 «Берест-1». Схема блока детектирования этого прибора приведена на рис.58.

Рис. 58. Схема блока детектирования

Схема анализа беспробоотборная с использованием каскадного анализатора гамма-излучения. Детекторы - сцинтилляционные.

Для контроля активности криптона-88 в теплоносителе первого контура может быть использован прибор УДЖГ-07Р (рис. 59). Детектор сцинтилляционный с кристаллом NaI(Tl).

Рис. 59. Прибор УДЖГ-07Р

Для анализа суммарной гамма- активности воды второго контура используется прибор РЖГ2-03 «Берест-2», который врезается в общий коллектор продувки парогенератора. Детектор - сцинтилляционный с кристаллом NaI(Tl).

Размещение детектора гамма-излучения свежего пара на паропроводе показано на рис. 57.

Рис. 57. Размещение детектора гамма-излучения свежего пара на паропроводе