Исследования термоэмиссионных сборок ЯЭУ - Особенности измерений состава и активности откачиваемых газов

Контроль распространения продуктов деления и других активных газов по вакуумному тракту от испытываемой ЭГС до ресивера накопления и выдержки проводят общепринятыми в ядерной технике методами. Наибольшее распространение получили методы отбора проб газа, непосредственная прокачка через газоанализаторы, использование масс-спектрометров и датчиков активности. В схемах технологических газовакуумных систем предусматриваются соответствующие системы и приборы. Так, на петлевой установке реактора ВВР-К (174) анализ газов проводился с использованием масс-спектрометра РОМС-1 и путем измерения γ-спектра отобранных из отстойных ресиверов проб газа с использованием детектора Ge(Li). Импульсы с детектора подавались на предусилитель, собранный по схеме зарядочувствительного малошумящего усилителя, импульсы с которого поступали в анализатор для расшифровки. Энергия γ-квантов определялась по пикам полного поглощения с применением набора спектрометрических γ-источников.
В качестве примера рассмотрим технологическую схему установки реактора АМ для анализа состава и активности откачиваемых газов [21]. Установка включает в себя отдельную вакуумную систему, подключенную к вакуумному тракту откачки ЭГС, анализаторы, измерительные емкости, электронные блоки масспектрометра МХ-7304, полупроводниковый детектор, скоммутированный с блоками обработки информации и запорную арматуру. Вакуумные датчики ПТМ-4 и ПММ-32 подключены к вакуумметрам ВВТ и ВМБ-14. В качестве вакуумных насосов используются насосы ЦВЛ-100 и НВГ. Может быть использована азотная ловушка. Отобранные для анализа газы сбрасываются как в основные, так и в специальные ресиверы выдержки.
Гамма-спектрометрические измерения могут вестись в двух режимах: с постоянной откачкой и в так называемом «тупиковом» режиме — после предварительной откачки вакуумного тракта с помощью спектрометрической системы.
Наличие масс- и гаммаспектрометрических установок позволяет изучить состав технологических газов, выходящих не только из ЭГС, но и из полостей ПК как во время термовакуумного обезгаживания, так и при ресурсных испытаниях. Отметим, что непосредственное измерение абсолютных значений выхода газообразных продуктов деления (ГПД) в процессе ресурсных испытаний позволяет контролировать не только состояние топлива в сердечнике, но и в какой-то мере максимальную температуру топлива и его пористость, а также герметизацию отдельных ЭГЭ в ЭГС конденсатом топлива. По активности откачиваемых газов легко идентифицируется «закупорка» жидким цезием цезий-вакуумного тракта.
Основная информация об активности газов, откачиваемых из ЭГС во время петлевых испытаний, доставляется радиоактивными изотопами ксенона и криптона. Эти изотопы, достигая пределов насыщения, при небольших концентрациях служат индикаторами стабильных изотопов и источниками активности оборудования вакуумного тракта. Как правило, во всех реакторных экспериментах пробы газа из откачного тракта или ресивера имеют следующий изотопный состав: 138Хе, 133Хе, 135Хе, 135mХе, 85Кr, 88Кr [21]. В вакуумном тракте ПК, в частности, на деталях клапана и за клапаном, обнаруживают изотопы иода. Без принятия мер по конденсации пара цезия перед вакуумной системой на значительное расстояние по вакуумной системе распространяются изотопы цезия, в особенности l34Cs, образующийся в термостате с цезием при облучении.
Следует отметить, что доставка ГПД в измерительную емкость происходит за счет диффузии изотопов Хе и Кr по вакуумному тракту. Поэтому измеренные значения парциальных концентраций радиоактивных ГПД не будут равны значениям этих параметров в МЭЗ ЭГС и в цезий-вакуумном тракте ПК. Связь между измеренными значениями концентраций и необходимыми (в ЭГС) находят из решения системы дифференциальных уравнений диффузии с учетом распада радиоактивных изотопов.
Определение активности осажденных твердых осколков деления проводят после ресурсных испытаний, когда разбирают ПК и детали вакуумного тракта. На первых этапах петлевых испытаний на некоторых участках вакуумного тракта устанавливали специальные вставки, которые извлекали через определенные промежутки времени и затем изучали в радиохимических лабораториях.
Опыт петлевых испытаний показал, что уровень активности оборудования петлевой установки и интенсивности спада ее при остановках в значительной степени зависят от времени работы, герметичности клапана или способности других источников пара цезия пропускать пар цезия в вакуумную систему. Проблемы ремонта оборудования из-за его активности не представляют принципиальных сложностей: обычно через 5—7 дней после остановки реактора уровень активности оборудования снижается до допустимых норм.