Кожаханов С.Б.

Семипалатинский государственный университет им. Шакарима, г. Семей, РК

гамма-спектрометрический беспробоотборный метод контроля активности теплоносителя ядерного реактора

Целью физических исследований был анализ нуклидного состава теплоносителя для определения реперных изотопов, которые возможно использовать для контроля герметичности оболочек твэлов водоохлаждаемых технологических каналов (ВОТК) исследовательского ядерного реактора ИВГ.1М. Измерения проводились беспробоотборным гамма – спектрометрическим методом. Датчик (полупроводниковый детектор) располагался у сливного коллектора системы контроля герметичности оболочек твэлов (КГО). Расход теплоносителя через систему КГО задавался соответственно- 1,41 кг/с; 1,1 кг/с; 0,64 кг/с; 0,38 кг/с.

Одним из важных параметров, определяющих чувствительность и работоспособность системы КГО, является время доставки теплоносителя от активной зоны реактора до датчиков, измеряющих его гамма-активность. Время доставки теплоносителя до точки детектирования находилось расчетно-экспериментальным путем на основе радиационных измерений. При этом используется зависимость отношения активности изотопов с различным периодом полураспада от времени доставки в определенную точку контура. Активность этих изотопов можно измерить гамма-спектрометрическим методом одновременно с регистрацией реперных изотопов без привлечения дополнительной аппаратуры. Например, в условиях реакторного контура с водяным теплоносителем контролируются ¹⁹О (Т_1/2 = 29,4 с) и ¹⁶N (Т_1/2 = 7,11 с).

Рисунок 1 – Зависимость времени доставки от

расхода воды через систему КГО

По полученным результатам построен график зависимости времени доставки теплоносителя до точки детектирования от расхода воды через систему КГО, представленный на рисунке 1.

В результате обработки спектров гамма-излучения теплоносителя полученных при измерениях у сливного коллектора системы КГО идентифицированы следующие радионуклиды: ¹⁹О, ²⁸Al, ²⁷Mg, ⁵⁶Mn, ⁴¹Ar, ^85,87,90Kr, ^93,94Sr, ⁹⁴Y, ^137,138,139Xe, ¹⁴⁰Cs, ¹³⁶I, ¹⁰¹Tc.

Изотоп	Удельная активность, [Бк/см^3]
^16N	7,7×10^5
^19O	5,0×10^3
^28Al	7,3×10^2
^90Rb	1,0×10^2
^91Rb	2,1×10^2
^90Kr	5,4×10^2
^94Sr	1,9×10^2
^138Xe	3,2×10^2
^139Xe	2,3×10^2
Таблица 1. Удельная активность изотопов на выходе из активной зоны

Полученные значения удельной активности изотопов на момент выхода из активной зоны показали, что активность теплоносителя определяется, в основном, суммарной удельной активностью продуктов активации (¹⁶N, ¹⁹О, ²⁸Al, ⁵⁶Mn, ²⁷Mg).

Суммарная удельная активность продуктов активации, продуктов деления и теплоносителя составляет 0,7×10⁶ , 1,6×10³ и 0,8×10⁶ Бк/см³ соответственно.

Суммарная активность продуктов активации теплоносителя выше примерно в 100 раз суммарной активности продуктов деления на момент выхода из активной зоны. В период работы реактора на мощности 6 МВт расход теплоносителя через систему КГО изменялся от 1,41 до 0,38 кг/с, что привело к увеличению времени доставки теплоносителя от 40 до 150 c и снижению активности ¹⁹О приблизительно в 10 раз. Наибольшую относительную активность среди продуктов деления имеют радионуклиды:^138,139Хе, ⁹⁰Kr и ^90,91Rb, ⁹⁴Sr, поэтому целесообразно для диагностики состояния твэлов ВОТК беспробоотборным методом использовать эти радионуклиды в качестве реперных.

По результатам физических исследований можно сделать следующие выводы:

- в качестве реперных радионуклидов целесообразно использовать изотопы ^138,139Xe, ⁹⁰Kr, ^{90, 91}Rb, ⁹⁴Sr, имеющие наибольшую активность среди продуктов деления и приемлемую для гамма-спектрометрических измерений погрешность измерения;

- для повышения точности измерения активности реперных нуклидов необходимо увеличить время доставки теплоносителя;

- для использования гамма – спектрометрического метода контроля активности теплоносителя в системе КГО реактора ИВГ.1М необходима калибровка системы. Калибровка должна проводиться с целью установления зависимости между объемной активностью отдельных продуктов деления, вышедших в теплоноситель и степенью разгерметизации твэлов.

Гамма – спектрометрический беспробоотборный метод контроля активности теплоносителя целесообразно использовать как дополнительный метод контроля в действующей системе КГО реактора ИВГ.1М.

Литература:

1. Гамма-спектрометрические измерения активности теплоносителя с целью оценки герметичности оболочек твэлов ВОТК при проведении пуска П99-4 реактора ИВГ.1М: /ДГП ИАЭ ;Уч. №240-02/30 от 30.03.00.-Курчатов, 2000.-19 с.

2. Физические исследования на системе контроля герметичности оболочек твэлов реактора ИВГ.1М, с целью оценки возможности контроля активности теплоносителя, с использованием полупроводниковых гамма-детекторов: Протокол измерений/ДГП ИАЭ ;Уч. №240-02/29 от 30.03.00.-Курчатов, 2000.

3. Поликарпов В.И. и др. Контроль герметичности тепловыделяющих элементов. - М.: Госатомиздат, 1962.

4. Шальман М. П., Плютинский В. И. контроль и управление на атомных электрстанциях. - м.: Энергия, 1979.