Контроль герметичности твэлов при эксплуатации реакторов разных типов

Количество негерметичных твэлов в реакторе ограниченно правилами ядерной безопасности:

· Для ВВЭР и РБМК дефекты типа газовой неплотности 1% от общего числа твэлов, а прямой контакт топлива с теплоносителем 0.1 %

· В БН эти цифры еще в пять раз меньше.

Если этот предел будет превзойден , то реактор должен быть остановлен, а негерметичный твэл убран. Особенно это важно в реакторов РБМК так, как газы выходящие через неплотности, поступают в пар, а затем в конденсаторе турбин они отсасываются эжекторами и сбрасываются в атмосферу.

Твэлы при работе реактора мы контролировать не можем, поэтому контролируется появление продуктов деления в теплоносителе и число негерметичных твэлов связывают с активностью теплоносителя.

В случае БН есть возможность контролировать продукты деления в газовой полости реактора, этот контроль ведется по некоторым заранее выбранными изотопам, удобными для контроля ( ¹³¹J, ¹³⁵J, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs).

Виды контроля.

1) Контролируется активность при работе реактора (система КГО).

2) Контролируется активность на остановленном реакторе.

При работающем реакторе мы можем осуществлять или общий контроль (периодический или непрерывный), или помимо общего контроля нам необходимо локализовать (обнаружить) нужную сборку.

Когда реактор остановлен 2 варианта действий:

1) найти ТВС в реакторе

2) найти эту сборку в тракте перегрузки или БВ.

Стараются использовать 1 способ, так как если выгружать герметичную сборку мы несем экономический ущерб.

Система КГО ВВЭР.

На работающем реакторе периодический контроль осуществляется на работающем реакторе отбором проб раз в месяц, если возникает подозрение о негерметичности – раз в сутки.

Все нарушения на оболочках твэлов делятся на микродефекты, газовые неплотности и маленькие трещины, через которые выходят газообразные продукты (Xe, Kr, J, Cs). Второй вид дефектов – это когда оболочка повреждена значительно и теплоноситель непосредственно омывает топливо.

Эти типы дефектов отличаются составом продуктов деления в теплоносителе. За время прохождения теплоносителя по контуру все короткоживущие продукты деления распадутся, а останутся только долгоживущие. Когда имеем непосредственный контакт топлива с теплоносителем, выходят все продукты деления. Поэтому по соотношению короткоживущих и долгоживущих продуктов судят о характере дефекта.

Радиохимический контроль производится по нескольким изотопам, которые удобно определять (обычно ¹³¹J самый большой T_1/2 ~ 8 суток). Метод не очень хорош так как много мелких дефектов могут создать такую же картину как один большой.

Были попытки непрерывного контроля. Есть 2 варианта:

· по запаздывающим нейтронам,

· по гамма-излучению продуктов деления.

Трудность контроля по запаздывающим нейтронам в том, что при активации кислорода ¹⁶O(n,p)¹⁷N. Азот выпускает нейтрон с периодом полураспада 4.2 сек, это сравнимо со временем оборота воды по контру. Если мы не отсечем этот азот, он будет «забивать картину». Вода берется с напора насоса, на пути ее ставится емкость, такая что бы вода задерживалась на 60 секунд. За это время азот распадется и мы сможем ловить запаздывающие нейтроны от J, Br. На АЭС если поставить систему КГО на каждую из петель, можем определить в каком из 4 секторов неплотность. Количество запаздывающих нейтронов (продуктов деления) зависит от мощности.

Сейчас эту систему заменили на систему контроля по γ-излучению. На каждой петле ставится датчик γ-излучения и спектрометры. Трудность заключается в том что при облучении кислорода получаем ¹⁶N его T_1/2 ~ 7.1 сек, подстроится под него с помощью какой либо емкости тяжело. Отстраиваются электронные схемы.

В последнее время стали замечать спайк-эффект (пики). Если резко изменить мощность реактора то происходит всплеск активности из-за дефектов в твэлах.

На остановленных реакторах системы контроля в бассейнах выдержки. В них имеется 4 пенала, связанных с датчиками. Сборка ставится в одно из этих гнезд, закрывается крышкой и через этот пенал по сборке начинается прокачиваться жидкость (сначала сверху в низ, затем снизу вверх) порядка 5-10 минут. После промывки сборки (активность сборки соответствует активности воды в бассейне) в пенале поднимается давление до 0.45 МПа, выдерживается 5 минут. Если мы подняли давление то через дефекты вода будет заходить в зазор между топливом и оболочкой. После этого давление сбрасывается (до 0.1МПа), газ через зазор будет выходить из сборки, собираться в верхней части пенала. Отбираются пробы воды с этим газом, отправляются на радиохимический анализ.

Система КГО РБМК.

Особенность РБМК меньшие линейные нагрузки на твэлы. Меньше выход газообразных продуктов под оболочку – меньше повреждений – меньше уровень активности теплоносителя.

Установлен предел активности (¹³¹J).

Разветвлённая система позволила установить несколько систем КГО:

· непрерывная система контроля герметичности зоны в целом. Имеются 4 БС, в каждый БС выходят трубки из четверти зоны. К каждом БС прицеплена система контроля активности пара. Пробы взятые от БС проходят свой путь 20-30 минут, через это время мы получим сигнал о негерметичности сборки.

· поканальная система контроля. Между трубами проезжает тележка которая меряет активность. По этому сигналу можно определить где появилась дефектная сборка. Отверстия в тележке сделаны так что они смотрят на одну трубку, соседние не подсвечивают. Цикл работ тележки занимает пол часа.

На станции эти тележки включают крайне неохотно, так как они часто выходят из строя (чтобы не изнашивались)

Когда сборка выгружена из реактора и поставлена в БВ есть возможность взять пробу.

Система КГО БН.

Можем контролировать теме же методами что и ВВЭР:

· по запаздывающим нейтронам,

· по гамма-излучению продуктов деления.

γ-активность оперативно проверить невозможно. Активность натрия на порядки выше активности продуктов деления. Делают специальный участок по которому циркулирует натрий несколько часов, потом он отсекается с обеих сторон, замораживается и когда ²⁴Na распадется (10 суток), с помощью спектрометров можно снять спектр продуктов деления, но это не оперативно.

На БН-350 на каждой петле стояли датчики по запаздывающим нейтронам.

Особенность БН наличие газовой подушки над уровнем Na в реакторе. Газовые продукты выходят в эту полость, но только большие пузыри газ. Время задержки до выхода на БН-350 7-15 часов.

На БН-600 была введена секторная система КГО. За баком реактора перед теплообменником ставились датчики запаздывающих нейтронов – по каждом ТО можно определить сектор реактора, по этой системе можно определить:

· выход продуктов деления,

· старая сборка или молодая,

· 7 сборок в одной из которых дефект.

Общая последовательность работ при вводе в эксплуатацию нового энергоблока. Организация приемки систем и блока в целом и работ по вводу их эксплуатацию. Функциональная наладка систем и оборудования (на 2-3-х примерах).

Первые 2 года земляные работы. К началу третьего года завозятся и монтируются закладные для оборудования, двери, крупногабаритное оборудование. К концу третьего года должен быть готов ЦЗ. В 4 году монтируется мостовой кран центрального зала (400 т). Дальше монтаж технологического оборудования. За 1.5 года до завершающего момента монтируются электрические распределительные устройства, щит электроснабжения, кип, постепенная сдача технологических систем. Делаем физический пуск и энергетический пуск. Всего 60 месяцев.

Пуск-наладка 5-6 месяцев; физический пуск 30 суток, энергетический пол года (ВВЭР).

Реальные характеристики оборудования и систем очень часто оказываются не такими как в проекте. При наладке мы должны выявить все дефекты и устранить их.

Весь период ввода в эксплуатацию делиться:

· предпусковые наладочные работы,

· физический пуск,

· энергетический пуск.

Пусковым объектом является пусковой комплекс. Если АЭС состоит из нескольких блоков, то пусковым комплексом может быть один блок. Пусковой комплекс формируется генеральным проектировщиком АЭС, что бы уменьшить объем работ, финансирование. Это здания, дороги, склады, инженерные коммуникации. Он обеспечивает:

· производство и отпуск потребителям электроэнергии,

· проведение ремонтов и технического обслуживания,

· нормативные санитарно бытовые условия и безопасность,

· пожарную безопасность,

· защита окружающей среды от загрязнений.

Из пусковых комплексов исключаются медпункты, пункты питания, охрана.

Эксплуатирующая организация главная за ввод в эксплуатацию Создается много временных структур.

Государственная приемочная комиссия. Назначается приказом Росатома, во главе ставится доверительно-значимая фигура.

Рабочие комиссии.Собираются на уровне специалистов:

· приемка;

· проверка;

· создает рабочие подкомиссии. Принимает скрытые работы. Входит отдел капитального строительства.

Группа руководства пуском.Возглавляет главный инженер АЭС, группа занимается техникой пуска, выпуском отчетной документации.

Блок принимается в эксплуатацию в 2 приема:

· в опытную эксплуатацию – блок должен проработать 72 часа на 50 % мощности;

· в промышленную эксплуатацию. Когда блок достиг 100 % мощности, работает непрерывно в течении 15 суток.

Приемка осуществляется составлением соответствующих актов. Все выявленные дефекты должны сразу устраняться монтажниками.

Предпусковые наладочные работы. Цель – подготовка блока к началу физического пуска.

1. Индивидуальные испытания и опробирование отдельных элементов технологических схем:

· арматуры (протечки, время закрытия и открытия, ход клапана, указатели положения, электропривод, на прочность);

· трубопроводы и сосуды (прочность, герметичность, чистка, крышки, опоры, наличие изоляции, заполнения, дренирования).

2. Проверка систем состоящих из уже проверенных элементов.

3. Функциональная наладка систем.

· Промконтур (характеристики насосов, гидравлические режимы всей системы,