1 Введение
Важным направлением обеспечения надёжной и безопасной эксплуатации АЭС является своевременное определение уровня разгерметизации тепловыделяющих элементов.
Проведенный анализ процессов, протекающих в твэлах, позволил сформулировать основные причины разгерметизации оболочки:
- коррозионное растрескивание, вызванное йодом и кадмием, накапливающимися в зазоре между топливной матрицей и оболочкой ; - трение, обусловленное наличием посторонних предметов в теплоносителе в виде металлических фрагментов, и трение между твэлами и дистанционирующими решетками; - скачкообразное изменение мощности, которое приводит к механическому взаимодействию термически расширяющегося топлива и оболочки за счет разной температуры оболочки твэла и топливной матрицы и существенно меньшего коэффициента термического расширения у материалов оболочки по сравнению с ядерным топливом.
Основные факторы, ограничивающие возможность существенного повышения выгорания топлива при эксплуатации реакторов LWR в режиме следования за нагрузкой , - неупруго-механическое взаимодействие топлива с оболочкой и ускоренная коррозия оболочки при длительном пребывании твэла в реакторах.
Растрескивание топливного сердечника при теплосменах является также важным фактором в коррозийном растрескивании оболочек . По радиальным трещинам к оболочке поступают легколетучие продукты деления, образуя локальную агрессивную среду. При этом в оболочке напротив трещин происходит концентрация растягивающих напряжений и деформации. Анализ показывает, что 80 % всех разрушений твэлов вызвано трещинами в оболочках, расположенными против трещин в топливном сердечнике. Интенсивное трещинообразование при теплосменах приводит к повышенному газовыделению из топлива, поэтому следует пересмотреть в существующих конструкциях соотношения между объемом топлива и компенсационным объемом в твэле.
При эксплуатации реакторной установки, согласно требованиям ПБЯ РУ АС-89, должна быть обеспечена возможность оперативной оценки количества повреждённых ТВЭЛов по активности теплоносителя, установления факта повреждения оболочек ТВЭЛов, с целью обоснования возможности продолжения эксплуатации после нарушений нормальной эксплуатации и аварийных ситуаций.
Надёжным способом определения степени герметичности ТВЭЛов следует считать анализ активности продуктов деления в теплоносителе.
Эксплуатационным пределом работы РУ по суммарной удельной активности радионуклидов йода в теплоносителе первого контура является величина 3,7*107 Бк/кг (1,0*10-3 Ки/кг), соответствующая эксплуатационному пределу по числу негерметичных ТВЭЛов , равному 0,2% газонеплотных ТВЭЛов и 0,02% ТВЭЛов, имеющих прямой контакт топлива с теплоносителем.
Пределом безопасной эксплуатации РУ по суммарной удельной активности радионуклидов йода в теплоносителе 1 - контура является величина 1,85* 108 Бк/кг (5,0* 10-3 Ки/кг), соответствующая пределу безопасной эксплуатации по числу негерметичных ТВЭлов, равному 1% газонеплотных ТВЭЛов и 0,1% ТВЭЛов, имеющих прямой контакт топлива с теплоносителем.
Методы контроля герметичности оболочек основаны на измерении утечки продуктов деления из негерметичных кассет путем анализа активности проб теплоносителя.
Основная задача проведения контроля герметичности оболочек ТВЭЛов - это измерение удельной активности "реперных" изотопов некоторых продуктов деления и сравнение полученных результатов с заранее установленными пределами (эксплуатационными и пределами безопасной эксплуатации).
Различают следующие виды контроля состояния активной зоны или контроля герметичности оболочек ТВЭЛов (КГО):
периодический КГО ТВЭЛов работающего реактора методом отбора проб теплоносителя;
непрерывный КГО ТВЭЛов работающего реактора с помощью радиометрической и спектрометрической аппаратуры беспробоотборным методом;
КГО и обнаружение ТВС с негерметичными ТВЭЛами на остановленном реакторе в период перегрузки топлива (стендовый).