Разработка экспериментальных приборных средств и методик их применения для поиска и характеризации источников ионизирующего излучения в сложной радиационной обстановке (стр. 1 )

На правах рукописи

СМИРНОВ Сергей Всеволодович

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПРИБОРНЫХ СРЕДСТВ И МЕТОДИК ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ПОИСКА И ХАРАКТЕРИЗАЦИИ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СЛОЖНОЙ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКЕ

Специальность 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва - 2010

Работа выполнена в Российском научном центре «Курчатовский институт»

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

, РНЦ «Курчатовский институт»

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

, МИФИ

Доктор технических наук

, РНЦ «Курчатовский институт»

Ведущая организация: Институт проблем безопасного развития атомной

энергетики РАН (ИБРАЭ РАН)

Защита состоится «____»_________________________20 г. в _____часов на заседании диссертационного совета Д 520.009.06 при РНЦ «Курчатовский институт» г. Москва, пл. Академика Курчатова, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ «Курчатовский институт».

Автореферат разослан «__» __________ 20 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 520.009.06

д. т.н.

Актуальность. Большое число промышленных и исследовательских ядерных реакторов выработали свой проектный ресурс и выводятся из эксплуатации. В настоящее время проекты по выводу из эксплуатации остановленных реакторов и установок осуществляются как за рубежом (исследовательский реактор Siloe, Франция, газовый реактор Bugey-1 и водяной реактор BR-3, Бельгия, реактор на тяжелой воде WR-1, Канада и др.), так и в нашей стране (исследовательские реакторы в РНЦ КИ, ИТЭФ, ФЭИ, НИИАР и т. д.).

В процессе эксплуатации АЭС, ядерных реакторов и установок происходила активация элементов оборудования вследствие нейтронного облучения, а также внутреннее и наружное поверхностное радиоактивное загрязнение технологического оборудования, например, трубопроводов охлаждающих контуров, насосов, вентилей и т. д.

Мощность экспозиционной дозы (МЭД) в технологических помещениях реактора создаётся как прямым излучением загрязненного оборудования, так и рассеянным излучением от стен помещений и размещенного в нем оборудования. Поэтому обнаружение в таких условиях высоко активных источников традиционными методами и средствами, такими как изотропная радиометрия, малоэффективно и сопряжено с повышенными дозовыми нагрузками на персонал.

В приреакторных хранилищах исследовательских реакторов и временных хранилищах установок накоплено большое количество высокоактивных радиоактивных отходов (РАО). Во многих случаях информация о том, что размещено в таких хранилищах отсутствует. Извлечение этих радиоактивных отходов из хранилищ, их идентификация, упаковка в контейнеры, паспортизация одна из сложнейших задач при проведении работ по подготовке реакторов к демонтажу. Из-за высокой активности отходов невозможно проводить такие работы без применения дистанционно управляемых технических средств и измерительных систем.

Кроме этого существует вероятность радиоактивных загрязнений в связи с возможностью аварий на атомных станциях и других ядерно-опасных объектах, а также угрозы ядерного терроризма, несанкционированного перемещения ядерных материалов и радиоактивных изотопов.

Примером чрезвычайных ситуаций могут служить аварии на атомных станциях (Three Mile Island 1979г, ЧАЭС 1986г.), на предприятиях атомной промышленности (ПО «Маяк» 1957г. и др.) Опыт работ по ликвидации последствий аварий показал, что общепринятые методы и измерительные средства недостаточны для поиска и локализации радиоактивных источников. Это связано с тем, что сложные поля излучений, создаваемые радиоактивным загрязнением, часто приводили к неправильной интерпретации проведенных измерений и иногда делали полностью невозможными применение их результатов. Это приводит к ошибкам в выборе правильных и безопасных путей проведения дезактивационных работ.

В последнее время исследовательская активность в этой области направлена на создание портативных дистанционно управляемых измерительных приборов и систем для поиска и идентификации источников излучений, измерения пространственного распределения радиоактивного загрязнения оборудования и помещений реакторов, установок и горячих камер, оснащение такими приборами дистанционно управляемых механизмов и робототехнических средств.

Сравнительно малые размеры и вес таких приборов позволяют использовать их не только в исследовательских лабораториях, но и в насыщенных оборудованием помещениях с сильным радиоактивным загрязнением. Дистанционно управляемые от компьютера измерительные системы могут работать в автоматическом режиме без присутствия персонала непосредственно в загрязненных помещениях. Применение таких систем и приборов позволит значительно снизить дозовые нагрузки на персонал.

Цель работы. Разработка и создание дистанционно управляемых приборных средств для поиска и характеризации источников гамма излучений в сложной радиационной обстановке с целью снижения облучения персонала; оснащение такими приборами дистанционно управляемых механизмов и робототехнических средств; экспериментальные исследования по определению параметров приборных средств; разработка методик их применение для проведения обследований хранилищ отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и РАО; измерении активности и спектрального состава ОЯТ и РАО в пеналах или контейнерах; использовании этих приборов для проведения измерений распределения радиоактивного загрязнения в реакторных помещениях, а также для дистанционного поиска и локализации высокоактивных радиоактивных источников.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается:

- в создании комплекса дистанционно управляемых приборных средств для работы в интенсивных полях гамма излучения, которые позволяют дистанционно определять местоположение высокоактивных источников излучения в сложных радиационных условиях, проводить измерения спектрального состава и активности ОЯТ и РАО в пеналах или контейнерах, измерять распределения радиоактивного загрязнения в реакторных помещениях.

- в разработке методических подходов применения разработанных дистанционно управляемых коллимированных детекторов гамма излучения, внедрении и применении разработанного комплекса приборов для поиска источников излучений и для детальных радиационных обследований реакторных помещений и хранилищ РАО и ОЯТ.

Основные положения, выносимые на защиту;

1.  Результаты радиационного обследования облучательной камеры и ликвидации радиационной аварии на Грозненском химическом комбинате с использованием разработанного коллимированного спектрометрического детектора.

2. Создание радиоуправляемой радиометрической системы для работы в интенсивных полях гамма излучения, выполненной в виде навесного оборудование к робототехническому комплексу «Брокк». Система активно применяется в работах по выводу из эксплуатации исследовательского реактора МР для обследования радиоактивно загрязненных объектов и оборудования, дистанционного поиска, локализации радиоактивных источников. Данные с интегрального и коллимированного детекторов системы замешиваются на видеосигнал видеокамеры, передаются по радиоканалу на блок управления и выводятся на экран монитора оператора в реальном времени в виде видеоизображения с цифровыми значениями мощности экспозиционной дозы (МЭД) и парциальной МЭД от обследуемого объекта.

3. Разработка методик дистанционных измерений и экспериментальной дистанционно управляемой спектрометрической системы для радиационных обследований радиоактивных объектов. Прибор позволяет дистанционно (с управлением по проводу или по радио) проводить обследование помещений и территорий. Получать информацию о расположении, спектре излучения, активности источников ионизирующего излучения. Все измерения проводятся оператором на безопасном расстоянии. Это значительно снижает дозовую нагрузку на персонал.

4. Разработка и экспериментальная проверка методики обнаружения урана в высокоактивных твердых радиоактивных отходах (ТРО), основанная на использовании спектрометрического полупроводникового CdZnTe детектора.

5. Применение разработанных дистанционно управляемых коллимированных приборов позволяет проводить радиационное измерение ОЯТ и РАО, радиоактивно загрязненных помещений и оборудования, когда использование стандартных методов и приборов невозможно из-за высоких дозовых полей.

6. Практические результаты применения разработанных систем в виде спектрального состава и активности контейнеров и пеналов ОЯТ и РАО, карт распределений наиболее активных источников излучений, радиационных обследований хранилищ СУЗ и РФТ реактора МР, временного хранилища ОЯТ объекта «Р» РНЦ «Курчатовский институт».

Практическая ценность работы.

1. Применение спектрометрического коллимированного детектора при ликвидации радиационной аварии на Грозненском химкомбинате, вместе с другими средствами измерений и видеонаблюдения, позволило быстро найти потерянные источники, упаковать в контейнеры и ликвидировать аварию при минимальной дозовой нагрузке на персонал аварийной бригады. Угроза облучения населения ликвидирована. После ликвидации аварии здание, в котором проводились работы, передано городским властям.

2. Разработанные новые дистанционно управляемые коллимированные детекторы гамма излучения постоянно используются в рамках работ по выводу из эксплуатации исследовательского реактора МР для радиационных измерений спектрального состава и активности РАО и ОЯТ из хранилищ реакторов МР и РФТ. Получаемые результаты обрабатываются и анализируются. На основании полученных результатов принимаются решения о технологии дальнейшего обращения с радиоактивными отходами.

3. Применение дистанционно управляемых коллимированных систем позволило значительно снизить дозовые нагрузки на персонал, осуществляющий работы по подготовке реактора МР к выводу из эксплуатации.

Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в разработке и создании дистанционно управляемых радиометрических приборов: анализировал параметры и возможности современных радиометрических приборов, обосновывал принципиальные схемы разрабатываемых систем, проводил детальный анализ и выбор комплектующих для этих систем, осуществлял их сборку и наладку. Автор проводил измерения технических параметров разработанного оборудования, принимал участие в разработке методики их применения для измерения ОЯТ и РАО.