3. Периодический кго твэЛов работающего реактора

Контроль герметичности оболочек ТВЭЛов работающего реактора осуществляется посредством измерения и анализа величин суммарной удельной активности реперных радионуклидов I^{131и 135} и удельной активности отдельных радионуклидов иода в теплоносителе.

Удельные активности радионуклидов йода в теплоносителе определяются спектрометрированием пробы теплоносителя с использованием гамма-спектрометра на базе полупроводникового детектора. Высокое энергетическое разрешение этих спектрометров позволяет правильно идентифицировать реперные радионуклиды и определить их удельную активность на фоне присутствующих в теплоносителе других продуктов деления и коррозии с близкими значениями энергии фотонов. Иногда идентификация радионуклидов бывает настолько затруднена, что приходится прибегать к предварительному разделению радионуклидов методами радиохимии или к разделению с помощью хроматографии на селективных сорбентах, поглощающих (сорбирующих) только определенные радионуклиды.

Отбор пробы производится из реакторной точки штатной системы пробоотбора ХЦ. Периодичность определения изотопного состава теплоносителя определяется регламентом.

Для характеристики герметичности твэлов эксплуатируемой топливной загрузки используются результаты радионуклидных анализов теплоносителя 1 -контура в периоды работы реактора на постоянном уровне мощности не менее трех суток. Реактор считается работающим на постоянной мощности, если его текущая тепловая мощность в течение не менее 3 суток отклоняется от заданного уровня мощности не более, чем на ± 5 %.

Основными контролируемыми параметрами являются значения суммарной удельной активности по радионуклидам I ^131-135, удельной активности по радионуклиду I¹³¹, удельной активности по радионуклиду I¹³⁴, приведенные на следующие эксплуатационные параметры:

• номинальная тепловая мощность реактора - 3000 (МВт);

• расход теплоносителя на очистку - 30 (т/ч);

• коэффициент очистки теплоносителя от изотопов йода на фильтрах СВО-1 - не менее 10.

Суммарная погрешность определения активности радионуклидов йода не должна превышать 20 %.

4 Непрерывный кго твэЛов работающего реактора

Непрерывный контроль герметичности оболочек ТВЭЛов (КГО) работающего реактора осуществляется беспробоотборным методом с помощью радиометрической и спектрометрической аппаратуры.

В составе комплекса аппаратуры контроля радиационной безопасности (АКРБ) "Сейвал" на АЭС с реакторами ВВЭР для этой цели имеются устройства детектирования (УД) удельной активности I¹³² и Kr⁸⁸ в теплоносителе первого контура, а так же потока запаздывающих нейтронов из теплоносителя в диапазоне 10 - 10³ нейтр/(см² Ч с). Информация этих УД позволяет контролировать состояние оболочек ТВЭЛов работающего реактора и следить за динамикой их разгерметизации. АКРБ позволяет контролировать герметичность ТВЭЛов, но получаемая при этом информация позволяет установить только факт разгерметизации без определения местонахождения повреждённого ТВЭЛа. По результатам измерения АКРБ можно установить степень разгерметизации ТВЭЛов.

Появление микротрещин в оболочках твэлов сопровождается преимущественным выходом инертных радиоактивных газов ( ИРГ ).

В качестве "реперного" изотопа измеряют Kr⁸⁸, испускающий гамма - кванты больших энергий - 0,85-2,4Мэв и имеющий период полураспада 2,77 часа. Этого времени достаточно, чтобы Kr⁸⁸ при наличии микротрещин в ТВЭЛах вышел в теплоноситель и дошёл до датчика.

Для измерения активности радионуклида Kr⁸⁸ используется устройство УДЖГ-07Р. Оно имеет сцинцилляционный блок детектирования g - квантов с кристаллом NaI (Tl) и размещается на байпасной линии, отбирающей теплоноситель после катионитовых и анионитовых фильтров системы СВО-1 Такая схема включения позволяет уменьшить фон от g - излучения радионуклидов, находящихся в теплоносителе в форме катионов и анионов. Встроенный в защиту устройства холодильник обеспечивает стабильный температурный режим работы устройства. Результаты измерения выводятся на щит радиационного контроля и неоперативную панель БЩУ. Пределы измерения 4· 10⁸ - 4· 10¹¹ Бк/м³ (10^-5-10^-2 Ки/л ).

По мере роста микротрещин в теплоноситель начинают поступать летучие продукты деления, в частности радионуклиды йода. В качестве "реперного" изотопа измеряют I¹³², имеющий период полураспада 2,26 часа и испускающий каскадное гамма - излучение 0,66 и 0,77 Мэв.

Активность радионуклида I¹³² измеряется с помощью прибора РЖГ2-02 "Берест-1", детектором которого является устройство УДЖГ-08Р. Два сцинцилляционных блока детектирования размещены по разные стороны от байпасного трубопровода, отводящего теплоноситель после прохождения катионитового фильтра системы водоочистки первого контура (СВО - 1). Такая схема контроля позволяет снизить фон, создаваемый другими радионуклидами, присутствующими в теплоносителе. Результаты измерений выводятся на щит радиационного контроля и неоперативную панель БЩУ. Пределы измерения 10^-5-10^-2 Ки/л.

При крупных трещинах возможен прямой контакт теплоносителя с топливом. Этот процесс сопровождается выходом в теплоноситель продуктов деления.

Метод КГО по запаздывающим нейтронам основан на том, что среди продуктов деления имеются летучие изотопы брома и йода, которые "перенасыщены" нейтронами и испускают их за время от долей секунды до нескольких десятков секунд. Радионуклиды Br⁸⁷ (T_1/2 = 55,6 с) и I¹³⁷ (T_1/2 = 24,5 c) успевают за это время выйти из топлива под оболочку ТВЭЛа и далее через дефект оболочки попасть в теплоноситель первого контура. Испускаемые ими нейтроны (с энергией соответственно 0,56 и 0,25 Мэв) могут регистрироваться детекторами нейтронов, расположенными на всех главных циркуляционных трубопроводах первого контура, и тем самым служить для оценки повреждения оболочек ТВЭЛов.

Плотность потока нейтронов измеряется с помощью устройства детектирования УДИН-02Р, которое состоит из двух блоков детектирования (УДИН-01Р) на основе газоразрядного счётчика тепловых нейтронов СНМ-32, заполненного газом BF₃.

Блоки детектирования размещены в стальных полых корпусах, охватывающих трубопровод с теплоносителем. Через корпуса циркулирует охлаждающая вода.

Испускаемые нейтроны замедляются парафиновым замедлителем и охлаждающей водой до тепловых и регистрируются счётчиками СНМ-32. Для устранения внешнего фона тепловых нейтронов корпуса с блоками детектирования помещены в кадмиевые экраны. Пределы измерения 10⁴ -10⁷ н/с· см².

Недостатком устройства УДИН-02Р является то, что ресурса счётчиков не хватает на весь период работы реактора от перегрузки до перегрузки.

Таким образом, непрерывный контроль герметичности оболочек твэлов осуществляют, регистрируя активность продуктов деления в теплоносителе и поток запаздывающих нейтронов.

Факт разгерметизации устанавливают по превышению некоторого начального уровня концентрации продуктов деления, обусловленного незначительным поверхностным загрязнением оболочек ТВЭЛов нуклидом U²³⁵ при изготовлении [обычно менее (1 - 3,0)Ч 10^-10 г/см²], т.е. на уровне природного содержания урана в материалах.

Увеличение объёмной активности Kr⁸⁸, I¹³² и одновременное увеличение плотности потока запаздывающих нейтронов при неизменной мощности реактора свидетельствует о развитии дефектов в оболочках ТВЭЛов.