Б. КОНТРОЛЬ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛОВ
Контроль герметичности оболочек твэлов можно вести по активности защитного газа в реакторе или по запаздывающим нейтронам в потоке натрия на выходе из активной зоны. Трудности вызывает определение ТВС с поврежденными твэлами. Одним из способов идентификации дефектных ТВС является использование твэлов, в газовой полости которых содержится «маркированный» газ.
Контроль активности защитного газа
Система контроля защитного газа служит для обнаружения продуктов деления, выделившихся из твэлов, герметичность которых нарушена. Основную массу продуктов деления топлива составляют благородные газы: ксенон и криптон. Многие продукты деления дают γ-излучение сравнительно низкой энергии (около 100 кэВ), и обнаружение этого излучения на фоне потоков γ-квантов высокой энергии, испускаемых 23Ne (440 кэВ) и 41Аr (1300 кэВ), представляет определенную трудность1. Однако некоторые изотопы ксенона испускают γ-кванты высокой энергии, благодаря чему данный метод все-таки может использоваться для контроля герметичности оболочек твэлов.
В качестве датчиков активности защитного газа в гамма-спектрометрах с высоким энергетическим разрешением часто используются германиевые детекторы, обладающие высокой чувствительностью к γ-излучению малой энергии. Эффективность детекторов можно увеличить за счет повышения концентрации нуклидов ксенона и криптона в анализируемой порции защитного газа, что достигается продувкой газа через древесноугольный фильтр. Время срабатывания системы после появления негерметичных твэлов составляет несколько минут.
Контроль запаздывающих нейтронов в натрии
Другим методом обнаружения дефектных ТВС является контроль запаздывающих нейтронов, испускаемых продуктами деления, которые попали в поток теплоносителя. Основными источниками запаздывающих нейтронов являются 87Вr (с периодом полураспада 56 с) и 137I (с периодом полураспада 25 с). Оба эти нуклида хорошо растворяются в натрии, попадая в него из твэлов с топливом или газом через трещины, образовавшиеся в оболочке.
Детекторы запаздывающих нейтронов в виде камер, заполненных BF3, обычно размещаются в области главных циркуляционных насосов первого контура. Скорость срабатывания системы контроля герметичности оболочек по запаздывающим нейтронам зависит от времени транспортировки источников запаздывающих нейтронов потоком натрия к датчику и составляет обычно около 1 мин.
Система идентификации дефектной сборки
Системы контроля активности защитного газа и запаздывающих нейтронов информируют оператора о разгерметизации твэлов. Для того чтобы определить, в какой из ТВС реактора произошла разгерметизация оболочек, необходима специальная система.
Одним из методов идентификации дефектных ТВС является применение «маркированных» газов.
Рис. 12.25. Схема технологического процесса определения дефектных твэлов с помощью
маркированных газов
1 — тепловыделяющая сборка; 2 — твэл, 3— капсула с маркированным газом; 4 — выход газов (юлия, продуктов деления, маркированного газа), 5 — бак реактора, 6- линия к баку перелива, 7 — индикатор активности, 8 — древесноугольный фильтр (- 79 °С); 9 — линия в систему очистки
радиоактивного аргона; 10 — проба газа; 11 — выделение маркированного газа, 12 — масс спектрометр; 13 — записывающий прибор; 14 — определение маркировки газа
В соответствии с этим методом в газовую полость каждого твэла в процессе изготовления добавляется смесь с определенным содержанием стабильных изотопов ксенона и криптона, причем во все твэлы одной ТВС добавляется одинаковая смесь. Для твэлов реактора FFTF предусмотрено использование 100 вариантов смесей нуклидов: 126Хе/128Хе, 78Кr/80Кr и 82Кr/80Кr. Как видно из схемы, приведенной на рис. 12.25, дефектная тепловыделяющая сборка определяется путем сравнения результатов масс-спектрометрического анализа защитного газа с исходными данными по составу «маркированных» газовых смесей в твэлах с учетом выгорания топлива.
В. КОНТРОЛЬ ТЕЧЕЙ И ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ НАТРИЯ
Аварийная утечка натрия из контура представляет опасность по трем основным причинам:
- воспламенение натрия при попадании его в воздушную атмосферу;
- выброс радиоактивного натрия (в случае утечки натрия из первого контура);
- снижение работоспособности теплоотводящих контуров вследствие уменьшения количества теплоносителя.
В связи с этим необходим строгий контроль уровня натрия во всех емкостях.
Способы обнаружения течей
Один из методов индикации течей натрия основан на использовании свойства электрической проводимости жидкого металла. На участке контура, где может скапливаться натрий в случае течи, устанавливается датчик контактного типа, состоящий из двух электродов. При появлении натрия происходит замыкание электродов, и сигнал от датчика поступает в систему аварийной сигнализации. Такие датчики обычно располагаются на нижних участках бака реактора и оборудования натриевых контуров. Однако применение контактных датчиков выдвигает определенные проблемы: во-первых, материал электродов может подвергаться окислению; во-вторых, отсутствует абсолютная гарантия контакта вылившегося натрия с датчиком (особенно при малых течах).
Во многих случаях применяются детекторы течи натрия другого типа, которые контролируют появление аэрозолей натрия в газовой среде путем анализа пробы газа в ионизационной камере или продувки газа через фильтр. Первый метод состоит в том, что поток газа направляется на разогретую нить, испускающую ионы натрия. Если в газе содержатся аэрозоли натрия, то поток ионов, идущий через пластины электродов, увеличивается. При использовании второго метода поток газа пропускают через фильтр с ячейками, размеры которых не превышают 1 мкм. Фильтр периодически извлекается, и проводится анализ его содержимого.
Контроль уровня натрия
Рис. 12 26 Схематическое устройство индукционного уровнемера для жидкого натрия:
1 -уровень жидкого натрия, 2 — первичная обмотка; 3— генератор сигнала с частотой 2 кГц; 4 — преобразователь си1нала; 5 — выходной сигнал, 6 — сухая полость, 7 — вторичная обмотка
На рис. 12.26 показано устройство широко применяемого индукционного датчика уровня натрия. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, наводит ЭДС во вторичной обмотке, причем значение наведенной ЭДС пропорционально уровню натрия. Таким образом контролируется объем натрия в контуре.
Для обеспечения безопасности большое значение имеет контроль уровня натрия в баке реактора, который во всех режимах работы установки должен поддерживаться выше головок ТВС.
