Установка нейтронной радиографии для неразрушающего контроля облученных петлевых каналов с испытанными электрогенерирующими сборками
Нейтронная радиография как один из методов неразрушающего контроля характеристик материалов и объектов по общей схеме аналогична радиографическим методам контроля с использованием других видов ионизирующих излучений, например, γ- или рентгеновского излучений. Она заключается в просвечивании исследуемого объекта пучком нейтронов с последующей регистрацией радиографическим детектором распределения потока нейтронов, прошедших через объект в плоскости, перпендикулярной к направлению просвечивания. Для неразрушающего контроля как необлученных (входной контроль), так и облученных петлевых каналов с ЭГС, испытанных на реакторе ВВР-К по программе РКК «Энергия», использовалась разработанная во ВНИИРТ по заказу РКК «Энергия» нейтронографическая установка НР-31Р («Агава»), размещенная в реакторном зале реактора ВВР-К [188]. Схема этой установки приведена на рис. 4.31. Установка состоит из каллиматора, радиографической камеры, двух контейнеров, ловушки пучка нейтронов, дистанционного и местного пультов управления. На установке НР-31Р возможно получение нейтронных изображений контролируемого петлевого канала как методом прямой экспозиции, так и методом переноса. Используются экраны-преобразователи на основе диспрозия, индия, гадолиния. Чувствительность метода нейтронной радиографии к выявлению дефектов может быть повышена путем введения в основной материал изделия контрастирующих веществ, т. е. веществ, обладающих высоким сечением поглощения тепловых нейтронов.
Основные характеристики нейтронографической установки НР-31Р, следующие [175]:
Источник нейтронов ................................................................. Реактор...... ВВР-К
Максимальный поток медленных нейтронов на выходе
из горизонтального канала, нейтр./см2 ..................................... 108
Пределы изменения угловой расходимости пучка нейтронов, мм 5—60
Размеры площади просвечивания, мм2 ................................... 200x200
Доза γ-излучения от контролируемого изделия
на расстоянии I м, не более, Р/ч ............................................... 100
Максимальные размеры экранопреобразователя, мм2 ........... 150x400
Электропитание установки:
напряжение, В ................................................................. 220
частота, Гц ........................................................................ 50
потребляемая мощность, кВт .......................................... 1,0
Рис. 4.31. Схема нейтронографической установки НР-31Р, спроектированной для обеспечения петлевых испытаний ЭГС и установленной в зале реактора ВВР-К:
1 — фильтр из свинца; 2 — диафрагма; 3 — коллиматор; 4 — кадрирующая диафрагма; 5 — радиографическая камера, 6 — подвижная гильза для контролируемого ПК; 7 — верхний контейнер, 8 — фотоаппарат; 9 — ловушка; 10 — нижний контейнер; 11 — рама, 12 — контролируемый ПК
Рис. 4.32. Пример определения короткого замыкания электродов ЭГЭ с помощью нейтронной радиографии:
1 — топливный материал; 2 — эмиттер, 3 — центральная газовая полость (ЦГП), 4 — коллектор; 5 — коммутационная перемычка, 6 — коллекторная изоляция; 7 — несущая трубка; 8 — поверхность ЦГП, 9 — перфорированная трубка, 10 — место контакта электродов; 17 — локальное утолщение топлива
Использование нейтронной радиографии в программе петлевых испытаний РКК «Энергия» (138, 139, 175) позволяло оценивать скорость распухания топливной композиции сердечников испытанных ЭГС, регистрировать факт и количество вынесенного из сердечника топливного материала, определять форму центральной газовой полости, образовавшейся в результате процессов массопереноса топлива, регистрировать факт и координаты тепло- и электропроводных мостиков в межэлектродном промежутке и короткое замыкание электродов (рис. 4.32 [189]), обнаруживать и локализовывать трещины в эмиттерной оболочке, а иногда и в коллекторном пакете и т.д.
Выполненный в [138] анализ более 20 испытанных ЭГС с разной геометрией электродов, составом топливного сердечника и степенью его заполнения топливом, различными схемно-конструкционными решениями системы удаления газообразных продуктов деления показал, что нейтронная радиография ЭГС в составе петлевых каналов позволяет выполнять следующие функции:
- служить уникальным неразрушающим контролем состояния конструкции ЭГС до испытаний в ядерном реакторе, в перерывах между ними и после испытаний;
- изучать эволюцию топливного сердечника во времени в процессе реакторных испытаний для топливных сердечников ЭГЭ различных типов (вентилируемых и не вентилируемых) и для ЭГС в целом;
- исследовать влияние свободного объема сердечника на деформацию эмиттера в зависимости от конструкционно-технологических особенностей ЭГС и режимов эксплуатации;
- изучать процессы выноса топливного материала через ГОУ для различных схемно-конструкционных решений в зависимости от состава, структуры, пористости, рабочих тепловыделений и температуры;
- исследовать формоизменение центральной газовой полости в зависимости от конструкционных особенностей и эксплуатационных факторов, влияния на форму полости теплопроводящих прокладок, трубки ГОУ и т.д.;
- проводить комплексное исследование процессов массопереноса в топливно-эмиттерных узлах ЭГС с целью идентификации специальных математических моделей прогноза ресурса ЭГС;
- отработать методику ускоренных и утяжеленных испытаний применительно к задаче прогноза работоспособности системы вывода ГПД и ресурсоспособности ЭГС.
Использование нейтронной радиографии позволяет определить даже такие характеристики, как эффективная теплопроводность топливной композиции [190, 191J и ее максимальная температура [142].
В практике проведения нейтронографии испытанных ПК были разработаны и использовались новые, в том числе автоматические, методы обработки нейтронограмм [192, 193).
Высокая эффективность нейтронной радиографии для определения степени деформации эмиттерной оболочки топливноэмиттерных узлов в процессе длительных (в течении нескольких лет) ресурсных ампульных испытаний описана в [57].
