Способ контроля износа оборудования первого контура ядерного реактора

 

Использование: в способах контроля эрозионных процессов на внутренней поверхности оборудования и трубопроводов первого контура ядерного реактора, конструкционные материалы которых содержат хром. Сущность изобретения: для раннего обнаружения износа оборудования первого контура ядерного реактора в условиях стационарного режима первого контура непрерывно наблюдают временную зависимость измерения активности радионуклида хрома-51 в теплоносителе, а об интенсивности износа оборудования судят по характеру изменения этой зависимости. Непрерывное наблюдение активности ведут на участке байпаса с высокотемпературным фильтром. Данный способ позволяет следить за изменением штатной ситуации, такими как резкое изменение мощности реактора, несанкционированный ввод химреагентов и др. нарушающих водно-химический режим, так как все это приводит к резкому изменению содержания радионуклида ⁵¹Cr в теплоносителе. Способ является эффективным для диагностики аварийных ситуаций в результате износа оборудования первого контура, например аварийного прикосновения рабочего колеса ГНЦ с внутренней поверхностью улитки.

Изобретение относится к способам контроля эрозионных процессов на внутренней поверхности оборудования и трубопроводов первого контура ядерного реактора, конструкционные материалы которых содержат хром.

Известен способ дистанционного контроля накопления радионуклидов коррозионного происхождения на внутренней поверхности оборудования первого контура, заключающийся в непрерывном наблюдении за изменением активности радионуклидов на участке трубки байпаса [1] Данным способом нельзя оценить износ оборудования, т.е. эрозию внутренней поверхности контура и механическое разрушение деталей его оборудования.

Известен способ контроля износа оборудования первого контура, заключающийся в непрерывном наблюдении временной зависимости выхода в теплоноситель кобальта, входящего в состав конструкционных материалов оборудования (регулирующей арматуры) [2] Данным способом нельзя однозначно оценить износ оборудования, обусловленный именно процессами эрозии механического разрушения.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является раннее обнаружение износа оборудования, обусловленного процессами эрозии и механического разрушения.

Способ контроля износа оборудования первого контура ядерного реактора заключается в том, что в условиях стационарного режима работы первого контура теплоноситель отводят в байпас, пропускают через установленный в нем высокотемпературный фильтр и измеряют активность радионуклида ⁵¹Сr на фильтре, по возрастанию которой судят об усилении интенсивности эрозии и механического разрушения оборудования.

Известно, что скорость выноса хрома из основного конструкционного материала нержавеющей стали в реакторную воду низка. Хром остается на внутренней поверхности нержавеющей стали (в ее измененной в результате коррозии кристаллической структуре). В ионной форме в реакторной воде хром практически отсутствует. Отсюда следует, что накопление хрома в составе шлама частичек нержавеющей стали, содержащих хром, в первом контуре возможно как за счет эрозии, так и в результате механического разрушения поверхности деталей оборудования и трубопроводов из нержавеющей стали и только в нерастворимой дисперсной форме. Мигрируя, частички нержавеющей стали, содержащие хром, активируются в нейтронном потоке реактора и обнаруживаются по радионуклиду ⁵¹Сr.

Многолетние наблюдения на ряде блоков АЭС показали, что в течение кампании в стационарном режиме контура объемная активность в пробах реакторной воды дисперсного ⁵¹Сr, как правило, порядка 10^-7 Ки/л, что соизмеримо с объемной активностью таких радионуклидов, как ⁵⁸Со, ⁶⁰СО, ⁵⁴Мn, ⁵⁹Fe и др. которым приписывают на практике только коррозионное происхождение.

В отложениях на внутренней поверхности первого контура также наблюдается иногда соизмеримая с радионуклидами коррозионного происхождения поверхностная активность, Ки/см², радионуклида ⁵¹Сr. На практике ошибочно считают, что радионуклид ⁵¹Сr имеет коррозионное происхождение, образуется по реакции ⁵⁴Fe (n, α) ⁵¹Cr, т.е. образуется из железа основного элемента в составе конструкционного материала.

Известно, что сечение реакции ⁵⁴Fe (n, α) ⁵⁴Cr по экспериментальной оценке σ_α <1˙10^-5 δ; R₁ (1/Е) ≈ 1,09±0,13 m δ, по теоретической оценке σ_α 1,1˙10^-27 δ; R₁ (н.дел.) ≃ 0,6 m δ. Отсюда следует, что активность радионуклида ⁵¹Cr за счет коррозионного происхождения дает ничтожный вклад в наблюдаемую активность при дезактивации первого контура (2380 Ки). Столь значительную активность радионуклида ⁵¹Сr следует отнести к эрозионному происхождению либо это результат механического разрушения конструктивных материалов, например истирания дистанционирующих решеток (опилки одна из составляющих шлама).

Штатная пробоотборная линия на АЭС не пригодна для наблюдения дисперсного радионуклида ⁵¹Сr, так как известно, что такие частицы, как опилки, стружка, оседают раньше, чем в нее попадают, а если и попадают, то оседают в самом ее начале. К тому же непрерывный отбор проб на практике не осуществляется.

Непрерывное наблюдение за изменением активности радионуклида ⁵¹Сr на участке трубки байпаса с высокотемпературным фильтром (губчатым титаном) имеет то преимущество, что в байпасе сохранены все параметры первого контура: температура, давление, физико-химический состав примесей теплоносителя. Губчатый титан позволяет удерживать и накапливать шлам из разрушенной нержавеющей стали, продукты эрозии и коррозии.

Способ осуществляется следующим образом.

На участке байпаса первого контура установлен фильтр из губчатого титана. Байпас выведен в полуобслуживаемое помещение. Участок трубки байпаса имеет внутренний диаметр 13 мм, длину 20 мм. Вблизи участка трубки установлен полупроводниковый детектор (ППД) Ge (Li), т.е. также в полуобслуживаемом помещении. ППД Ge (Li) соединен кабелем с γ -спектрометром, который установлен в обслуживаемом помещении, или с самописцем для непрерывного контроля.

Известно, что радионуклид ⁵¹Сr образуется из ⁵⁰Cr (4,31% в ест. смеси) по реакции ⁵⁰Сr(n, γ) ⁵¹Cr: σ_тепл.=15,9 ±0,2 δ; R₁=7,8± ±0,4δ а также из ⁵²Сr (87,76% в ест. смеси) по реакции ⁵²Сr (n, 2n) ⁵¹Сr на быстрых нейтронах: σ (Е= 15 МэВ)= 412±29 mδ. Можно считать, что вклад последней реакции относительно невелик. Наблюдают радионуклид ⁵¹Сr по γ -линии с E_γ320,1 кэВ, абсолютным квантовым выходом 9,83% Период полураспада Т₁/2=27,73 сут.

Поскольку переходные режимы работы контура реактора приводят к резкому изменению содержания радионуклидов в теплоносителе (взмучивают шлам), то следует отсекать байпас на период запланированного изменения режима, чтобы не загрязнять губчатый титан высокой активностью радионуклидов эрозионно-коррозионного происхождения. Открывать байпас следует после снижения объемной активности радионуклидов до уровня обычного для стационарного режима (10^-7 Ки/л для радионуклида ⁵¹Сr). Если при стационарном режиме активность ⁵¹Сr в губчатом титане вдруг интенсивно ускорит нарастание, что оперативный персонал должен проанализировать изменения режима работы контура реактора, и если не найдет объяснения, то это сигнал усиления интенсивности эрозии или механического разрушения деталей оборудования и трубопроводов, т.е. сигнал аварийной ситуации. Анализ следует проводить и с помощью γ -спектрометра. Например, нет изменения режима работы контура, а активность радионуклида ⁵¹Сr в губчатом титане резко возросла и после этого продолжает нарастать в прежнем темпе. Возможно, это "горячая" частичка нержавеющей стали. Следует проанализировать ее на γ -спектрометре. Если активность долгоживущих радионуклидов в "горячей" частичке относительно мала по сравнению с активностью ⁵¹Сr, то эта частичка "свежая" и разрушилась нержавеющая сталь в петлях (вне активной зоны). Если соотношение активностей ⁵¹Сr и долгоживущих радионуклидов совпадает с их соотношением в пробах реакторной воды, то это либо шлам, либо "старая" частичка. Если это опилки дистанционирующей решетки, то с помощью расчета их тоже можно идентифицировать по соотношению активностей целого ряда радионуклидов. Если все-таки это шлам, то может быть и так, что изменение режима работы контура не было зафиксировано оперативным персоналом, и т. д. по обстановке. Результаты наблюдения следует оформлять в виде графика изменения активности радионуклида ⁵¹Сr во времени. Крутизна графика дает информацию об интенсивности эрозии, а резкие скачки, повторяющиеся друг за другом, это сигнал аварийной ситуации механическое разрушение деталей, конструкционные материалы которых содержат хром.

Данный способ является эффективным для диагностики аварийных ситуаций в результате износа оборудования первого контура, например аварийного соприкосновения рабочего колеса ГНЦ с внутренней поверхностью улитки. Данный способ позволяет следить за изменениями штатной ситуации, такими как резкое изменение мощности реактора, несанкционированный ввод химреагентов и др. нарушающих водно-химический режим, так как все это приводит к резкому изменению содержаний радионуклида ⁵¹Cr в теплоносителе.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА ОБОРУДОВАНИЯ ПЕРВОГО КОНТУРА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, заключающийся в непрерывном наблюдении временной зависимости выхода в теплоноситель элемента, входящего в состав контрукционных материалов оборудования, отличающийся тем, что в условиях стационарного режима работы первого контура теплоноситель отводят в байпас, пропускают через установленный в нем высокотемпературный фильтр и измеряют активность радионуклида ⁵¹Cr на фильтре, по возрастанию которой судят об усилении интенсивности эрозии и механического разрушения оборудования.