Способ контроля герметичности оболочек твэлов при переводе на сухое хранение

 

Использование: атомная энергетика, в системах контроля герметичности оболочек твэлов после длительного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в воде для исключения нахождения в контейнере негерметичного топлива. Сущность изобретения: в контейнер, предварительно заполненный химобессоленной водой, загружают чехол с размещенными в нем пучками твэлов, проводят слив воды из бассейна перегрузки и дренирование контейнера. В процессе дренирования отбирают пробы воды в несколько этапов. Первую пробу воды отбирают в начале слива воды. После чего контейнер выдерживают в течение суток. Далее пробы отбирают во время дальнейшего опорожнения контейнера после настоя в течение суток. В пробах воды определяют приращение удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137, которое не должно превышать установленного критерия 2,2 · 10^-7 Ки/л. После полного опорожнения осуществляют выдержку контейнера и затем проводят вакуумирование контейнера, направляя откачиваемый воздух в систему, состоящую из воздухоохладителя, аэродинамического фильтра и газового датчика β-активности благородных газов Kr-85, Хе-133. Если величина приращения удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 в воде в последней пробе не превышает установленного значения и отсутствуют радиоактивные благородные газы в откачиваемом воздухе, то признают оболочки герметичными.

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к системам контроля герметичности оболочек твэлов после длительного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в воде в целях предотвращения загрязнения технологических сред или транспортного оборудования продуктами деления и топливной композицией, выходящих из разгерметизировавшихся твэлов.

Наиболее распространенным является способ, основанный на детектировании цезия-134 и цезия-137 (реперные продукты деления), выходящих из твэлов через неплотные оболочки в изолированный объем воды при саморазогреве топлива - "водный" метод [1].

При этом тепловыделяющие сборки ТВС транспортируются из реактора в специальные контейнеры, расположенные в бассейне выдержки и заполненные деминерализованной водой, где топливо разогревается за счет остаточного энерговыделения или с помощью нагревателей. После этого производят отбор пробы воды и измеряют активность присутствующих в пробе воды реперных продуктов деления.

Известен также "сухой" метод, при котором измеряют активность ксенона и криптона в пробах воздуха, отбираемых из пенала, в который помещают ТВС [2]. Данный метод обладает большей чувствительностью, чем "водный". Однако при осуществлении контроля в обоих случаях требуется разогрев ТВС.

К недостаткам данного способа относится его недостаточная достоверность и необходимость разогрева ТВС до необходимой температуры в случае определения герметичности оболочек позднее 7 месяцев после остановки реактора.

В настоящее время нашел достаточно широкое применение "водно-газовый" способ контроля герметичности оболочек ТВС, при котором сначала определяют радиоактивность пробы воды из пенала, в который помещена ТВС, а затем вода из пенала поступает в дегазатор, где она дегазируется методом распыления в воздушной среде, после чего измеряют радиоактивность газовой среды, выделяющейся из воды пенала [2].

Вышеперечисленные методы являются достаточно эффективными при определении герметичности оболочек твэлов в случае их хранения в течение 6-7 месяцев после остановки реактора.

Задачей изобретения является разработка надежного, достоверного способа контроля герметичности твэлов после длительного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в воде при его переводе на сухое хранение с целью исключения возможности нахождения в контейнере негерметичного топлива. Отсутствие выхода в контейнер продуктов деления радиоизотопов обеспечит последующее безопасное хранение ОЯТ в контейнере даже в случае его разгерметизации и соответственно обеспечит нормальную радиационную обстановку в хранилище и на границе санитарно-защитной зоны объекта.

Способ в соответствии с изобретением заключается в том, что в бассейне перегрузки в контейнер, предварительно заполненный химобессоленной водой, загружают чехол с размещенными в нем пучками твэлов. Далее проводят слив воды из бассейна перегрузки и дренирование контейнера. В процессе дренирования отбирают пробы воды в несколько этапов.

Первую пробу воды отбирают в начале слива воды. После чего контейнер выдерживают в течение суток.

Далее пробы отбирают во время дальнейшего опорожнения контейнера после настоя в течение суток. В пробах воды определяют приращение удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137, которое не должно превышать установленного критерия 2,2·10^-7 Ки/л.

После полного опорожнения осуществляют выдержку контейнера и затем проводят вакуумирование контейнера, направляя откачиваемый воздух в систему, состоящую из воздухоохладителя, аэродинамического фильтра и газового датчика β-активности благородных газов Kr-85, Xe-133.

Если величина приращения удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 в воде в последней пробе не превышает установленного значения и отсутствуют радиоактивные благородные газы в откачиваемом воздухе, то признают оболочки герметичными.

Если величина приращения суммарной удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 в воде превышает установленную величину и/или зафиксировано наличие радиоактивных благородных газов в откачиваемом воздухе, то признают оболочки негерметичными.

Радиоактивные благородные газы являются продуктами деления урана, инертными по своей химической природе, и присутствие их в контейнере однозначно свидетельствует о выходе их из твэлов, т. е. о наличии дефектов в оболочке твэлов.

Использование Kr-85 и Xe-133 связано с тем, что эти радиоизотопы имеют больший период полураспада, чем обычно используемые в практике проведения контроля герметичности оболочек твэлов на работающем реакторе или непосредственно после выгрузки твэлов из реактора, радиоизотопов J-131-135.

Изотопы Cs, являющиеся также продуктами деления, активно выходят из-под негерметичных оболочек твэлов, и значение активности воды в контейнере в случае негерметичности оболочек будет значительно выше, чем активность других радионуклидов в воде.

Необходимость выдержки контейнера после полного опорожнения обусловлена необходимостью " настоя" контейнера с ОЯТ, что будет способствовать в случае негерметичности оболочек выходу продуктов деления в полость контейнера.

Установленный критерий герметичности оболочек твэлов, равный 2,2 ·10^-7 Ки/л, получен экспериментальным путем определения минимального приращения активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 за счет наличия негерметичных оболочек твэлов.

Новизна способа заключается в сочетании новых приемов и операций по определению герметичности оболочек твэлов. Разработанный способ позволит с полной надежностью установить дефектность оболочек твэлов, подлежащих сухому хранению.

ПРИМЕР.

Послереакторный цикл обращения ОЯТ РБМК 1500 включал хранение тепловыделяющих сборок в водозаполненном бассейне в течение 5-10 лет.

Определение герметичности оболочек твэлов производят в следующей последовательности.

В бассейне перегрузки под водой чехол, содержащий пучки твэлов, загружают в контейнер, предварительно заполненный химобессоленной водой.

Производят измерение удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 в серии фоновых проб в воде контейнера.

Производят измерение удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 в серии проб в процессе дренирования 200 л воды из полости контейнера перед суточным "настоем".

Производят измерение удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 в серии проб после "настоя" в течение суток.

Результат эксперимента показал, что приращение суммы удельной активности радионуклидов фоновой пробы и пробы, отобранной в процессе дренирования, составило 1,7·10^-7 Ки/л, что не превышает установленного критерия.

Приращение суммы удельной активности радионуклидов в пробах воды до "настоя" и в пробах воды, отобранной после суточного настоя, составило 1,8·10^-7 Ки/л, что не превышает установленного критерия.

Таким образом, на данном этапе наличия в контейнере не обнаружено негерметичных оболочек с твэлами.

Измерение активности Kr-85 в воздухе контейнера заключалось в измерении фона в помещении и проведении измерений в воздухе контейнера в процессе вакуумной сушки.

Значение величины фона составило 11,7+0,8 Бк/л и находится в пределе измерений прибора радиометра объемной активности РГБ-07.

Измерение фона по окончании вакуумной сушки составило величину 13,8 Бк/л, что незначительно отличается от измерений, произведенных перед началом вакуумной сушки.

Таким образом, можно сделать вывод об отсутствии негерметичных оболочек.

Литература 1.Green T., Laurent M.,Examining fuel for detects "Nuclear Plant Safety, 1984, N 5, p. 16-18.

2. Седов В.К. и др. Опыт комплектации и транспортирования отработавших тепловыделяющих сборок с Нововоронежской АЭС. Доклад на совещании специалистов стран - членов СЭВ, Ленинград, сентябрь 1978 г.

Формула изобретения

Способ контроля герметичности оболочек твэлов при переводе их на сухое хранение, включающий помещение твэлов в контейнер с водой и определение активности радионуклидов в воде, отличающийся тем, что проводят постепенное опорожнение контейнера с помещенными в него твэлами, далее выдержку не менее суток и дальнейшее полное опорожнение, при этом в процессе опорожнения отбирают пробы воды из контейнера в несколько этапов: во время частичного опорожнения и после выдержки контейнера в пробах воды определяют приращение удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137, затем проводят вакуумирование контейнера, определяя в откачиваемом воздухе наличие радиоактивных благородных газов Kr - 85, Xe - 133, при этом если величина приращения удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 в воде контейнера не превышает установленного критерия 2,2 · 10^-7и отсутствуют радиоактивные благородные газы в откачиваемом воздухе, то признают оболочки герметичными, если величина суммарной удельной активности радионуклидов Cs-134 и Cs-137 в воде в последней пробе превышает установленный критерий и/или зафиксировано наличие радиоактивных благородных газов в откачиваемом воздухе, то признают оболочки негерметичными.