СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛОВ

Изобретение относится к способам контроля герметичности оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерного реактора по активности продуктов деления в теплоносителе первого контура корпусных ядерных реакторов и направлено на повышение безопасности эксплуатации ядерных реакторов.

Известен способ контроля герметичности оболочек твэлов, в котором пробы теплоносителя, отбираемые из топливных сборок, контролируются на присутствие запаздывающих нейтронов, носителями которых являются Br⁸⁷ и J¹³⁷ с периодами полураспада 56 и 22 с соответственно [М.П. Шальман, В.И. Плютинский. Контроль и управление на атомных электростанциях. М.: Энергия, 1979 г., с.114-115].

Недостатком известного способа является невысокая надежность определения герметичности оболочек твэлов в условиях электромагнитных помех в линии связи между детектором и аппаратурой обработки на уровне малой интенсивности информационного сигнала.

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения принят способ контроля герметичности оболочек твэлов [патент РФ №2349976, МПК G21C 17/04, 2009 г.]. В указанном способе осуществляют регистрацию запаздывающих нейтронов в теплоносителе первого контура при помощи двух детекторов, размещенных друг от друга на расстоянии, учитывающем затухание источников нейтронов в теплоносителе, сравнивают количество поступающих импульсов и определяют моменты возрастания количества импульсов в каждом детекторе. Появление микротрещин на оболочке твэла приводит к выбросу запаздывающих нейтронов в теплоноситель, и, соответственно, к увеличению в момент времени t₁ сигнала с первого детектора нейтронов, а затем через время, равное отношению расстояния между детекторами нейтронов к скорости теплоносителя, в момент времени t₂ формируется увеличенный сигнал со второго детектора. По информации об увеличении сигналов в моменты времени t₁ и t₂ судят о герметичности оболочек твэлов.

Недостатком способа, принятого в качестве ближайшего аналога, является то, что он не обеспечивает достаточно высокой точности измерений, так как при использовании двух детекторов, регистрирующих нейтронную активность, требуется участок трубопровода с максимально одинаковыми гидродинамическими параметрами протекания теплоносителя. В то же время в реальных условиях ядерного реактора трубопроводная система, по которой циркулирует теплоноситель, характеризуется наличием запорно-регулирующей арматуры, изгибами и коленами и т.п., что приводит к изменению гидродинамического профиля потока теплоносителя, и как следствие вносит погрешность в соответствие показаний первого и второго детекторов, вследствие чего снижается точность и, следовательно, достоверность контроля герметичности оболочек твэлов ядерного реактора.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение точности и достоверности контроля герметичности оболочек твэлов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля герметичности оболочек твэлов, включающем регистрацию запаздывающих нейтронов в теплоносителе первого контура ядерного реактора, упомянутую регистрацию запаздывающих нейтронов производят одним детектором через равные интервалы времени T, которые соответствуют времени полного цикла обращения теплоносителя в первом контуре ядерного реактора, измеряют интенсивности N_i и N_i+T сигналов детектора, пропорциональные нейтронной активности теплоносителя в моменты времени t₁ и t_i+T, определяют разность (N_i+T-N_i)_K=ΔN_K, где k - номер процедуры вычитания, сравнивают разность ΔN_K со значением ΔN_K-1 и судят о разгерметизации оболочек твелов при выполнении условия ΔN_K≥2ΔN_K-1.

Изобретение иллюстрируется на фиг.1, где приведена структурная схема устройства, с помощью которого осуществляется заявляемый способ.

Устройство, реализующее способ, содержит детектор 1, выполненный в виде в виде ионизационной камеры деления для регистрации нейтронной активности изотопов Br⁸⁷ и J¹³⁷ на фоне нейтронной активности изотопа азота N¹⁷ и размещенный непосредственно на выходном трубопроводе первого контура ядерного реактора. К выходу детектора 1 подключены последовательно соединенные дифференциальный трансформатор 2, усилитель импульсов тока 3, дискриминатор 4 и преобразователь счет-код 5. Выход блока 5 соединен с входом ПЭВМ 6. ПЭВМ 6 обеспечивает обработку поступающих сигналов и отображает на мониторе информацию о состоянии твэлов.

Предлагаемый способ основан па регистрации на уровня фоновой активности теплоносителя, вызванной наличием запаздывающих нейтронов от изотопа азота N¹⁷, носителей предшественников запаздывающих нейтронов, которыми являются продукты деления ядерного топлива - Br⁸⁷ и J¹³⁷ c периодами полураспада 56 и 22 с соответственно. Детектор 1 непрерывно через равные интервалы времени T, соответствующие времени полного цикла обращения теплоносителя в первом контуре реактора (которое, например, для реактора типа ВВЭР составляет 3-5 сек), регистрирует запаздывающие нейтроны. Интенсивности N_i и N_i+T сигналов детектора пропорциональны нейтронной активности теплоносителя в моменты времени t_i и t_i+T.

При наличии герметичности оболочек твэлов уровень фонового облучения детектора, формируемый в основном нейтронной активностью изотопа азота N¹⁷, через равные интервалы времени T будет одинаков и количества импульсов N_i и N_i+T с выхода детектора в моменты времени t_i и t_i+T будут равны друг другу с точностью до погрешности измерения. При возникновении микротрещин на оболочке твела в теплоноситель попадают продукты деления ядерного топлива, являющиеся предшественниками запаздывающих нейтронов, и показания измеренной активности N_i и N_i+T в моменты времени t_i и t_i+T будут отличаться на величину, большую, чем величина дисперсии активности теплоносителя при нормальной эксплуатации ядерного реактора.

Сигнал детектора 1 через дифференциальный трансформатор 2 и усилитель 3 поступает на дискриминатор 4, который обеспечивает дискриминацию шумов усилителя 3, обрабатывает и преобразовывает аналоговые сигналы детектора 1 в стандартные импульсы для передачи на вход преобразователя счет-код 5. С выхода преобразователя 5 сигналы поступают в ПЭВМ 6, где они обрабатываются по заданному алгоритму.

В ПЭВМ 6 производится определение разности (N_i+T-N_i)_K=ΔN_K, где k - номер процедуры вычитания и сравнение разности ΔN_K с предыдущим значением ΔN_K-1. Выполнение условия ΔN_K≥2ΔN_K-1 свидетельствует о разгерметизации оболочек твелов. В зависимости от величины разности (ΔN_K-2ΔN_K-1) и длительности превышения ΔN_K над ΔN_K-1 определяется характер разгерметизации.

Предлагаемый способ по сравнению со способом, принятым в качестве ближайшего аналога, не чувствителен к гидродинамическим параметрам протекания теплоносителя в первом контуре ядерного реактора и, как следствие обеспечивает повышение точности и достоверности контроля герметичности оболочек твэлов ядерного реактора.