3 Контроль активности теплоносителя 1-го контура

Активность теплоносителя во время работы реактора складывается из нескольких факторов:

1. Собственная активность теплоносителя.

2. Осколочная активность теплоносителя.

3. Наведённая активность теплоносителя.

3.1 Собственная активность теплоносителя

• Определяется реакциями (n, γ), (n,р), (n,α) на ядрах самого теплоносителя.

• Для водного теплоносителя в результате взаимодействия в активной зоне быстрых нейтронов с ядрами кислорода и водорода возникают следующие реакции:

¹⁶O(n, p)¹⁶N, ¹⁷O(n, p)¹⁷N,

¹⁸O(n, γ)¹⁹O_; ²Н(n, γ)³Н.

• Основную γ -активность теплоносителя обусловливает азот ¹⁶N (Т_1/2 =7.4 сек. В 70% случаев этого р-распада излучается γ-квант с энергией 6,13 МэВ, в 5% - с энергией 7,1 МэВ). После остановки реактора активность ¹⁶N быстро снижается.

• Собственная активность теплоносителя при работе реактора достигает 5·10⁹ Бк/л . и обусловлена в основном активацией кислорода. Мощность дозы γ-излучения вплотную к трубопроводу первого контура составляет 1 Зв/ч.

3.2 Осколочная активность теплоносителя

• Осколочная активность теплоносителя вызвана продуктами деления, попадающими в первый контур при разгерметизации оболочек твэлов.

• Выход газообразных продуктов деления в теплоноситель (просачивание) связан с появлением микротрещин в оболочках твэлов.

• Причины появления микротрещин - воздействие различных факторов (высокая температура, коррозия, радиационное охрупчивание, вибрация, переменные тепловые нагрузки).

• Иногда микротрещины развиваются в крупные дефекты оболочек твэлов. При таких дефектах возможен прямой контакт теплоносителя с топливом и выход в теплоноситель твердых продуктов деления и урана.

• Число твэлов с микротрещинами не должно превышать 1%, а число твэлов с крупными дефектами - 0,1%.

Удельная активность осколков деления в теплоносителе может быть до 4·10⁸ Бк/кг (0,01 Ки/кг).

В процессе эксплуатации АЭС, происходит наработка продуктов деления в топливе.

После года работы реактора на 1 кВт его мощности в активной зоне образуется около

• 1,8 ТБк нуклидов криптона (^83m,85,87,88Kr) c массой 5,2 мг;

• 3,3 ТБк нуклидов ксенона (^{131m,133m,133,135}Xe) c массой 55.7 мг; 6,4 ТБк нуклидов йода (¹³¹I, ^{132, 133,135}I) c массой 2,6 мг;

• 0,054 ТБк нуклидов цезия (^134,.136,137Cs) c массой 35 мг;

• 3,4 ТБк нуклидов стронция (^89,90,91Sr) c массой 14,6 мг.

Приблизительно 10% общего количества газообразных продуктов деления (25 см³/МВт·сут) диффундирует из объема горючего к поверхности сердечника и далее в зазор между топливом и защитной оболочкой или в специальный газосборник.

Если по какой-то причине происходит разгерметизация оболочки твэла, то часть этих газообразных продуктов и легколетучих продуктов деления через щель дефекта выходит из твэла в теплоноситель. Химическая концентрация их будет незначительной. Однако данный источник газа важен с точки зрения влияния на радиационную безопасность станции.

3.3 Наведенная активность теплоносителя

Наведенная активность теплоносителя обусловлена наведенной активностью примесей и продуктов коррозии

К примесям теплоносителя относятся:

• минеральные соли (особенно соли Na),

• растворенные газы (Аr и др.)

Продукты коррозии (окислы Fe, Ni, Со, Сr...) - окислы, попадающие в теплоноситель при смыве с конструкционных элементов и внутренних поверхностей трубопроводов.

Циркулируя вместе с водой через активную зону реактора, примеси и продукты коррозии приобретают наведенную активность. В основном по типу реакции (n,γ):

⁴⁰Ar(n,γ)⁴¹Ar;

²³Na(n_,γ)²⁴Na

Радионуклидный состав и активность теплоносителя и отложений на оборудовании зависят от типа теплоносителя, материалов контура и активной зоны, герметичности оболочек твэлов, способности радионуклидов к осаждению на поверхности. В водоохлаждаемых ядерных реакторах оборудование технологического контура изготовляется из коррозионно-стойких сталей, поэтому в состав коррозионных отложений входят радионуклиды кобальта, железа, хрома, марганца и др.. Они образуются из химических элементов, входящих в состав этих сталей, сплавов циркония и других материалов, применяемых в реакторостроении.

Состав радиоактивных продуктов коррозии в составе отложений представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Состав радиоактивных продуктов коррозии

Наибольший вклад в активность вносит ⁶⁰Со.

Оперативный контроль за герметичностью оболочек твэлов осуществляется по удель­ной радиоактивности теплоносителя. При герметичных оболочках твэлов общая удельная активность теплоносителя составляет 1,1•10⁶ – 3,7•10⁶ Бк/дм³.

Пределом безопасной эксплуатации реакторной установки по суммарной удельной активно­сти радионуклидов йода в теплоносителе 1-го контура является величина 1.85•10⁸ Бк/дм³, соответствующая пределу безопасной эксплуатации по числу негерметичных твэлов, рав­ному 1% газонеплотных твэлов и 0.1% твэлов, имеющих прямой контакт топлива с теплоно­сителем.

Эксплуатационным пределом работы реакторной установки по суммарной удельной актив­ности радионуклидов йода в теплоносителе 1-го контура является величина 3.7•10⁷ Бк/дм³, соответствующая эксплуатационному пределу по числу негерметичных твэлов, равному 0.2% газонеплотных твэлов и 0.02% твэлов, имеющих прямой контакт топлива с теплоносите­лем.

При нарушении водно-химического режима в 1-ом контуре возможно увеличение радиоак­тивности теплоносителя в десятки раз за счет перехода в него продуктов коррозии со сте­нок труб и твэлов. Отмечались случаи ошибочного слива регенерационного раствора из фильтров СВО-2 (слабый раствор азотной кислоты) в бак оргпротечек и далее, в 1-ый кон­тур через систему подпитки. При растворении отложений со стенок труб 1-го контура и твэ­лов удельная радиоактивность теплоносителя увеличивается до 3.7•10⁷ Бк/дм³. Спектро­метрический анализ состава примесей теплоносителя, выполненный лабораторией ОЯБ, показал наличие активированных продуктов коррозии и нормальное содержание реперных продуктов деления урана (йод-131, йод-132, йод-133, цезий-138).