Контроль параметров ядерной и радиационной безопасности

Строгий учет

По заказу ФГУП «ГХК» специалисты АО «ГНЦ РФ-ФЭИ» разработали и внедрили ряд установок и методик, предназначенных для контроля параметров ядерной и радиационной безопасности при обращении с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ).
В соответствии с нормативной документацией при обращении с ОЯТ на объектах использования атомной энергии можно использовать глубину выгорания в качестве параметра ядерной безопасности (ЯБ), если контроль этой величины осуществляется с помощью специальных установок. Данные по изотопному составу ядерного топлива (ЯТ) отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) реакторов ВВЭР-1000 и РБМК-1000, зависящие от степени начального обогащения и выгорания ЯТ, могут быть использованы в системе учета и контроля ядерных материалов.
Для измерения уровня выгорания ЯТ ОТВС реакторов ВВЭР, РБМК и ДАВ-90 разработаны специальные установки, прошедшие сертификацию, зарегистрированные в «Государственном реестре средств измерений (СИ)» и допущенные к применению на территории Российской Федерации. Методики измерений (МИ) глубины выгорания, изотопного состава и остаточного тепловыделения с использованием данного оборудования аттестованы и внесены в «Федеральный реестр МИ».
Значения констант, используемых в программном обеспечении установок, подтверждены результатами разрушающего анализа выгорания и изотопного состава ЯТ, проведенного специалистами АО «ГНЦ НИИАР» и АО «ГНЦ РФ-ФЭИ» в соответствии с международным стандартом ASTM E244-80.
В установках, которые состоят из блока детекторов и электронного модуля, используются каналы регистрации нейтронного излучения, гамма-излучения спектрометрические и гамма-излучения дозиметрические.
Метод измерения выгорания, изотопного состава и остаточного тепловыделения ЯТ ОТВС включает в себя:
градуировку каналов регистрации нейтронного и гамма-излучения установок измерения выгорания с использованием градуировочных ОТВС;
измерение скорости счета импульсов в каналах регистрации нейтронного излучения, мощности дозы и энергетических спектров гамма-излучения от контролируемых ОТВС;
вычисление выгорания ЯТ ОТВС;
определение изотопного состава и остаточного тепловыделения ОТВС с использованием полученного значения выгорания ЯТ ОТВС.

Установки измерения выгорания

В настоящее время на ФГУП «ГХК» эксплуатируются установки следующих моделей:
— МКС-01 ВВЭР, предназначенная для эксплуатации в бассейне выдержки ОТВС ВВЭР-1000 хранилища отработавшего топлива № 1 (ХОТ-1) — блоки детекторов в ней размещаются на чехле хранения ОТВС ВВЭР-1000 02Х, и МКС-03 ВВЭР, использующаяся в ХОТ-2 при переводе ОТВС ВВЭР-1000 с мокрого хранения на сухое (блоки детекторов находятся в помещении наклонного подъемника здания изотопно-химического завода (ИХЗ). Данные установки обеспечивают измерение глубины выгорания, изотопного состава и остаточного тепловыделения ЯТ ОТВС ВВЭР-1000 с выгоранием в диапазоне 5-70 мегаватт-суток на килограмм. При этом погрешность глубины выгорания ЯТ не превышает ± 10 %, массы изотопов урана и плутония — ± 15 %, а остаточного тепловыделения — ± 10 %.
— МКС-02 РБМК, работающая в сухом хранилище ОЯТ в ХОТ-2 и измеряющая глубину выгорания, изотопный состав и остаточное тепловыделение ампул с пучками тепловыделяющих элементов (твэл) ОТВС РБМК-1000 с выгоранием в диапазоне 5-40 мегаватт-суток на килограмм. Погрешность глубины выгорания ЯТ не больше ± 10 %, массы изотопов урана и плутония — ± 15 %, а остаточного тепловыделения — ± 10 %.
— МКС-01 ДАВ — была разработана для измерения выгорания и изотопного состава высокообогащенного ЯТ отработавших твэлов ДАВ-90 и среднего выгорания ЯТ твэлов, размещенных в ковшах (кюбелях), в настоящее время эксплуатируется ФГУП «ПО МАЯК». Установка обеспечивает измерения выгорания в диапазоне от 5-85 мегаватт-суток на килограмм. Погрешность для среднего выгорания в твэлах ДАВ-90 в емкости хранения твэлов составляет ± 25 %, для выгорания в отдельных твэлах ДАВ-90 — ± 10 %, а для массы изотопов урана и плутония в отдельных твэлах ДАВ-90 — ±15 %.
Твэлы ДАВ-90 направляются с ФГУП «ГХК» и ФГУП «СХК» на ФГУП «ПО «МАЯК» для переработки.

Система контроля подкритичности

В ХОТ-1 ВВЭР-1000 накапливается несколько десятков тысяч ОТВС, и провести измерение выгорания ЯТ их всех достаточно сложно. Для этого при участии специалистов АО «ГНЦ РФ-ФЭИ» была разработана система контроля подкритичности СКП-ХОТ, позволяющая на основе импульсного метода при использовании расчетных констант контролировать подкритичность для обоснования ЯБ в хранилище.
Определение подкритичности с использованием СКП-ХОТ основано на измерении скорости спада (декремента затухания) потока нейтронов в контролируемой области, содержащей ОЯТ, после инжекции в нее коротких импульсов быстрых нейтронов с помощью импульсного нейтронного генератора. Объектами контроля при этом являются чехлы хранения ОТВС ВВЭР-1000 02Х и 03Х.
Установка сертифицирована и зарегистрирована в «Государственном реестре СИ» и допущена к применению в Российской Федерации. Методика измерения подкритичности хранилища ОЯТ с помощью системы СКП-ХОТ аттестована и внесена в «Федеральный реестр МИ».
Метрологические характеристики СКП-ХОТ:
— диапазон измерения подкритичности ΔК 0,0-0,7;
— пределы допускаемой относительной погрешности измерения подкритичности — ± 10 %.

Посты автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности поверхности твэла (ПКСЗТ)

ПКСЗТ предназначены для автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэла с навитой дистанцирующей проволокой или без нее в линии по производству МОКС-топлива (англ. MOX — Mixed-Oxide fuel) на радиохимическом заводе (РХЗ) ФГУП «ГХК». Для измерения применяется метод сухого мазка.
АО «ГНЦ РФ-ФЭИ» выполнило комплекс исследований, разработало и аттестовало методику «Определение снимаемой альфа-загрязненности поверхности твэлов с использованием постов автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности», которая вошла в «Федеральный реестр МИ».
Технические и метрологические характеристики постов:
производительность контроля — не менее 10 твэл/час;
производительность на одной кассете ленты — не менее 400 твэл;
режим работы производительность контроля — постоянный, круглосуточно;
погрешность измерения уровня радиоактивного загрязнения поверхности твэла — 34 %;
коэффициент снятия сухого мазка — не менее 20 %.
Ранее в 2008 году АО «ГНЦ РФ-ФЭИ» разработало МИ массы плутония в отложениях завода РХЗ, а в 2018 году — МИ массы плутония в отложениях и накоплениях фильтров и воздуховодов системы вентиляции завода по производству МОКС-топлива на РХЗ. В настоящее время продолжается разработка МИ накоплений массы делящихся материалов в емкостях, фильтрах и воздуховодах системы вентиляции опытно-демонстрационного центра ИХЗ.
Все указанные выше МИ были рассмотрены Советом по методам и средствам контроля параметров ЯБ и системам аварийной сигнализации о возникновении самоподдерживающейся цепной реакции на ядерных установках и пунктах хранения, действующим на базе отдела ядерной безопасности АО «ГНЦ РФ-ФЭИ», и получили рекомендации к применению для контроля параметров ЯБ.
Большой объем работы по анализу ЯБ был проделан при строительстве и вводе в эксплуатацию завода по производству МОКС-топлива РХЗ и опытно-демонстрационного центра ИХЗ.

А.А. Говердовский, О.Г. Григорьев, А.М. Катков, Б.Г. Рязанов, С.А. Богданов, Г.М. Бежунов, В.И. Свиридов, В.М. Левченко, С.А. Николаев, В.А. Чернов, А.В. Мастеров, В.С. Волков, С.Г. Исаев, Н.В. Кузин

 АО «Государственный научный центр Российской Федерации — Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского» (АО «ГНЦ РФ-ФЭИ»)

249033, г. Обнинск, пл. Бондаренко, д. 1
Телефоны (484) 399-89-61, 399-82-49, 399-84-12
Факсы (484) 396-82-25, 395-84-77
E-mail: postbox@ippe.ru
www.ippe.ru