К. А. АЛЕКСАНДРОВ1, К. В. ЛАТЫНИН1
В. Т. САМОСАДНЫЙ, М. С. ФАНЧЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Международный научно-технический центр (МНТЦ), Москва
ГАММА-ЭМИССИОННАЯ ЛОКАЦИЯ НЕГЕРМЕТИЧНЫХ
ТВЭЛОВ В СОСТАВЕ ТВС АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ
Предлагается простой неразрушающий метод для идентификации и определения координат разгерметизировавшихся твэлов облучённых тепловыделяющих сборок атомных реакторов путем порядного гамма-сканирования газосборников. Полученные формулы и предложенная методика позволят производить оперативный дистанционный контроль по месту эксплуатации для решения задач ремонта, безопасного хранения и транспортировки отработавшего топлива.
Неразрушающий контроль облучённого топлива атомных реакторов по месту эксплуатации на атомных электростанциях (АЭС) стал важнейшей операцией в программах связанных с научными исследованиями, лицензированием, мониторингом за выгружаемыми тепловыделяющими сборками (ТВС). Измерительные операции производятся под 2-4-метровым слоем воды в бассейнах выдержки АЭС на специальных стендах инспекции [1, 2].
Целями настоящей работы являются демонстрация принципиальной возможности применения томографических методик для бесконтактного поиска негерметичных твэлов в составе ТВС без нарушения целостности их конструкции, оценка величин полезных сигналов, отбор информативных критериев для задачи идентификации. Суть предлагаемого метода [3-5] состоит в том, что с помощью узкого коллиматора производятся сканирующие измерение общей активности ТВС в области газосборников твэлов. Сканирование может быть угловым (вращение ТВС перед неподвижным коллиматором), либо линейным (вдоль граней ТВС с коллиматором, направленным по осям рядов твэлов). Как будет показано ниже, при произведении порядного сканирования регистрация местоположения негерметичного твэла может быть произведена по пересечению пересекающихся рядов, в которых фиксируется аномальное уменьшение сигнала по сравнению с другими аналогичными (по количеству твэлов) рядами. Другим информативным критерием «аномальности ряда» может быть различие величины сигналов для одного и того же ряда при измерениях с его противоположных сторон. Важно отметить, что в сравнении с эмиссионной томографией для объектов с априори неизвестным расположением источников в данной задаче все геометрические координаты источников являются строго детерминированными, поскольку твэлы дистанционированы жесткими решетками, в особенности в концевых областях – газосборниках. Это существенно упрощает алгоритмы решения задач.
По оценкам полное время измерений при обследования ТВС по предлагаемым методикам составит около часа для ТВС РБМК, для ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 – 4 и 6 часов, соответственно. Важно отметить и то, что, поскольку идентификация базируется на сравнительных оценках, инспекцию ТВС с чехловой трубой (ВВЭР-440), можно производить, не снимая её.
Полученные относительно простые аналитические соотношения и выполненные по ним расчёты свидетельствуют о возможности успешного применения метода гамма-эмиссионной томографии для идентификации положения негерметичных твэлов в составе тепловыделяющих сборок без их разборки. Наиболее эффективным и не требующим специальной обработки сигналов этот метод может явиться для ТВС энергетических реакторов типа РБМК и исследовательских реакторов с небольшим числом твэлов (4-10 в сканируемом направлении). Для ТВС с большим количеством твэлов в рядах (ВВЭР-440, ВВЭР-1000, БН-600) применение этой методики также перспективно, но будет связано с необходимостью выполнения большего числа измерений и применением более точных расчётных моделей. При применении традиционных для томографии методик восстановления изображений по сечениям измерений возможно получение распределения давлений в твэлах по всей ТВС.
Список литературы
1. Александров контроль и ремонт облученных ТВС по месту эксплуатации на АЭС отечественного производства. Научная сессия МИФИ-2004. Сборник научных трудов. Т.8. М.: МИФИ, 2004. С. 155-156.
2. , , и др. Стенд инспекции в бассейне выдержки АЭС // Атомная энергия. Т. 2. Вып. 1. 1992. С. 22-25.
3. Александров негерметичных твэлов в составе ТВС и пути повышения эффективности методик. Научная сессия МИФИ-2004. Сборник научных трудов. Т. 8. М.: МИФИ, 2004. С. 153-154.
4. , , Кузелев компьютерная томография в атомной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1998.
5. Pavlov S. V., Lavrenyuk P. I., Aksyonov P. M. et al. Repair of the WWER-1000 fuel assemblies: technical aspects and experimental results. Proc. Technical Meeting on Poolside Inspection and Repair of Water Reactor Fuel, June 2003, Rez, Czech Rep. WM, TI-TM-25642, IAEA, Vienna. 2003.
