УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2013 года по МПК G01T7/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение вообще относится к устройству для измерения физических параметров ядерного материала и в частности к устройству для определения химических и физических свойств ядерных материалов с помощью электромагнитного излучения или элементарных частиц, используемых для индуцирования эмиссии вторичных нейтронов посредством прямой активации. Настоящее изобретение относится также к способу использования такого устройства.

Уровень техники

Например, для урана (U), плутония (Pu) и америция (Am) физическими количественными параметрами могут быть их массы, спонтанные нейтронные излучения и индуцированные нейтронные излучения, а физическими качественными параметрами разнообразие спонтанных нейтронных излучений, разнообразие индуцированных нейтронных излучений, способность материалов к делению и их изотопный состав.

В случае ядерных материалов, которые являются облучающими и/или загрязняющими радиоактивностью, необходимо соответственно использовать защитные экраны и/или обеспечить герметизацию ядерных материалов и предотвращение распространения радиоактивности, чтобы гарантировать защиту персонала.

В связи с этим ядерные установки содержат защитные камеры, в которых исследуют или хранят ядерные материалы. Защитные камеры представляют собой одну или большее количество герметичных оболочек, называемых кессонами. Кессон или кессоны окружен (окружены) радиационной защитой, упоминаемой также как биологическая защита.

Защитные камеры снабжают устройствами, позволяющими соединять эти камеры с транспортируемыми экранированными контейнерами для того, чтобы вводить или удалять ядерные материалы и одновременно обеспечивать также непрерывность защиты персонала от радиационного облучения и радиоактивного загрязнения.

В случае исследования ядерных материалов или при их удалении необходимо производить измерения параметров этих материалов. Проводить измерения может быть необходимо оператору ядерной установки, а также представителям внешних ведомств, например МАГАТЭ в случае осуществления этим ведомством контролирующих функций. Для проведения измерений ядерные материалы обычно должны быть изолированы.

В известном способе измерения, которые предполагается проводить над ядерными материалами, осуществляют на некотором расстоянии от защитных камер. Для этого ядерные материалы извлекают из защитной камеры, изолируют в экранированном контейнере, приводимом в контакт с защитной камерой, и затем перемещают в установку, специально предназначенную для проведения этих измерений.

Однако в силу нормативных предписаний и требований безопасности ядерный материал может быть извлечен из защитной камеры только в том случае, если он удовлетворяет определенным техническим требованиям, касающимся количества делящегося материала. Вместе с тем в известных установках отсутствуют средства для проведения на месте измерений, позволяющих гарантировать, что эти технические требования удовлетворены. В случае нарушения инструкций по проведению испытаний удаление ядерного материала может быть осуществлено, но ценой многочисленных, сложных, продолжительных и дорогостоящих операций, которые представляют опасность. Следует отметить, что во время транспортирования ядерного материала аварийная ситуация может, конечно, привести к загрязнению окружающей среды.

Устройство, обеспечивающее возможность измерения мощности дозы излучения ядерного материала, находящегося в контейнере, известно из патентного документа FR 2654219, в соответствии с которым указанное устройство приводят в контакт с защитной камерой.

Известное устройство содержит транспортный контейнер типа "Padirac", установленный на транспортном столе. Этот транспортный контейнер содержит цилиндрический корпус, вмещающий передаточный контейнер. Когда транспортный контейнер приводят в контакт с внешней стенкой защитной камеры, дверка, имеющаяся в указанной стенке защитной камеры, открывается, и открывается также крышка в транспортном контейнере. Затем с помощью соединительного стержня для манипулирования передаточным контейнером, введенного через отверстие, выполненное в задней стенке корпуса транспортного контейнера, передаточный контейнер вводят в защитную камеру, в которую загружен ядерный материал. После этого передаточный контейнер частично вновь вводят внутрь корпуса транспортного контейнера. Для проведения измерения сквозь отверстие, через которое был введен указанный соединительный стержень, после его извлечения вводят датчик для измерения величины мощности дозы излучения. Ввод этого датчика внутрь корпуса транспортного контейнера препятствует, таким образом, прохождению передаточного контейнера полностью внутрь транспортного контейнера и закрыванию крышки транспортного контейнера.

Это устройство обеспечивает измерение мощности дозы излучения, однако полученный физический параметр не может быть связан однозначно с физическими параметрами ядерного материала, находящегося в передаточном контейнере, без привлечения дополнительного предположения относительно его физико-химической природы. Кроме того, проведению измерения препятствует отсутствие возможности закрыть крышку транспортного контейнера и, следовательно, изолировать подлежащий исследованию ядерный материал от остальной защитной камеры с обеспечением герметичности. В этом случае измеренная мощность дозы излучения, конечно же, не может быть отнесена исключительно к излучению материала, содержащегося в передаточном контейнере. В упомянутом патентном документе отмечено, что во избежание искажения результатов измерений, осуществляемых внутри транспортного контейнера, за счет погрешностей, обусловленных фоном (радиационным), исходящим из защитной камеры, перед измерением мощности дозы излучения можно проводить также измерения фонов с помощью датчика, введенного через отверстие, через которое вводят упомянутый соединительный стержень для манипулирования.

Таким образом, для описанного выше измерительного устройства необходимо проведение дополнительной стадии измерения, что увеличивает продолжительность времени, необходимого для надежного измерения параметров ядерных материалов. Кроме того, требуется привлечение предположений, допущений, которые, таким образом, уменьшают точность и надежность этих измерений.

Кроме того, ввиду отсутствия возможности закрывать защитную камеру изоляция ядерного материала в течение определенного промежутка времени ухудшена, и материал находится в камере «лицом к лицу» с внешней средой.

Помимо того, использование для ввода датчика отверстия, предназначенного для ввода соединительного стержня для манипулирования передаточным контейнером, требует усложнения конструкции. И, наконец, устройство содержит большое количество элементов конструкции, механически связанных друг с другом, что все больше увеличивает опасность отказа оборудования.

Раскрытие изобретения

Соответственно, задача настоящего изобретения заключается в создании измерительного устройства, обеспечивающего значительную легкость транспортирования и использования, а также высокую безопасность использования, что позволяет проводить измерения параметров ядерных материалов, находящихся в нескольких других защитных камерах.

Другая задача настоящего изобретения заключается в создании устройства для измерения физических параметров ядерных материалов, содержащихся в защитных камерах, обеспечивающего высокую точность проведенных измерений.

Сформулированные выше задачи изобретения решаются с помощью измерительного устройства, содержащего транспортный контейнер для размещения ядерного материала, параметры которого подлежат измерению, при этом указанный транспортный контейнер приводят в контакт с камерой, из которой отбирают исследуемый ядерный материал, причем устройство содержит защитный кожух, закрывающий транспортный контейнер, оборудованную датчиками детектирования нейтронов. Устройство может быть приведено в контакт с защитной камерой и отведено от нее назад для того, чтобы оно могло осуществлять измерения параметров ядерных материалов, находящихся в других защитных камерах.

Термин «приводят в контакт» (соответственно «отводят назад») означает, что устройство на определенное время собирают и присоединяют (соответственно разбирают и отсоединяют) к защитной камере герметичным образом так, чтобы ввести или удалить ядерный материал, находящийся в указанной камере, обеспечивая в то же время непрерывность защиты персонала от радиационного облучения и радиационного загрязнения.

Кроме того, устройство в соответствии с настоящим изобретением очень легко демонтировать, что позволяет транспортировать его в различные места для проведения измерений параметров ядерных материалов, находящихся в других различных камерах.

Можно измерять физические параметры ядерного материала, размещенного внутри транспортного контейнера, при этом во время измерений корпус транспортного контейнера изолирован от защитной камеры.

Кроме того, для предложенного устройства не является необходимым транспортировать ядерный материал, оно позволяет измерять физические параметры материала до его транспортирования, что обеспечивает соответствие существующим требованиям стандартов

Предпочтительно устройство содержит модуль нейтронного излучения, размещенный в графитовом основании, на котором установлен транспортный контейнер.

Основным объектом настоящего изобретения является, таким образом, устройство для измерения физических параметров ядерного материала, находящегося в защитной камере (2), при этом указанное устройство может быть приведено в контакт с указанной защитной камерой (2) и может быть отведено от нее назад; предложенное устройство предназначено для проведения измерений в положении контакта с защитной камерой и содержит транспортную тележку, установленное на транспортной тележке основание, экранированный контейнер, внутри которого размещен передаточный контейнер, предназначенный для размещения исследуемого ядерного материала, причем указанный экранированный контейнер установлен на основании и имеет отверстие, которое расположено соосно отверстию, выполненному в одной стенке защитной камеры, что обеспечивает доступ к ядерному материалу, который она содержит, причем указанное измерительное устройство содержит также защитный кожух, закрывающий экранированный контейнер, и средства измерения, прикрепленные к указанному кожуху.

Транспортная тележка, основание и экранированный контейнер предпочтительно могут быть отделены друг от друга с тем, чтобы обеспечить легкую разборку и сборку указанного устройства для его перемещения к другой защитной камере, и использовать с указанной другой защитной камерой.

Предпочтительно основание содержит корпус, вмещающий модуль для генерирования электромагнитного или нейтронного излучения.

Кожух и основание предпочтительно образуют кессон, окружающий с пяти сторон экранированный контейнер, шестая открытая сторона обеспечивает сообщение с экранированной камерой, и этот кессон отражает нейтроны и поглощает их.

Указанный кожух содержит, например, две боковые стенки, нижнюю стенку, заднюю стенку, располагаемую по отношению к экранированному контейнеру с противоположной стороны от защитной камеры, и верхнюю стенку, при этом в указанной задней стенке имеется отверстие, которое дает возможность присоединять к экранированному контейнеру соединительный стержень.

Например, на внешней поверхности каждой боковой стенки кожуха могут быть закреплены два средства измерения, и два средства измерения могут быть закреплены на внешней поверхности верхней стенки кожуха. Использование двух «средств измерения» дает возможность получить большую эффективность измерения, чем использование одного средства измерения. К тому же размещение этих средств именно на внешней поверхности кожуха соответствует месту, в котором измеряемый поток нейтронов является наиболее сильным.

Каждое из средств измерения имеет ось, при этом два средства измерения, размещенные на одной стенке кожуха, предпочтительно расположены таким образом, чтобы их оси были параллельными, а средства измерения на двух различных стенках предпочтительно расположены перпендикулярно друг другу. Такое размещение имеет преимущество, т.к. позволяет получать сигналы, из которых можно будет извлекать информацию по местонахождению материала в передаточном контейнере, и, таким образом, делает эти измерения более точными и надежными.

Для улучшения измерений пары средств измерения предпочтительно сконцентрированы на мишени модуля излучения.

Средства измерения, например, включают некоторое количество детекторов, например 4 или 7.

Кожух и/или основание предпочтительно выполнены из графита, обладающего свойством замедлять поток нейтронов до тепловой скорости и отражать этот поток. Для улучшения механической прочности и облегчения очистки от радиоактивных загрязнений графит может быть покрыт листом анодированного алюминия.

Например, может быть использован очищенный графит марки CS 49 Н, производимый фирмой UCAR.

Предпочтительно измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит радиационную защиту, закрывающую снаружи сборную конструкцию, образованную транспортной тележкой, экранированным контейнером и корпусом, изготовленным из графита, с тем, чтобы изолировать сборную конструкцию от окружающей среды. Такая защита позволяет оператору находиться рядом с измерительным устройством.

Радиационная защита (защитное ограждение) включает в себя, например, две боковые стенки, заднюю стенку и верхнюю стенку, в задней стенке защиты выполнено первое отверстие для прохождения подводящих электрических кабелей и устройства управления модулем излучения и средствами измерения, причем указанное первое отверстие закрывается с помощью пробки; кроме того, в задней стенке выполнено второе отверстие для присоединения стержня для манипулирования передаточным контейнером, причем указанное второе отверстие закрывается с помощью пробки.

Предпочтительно во избежание повреждения сборной конструкции используют средства, придающие радиационной защите направление относительно сборной конструкции при установке защиты вокруг сборной конструкции.

Объектом настоящего изобретения является также способ сборки измерительного устройства, соответствующего настоящему изобретению, включающий следующие стадии:

- установка транспортной тележки на месте,

- размещение на транспортной тележке основания,

- размещение на основании экранированного контейнера,

- установка кожуха,

- размещение на кожухе средств измерения.

Способ сборки в соответствии с изобретением предпочтительно включает стадию размещения в основании модуля излучения.

Описанный способ сборки может также включать последнюю стадию установки биологической защиты.

Другим объектом настоящего изобретения является способ измерения с помощью измерительного устройства, включающий стадии:

- открытие экранированного контейнера,

- открытие дверки доступа внутрь защитной камеры,

- приведение передаточного контейнера в контакт с кессоном,

- удаление из передаточного контейнера заглушки,

- размещение ядерного материала в передаточном контейнере,

- возвращение заглушки на место в передаточном контейнере,

- возвращение передаточного контейнера в экранированный контейнер,

- закрытие дверцы доступа внутрь защитной камеры,

- закрытие экранированного контейнера,

- измерение физических величин ядерного материала.

Предпочтительно предложенный способ включает циклы «излучение-измерение», повторяемые с частотой порядка нескольких десятков герц, при этом излучение является нейтронным или электромагнитным.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятным с помощью нижеследующего описания и приложенных чертежей.

Фиг.1 - измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением, вид в продольном разрезе.

Фиг.2 - транспортный контейнер в соответствии с настоящим изобретением, вид в продольном разрезе.

Фиг.3А и 3В - ключ для открывания транспортного контейнера, виды спереди и сбоку.

Фиг.4 - пример выполнения модуля нейтронного излучения, который может быть использован в измерительном устройстве, вид в перспективе.

Фиг.5А-5G - схематические иллюстрации проведения различных стадий установки измерительного устройства, соответствующего настоящему изобретению, на защитной камере.

Фиг.6 - транспортный контейнер с показанным в различных позициях передаточным контейнером, вид в продольном разрезе.

Фиг.7 - схематическое изображение кожуха в соответствии с настоящим изобретением, представленной отдельно, вид в перспективе.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показано измерительное устройство в соответствии с изобретением, приведенное в контакт с защитной камерой 2, в которой находится ядерный материал, параметры которого подлежат измерению.

Измерительное устройство в соответствии с настоящим изобретением предназначено для осуществления измерений мощности облучения для объекта любого типа, которым может быть ядерный материал, но это может быть также любой объект, например, из вспомогательного оборудования, который может находиться в защитной камере и который может быть необходимым удалить из нее. Перед удалением из камеры этого вспомогательного оборудования необходимо измерять мощность облучения с тем, чтобы убедиться в том, что она меньше допустимой пороговой величины для транспортирования облученных объектов. Если мощность облучения соответствует установленным требованиям, оборудование может быть транспортировано, например, в транспортном контейнере, служащим для проведения измерений так, как это будет описано ниже.

Измерительное устройство содержит экранированный контейнер 4, в котором размещают подлежащий измерениям ядерный материал и внутри которого эти измерения будут осуществляться, структуру 6 со средствами измерений, окружающую экранированный контейнер 4 и содержащую средства измерения, которые будут описаны ниже, а также передвижную транспортную тележку 8, которая обеспечивает возможность приведения измерительного устройства в контакт с указанной защитной камерой 2.

Защитная камера 2 содержит полость 10, в которой хранится ядерный материал (не показан), окруженную стенкой 12, образующей защитную оболочку. Стенка 12 обычно имеет бетонную сердцевину, покрытую с обеих сторон листом из свинца. Кроме того, камера содержит средства 14 доступа в полость 10. Указанные средства доступа образованы каналом цилиндрической формы, имеющим круговое сечение, проходящим вдоль оси Y1, и снабжены средством герметичного закрытия, выполненным в данном примере в виде дверки 16, типа вращающейся дверки, подвижной при повороте вокруг вертикальной оси X.

Экранированный контейнер, показанный на фиг.2 и фиг.6, относится к контейнеру известного типа, описанному в опубликованной заявке на патент FR 1515 024. Экранированный контейнер представляет собой, например, контейнер типа "Padirac", широко используемый в ядерной отрасли промышленности.

Указанный экранированный контейнер, называемый также транспортным контейнером, образован корпусом 18, ограничивающим камеру 20 цилиндрической формы с осью Y, и сдвижным закрывающим элементом 22.

Корпус 18 выполнен, например, из свинца, покрытого внутри и снаружи стальным кожухом.

Закрывающий элемент представляет собой, например, дверку, установленную с возможностью сдвига в направлении, перпендикулярном оси Y камеры 20.

В камере 20 находится передаточный контейнер 24, который может быть закрыт с помощью заглушки 26. Передаточный контейнер 24 имеет цилиндрическую форму и помещен внутрь цилиндрической емкости 28, которая сама размещена в камере 20. Цилиндрическая емкость 28 способна к перемещению вдоль оси Y, что позволяет извлечь передаточный контейнер. Указанная емкость 28 образует герметичное приспособление для перемещения передаточного контейнера 24 из внутреннего объема транспортного контейнера за его пределы, причем перемещение упомянутого приспособления регулируется с помощью соединительного стержня 30, расположенного снаружи от указанного транспортного контейнера. Таким образом, приспособление для перемещения передаточного контейнера образует дополнительную защиту от ядерного материала.

Соединительный стержень 30 имеет конструкцию, известную специалистам в данной области техники, и поэтому не будет описан здесь подробно.

Указанный соединительный стержень 30 содержит один конец для соединения с задней стенкой емкости 28 с тем, чтобы перемещать емкость 28 вдоль оси Y за счет перемещения соединительного стержня вдоль оси Y. На фиг.1 соединительный стержень 30 показан установленным на месте. Его соединение с задней стенкой указанной емкости 28 осуществляется, например, путем вращения вокруг своей оси.

Сдвижная дверка 22 установлена на рельсах, сформованных на корпусе 18. Смещение со сдвигом дверки 22 производят с помощью ключа 36 для открывания, показанного на фиг.3А и 3В; его конструкция также известна специалистам в данной области техники и поэтому не будет описана здесь подробно.

Ключ 36 для открывания, показанный отдельно на фиг.3А и фиг.3В, содержит пластину 38, выполненную с отверстием 40, имеющим такие размеры, что это отверстие 40 обеспечивает прохождение через него передаточного контейнера 24. Ключ 36 для открывания содержит также средства 41 для поддерживания дверки, эти средства смещены в осевом направлении относительно отверстия 40. Ключ 36 для открывания установлен на транспортной тележке, при этом транспортный контейнер установлен таким образом, что его дверка располагается на средствах 41 поддерживания. При скользящем перемещении ключа 36 для открывания перпендикулярно оси Y дверка 22 смещается, и отверстие 40 располагается напротив открытого торца камеры 20. Ключ 36 обеспечивает также непрерывность защиты от облучения во время открытия экранированного транспортного контейнера. Для манипулирования ключом 36 для открывания он снабжен кольцом.

Предусмотрено расположение открытого торца камеры 20 и средств 14 доступа защитной камеры по одной линии. С этой целью ось Y камеры совмещают с осью Y1 средств 14 доступа так, чтобы образовать непрерывный канал.

Транспортная тележка 8, поддерживающая транспортный контейнер, содержит горизонтальную платформу 9, образующую подвижную опору для устройства, и позволяет привести устройство в контакт с защитной камерой 2. Предпочтительно обеспечены рельсы 11 для направленного перемещения транспортной тележки и точного совмещения осей транспортного контейнера и средств 14 доступа защитной камеры, в частности, совмещения оси Y камеры и оси Y1 средств 14 доступа.

Предпочтительно платформа 9 имеет регулируемую высоту для того, чтобы облегчить совмещение осей контейнера 4 и средств доступа 14.

На транспортной тележке 8 имеются средства 42 для вертикального перемещения ключа 36 открывания. Предпочтительно эти средства снабжены электродвигателем.

Транспортная тележка 8 оборудована также вертикально расположенными средствами, придающими направление ключу 36 для открывания; указанные средства представляют собой, например, две вертикальные направляющие, имеющие V-образный профиль.

Средства, обеспечивающие перемещение ключа 36 для открывания, включают в себя, например, два вертикальных винта, соединенных с помощью поперечины, приводящей ключ в движение в вертикальном направлении. Эти винты приводятся в действие посредством электродвигателя с использованием угловой передачи.

На транспортной тележке может быть смонтирован электрический распределительный щит, питающий электродвигатель, а управление обеспечивается, например, с помощью переносного пульта управления, доступного снаружи от биологической защиты. Указанный переносной пульт питается от кабеля, выходящего из указанного кожуха и внедренного в близлежащую стенку.

Кроме того, для ограничения перемещений ключа 36 открывания имеются ограничители перемещения. Остановка ключа в нижнем положении осуществляется на механический стопор, имеющийся на транспортной тележке. Предпочтительно завершение перемещения ключа происходит немного ниже, чтобы винты средств 42 перемещения не оставались под действием почти постоянной нагрузки.

На случай неисправности предпочтительно обеспечить возможность работы указанных средств перемещения с помощью ручного привода, например, оставляя доступным свободный конец вала электродвигателя, к которому может быть прикреплена рукоятка.

Перемещение транспортной тележки может осуществляться с помощью ручного привода или электродвигателя.

В случае перемещения вручную предпочтительно обеспечивают средства, способствующие такому перемещению, для облегчения функционирования транспортной тележки. Эти вспомогательные средства, например, включают гаечный ключ 43 с храповиком, объединенный с элементами шестиугольной формы, носителями которых являются колеса транспортной тележки, находящиеся со стороны, наиболее удаленной от защитной камеры. Ключом с храповиком управляет рабочий персонал. Могут быть также обеспечены средства для ограничения сцепления колес, обусловленного, в частности, весом транспортного контейнера.

Ключ с храповиком 43 показан на фиг.1 пунктирными линиями. Очевидно, что указанный ключ с храповиком используют до установки защиты 60.

В приведенном примере устройство содержит также основание 44 для транспортного контейнера, образованное, например, параллелепипедом, выполненным из графита, который участвует в измерениях, как это будет видно ниже.

Указанное основание 44, например, прикреплено к транспортной тележке 8 с помощью двух винтов.

Согласно настоящему изобретению в графитовом основании 44 имеется гнездо (полость) 48 для размещения модуля 50 нейтронного излучения (на фиг.1 не показан, показан отдельно на фиг.4 и представлен в измерительном устройстве на фиг.50). Указанное гнездо 48 имеет цилиндрическую форму и круговое сечение и ориентировано так, что его ось параллельна оси средств 14 доступа. Гнездо 48 не проходит через основание насквозь, а его открытый конец выходит на внешнюю сторону основания, противоположную стороне, обращенной к защитной камере. В модуле нейтронного излучения «нейтрогенная» зона 50.1 по существу имеет форму пятна и обозначена термином «мишень». Следует отметить, что нейтроны эмитируются «во всех направлениях». Гнездо 48 ориентировано так, что указанная мишень 50.1 сконцентрирована на контейнер 24 и устройство детектирования.

Использование графита в качестве материала основания, в котором размещен модуль 50 нейтронного излучения, позволяет замедлить поток нейтронов до тепловой скорости, другими словами, изменить энергетический спектр нейтронов, излучаемых указанным модулем, например, с энергией 14 MeV, так, чтобы они попали в область тепловых скоростей.

Кроме того, графит имеет свойство отражать поток нейтронов в направлении передаточного контейнера.

Например, используется очищенный графит марки CS 49 Н, производимый фирмой UCAR.

Для защиты доступных внешних поверхностей графитового основания, а также гнезда, вмещающего модуль нейтронного излучения, может быть использована оболочка из анодированного алюминия.

Например, верхняя внешняя поверхность покрыта листом анодированного алюминия толщиной 10 мм с тем, чтобы обеспечить распределение воспринимаемого веса транспортного контейнера. Именно эта внешняя поверхность обеспечивает опору для транспортного контейнера, в частности, за счет размещения V-образного опорного элемента.

Модуль 50 нейтронного излучения снабжен электрическими соединениями, образованными высоковольтным кабелем 51, выходящим непосредственно через отверстие, имеющееся в биологической защите, что будет описано ниже. Этот кабель подсоединен к шкафу электрического питания (не показан), размещенному снаружи от измерительного устройства.

Модуль 50 нейтронного излучения может быть также снабжен короткими кабелями, присоединенными к упомянутой оболочке, прикрепленной к внешней поверхности выполненного из графита основания, с противоположной стороны от защитной камеры. Эти кабели могут быть быстро демонтированы, что облегчает разборку устройства, соответствующего настоящему изобретению.

Чтобы осуществить измерения, можно также использовать модуль электромагнитного излучения. В остальной части описания изобретения модуль 50 будет упоминаться как «модуль излучения».

Выходные кабели, выведенные из упомянутой оболочки, проходят, например, внутри биологической защиты вплоть до отверстия для вывода кабеля.

На основании 44 размещен элемент 52 V-образной формы для поддерживания транспортного контейнера, при этом ось V-образного элемента ориентирована так, чтобы она находилась в вертикальной плоскости, через которую проходит ось Y1 средств 14 доступа.

В соответствии с настоящим изобретением измерительное устройство, кроме того, содержит кожух 53, окружающий передаточный контейнер, на котором закреплены блоки детектирования нейтронов.

В представленном примере кожух 53 содержит две боковые стенки (видимые на фиг.7), заднюю стенку 56, расположенную перпендикулярно оси Y, и верхнюю стенку 58, изготовленные из графита. Стенки 54, 56, 58 собирают воедино механически, например, с помощью винтов. Для минимизации радиационных утечек указанный кожух предпочтительно содержит зигзагообразные элементы, выполненные на уровне соединения двух стенок.

В конкретном примере измерительное устройство содержит шесть блоков 59 детектирования нейтронов, закрепленных на внешней поверхности боковых стенок и на верхней стенке.

Внешние поверхности боковых стенок 54 и верхней стенки 58 снабжены средствами крепления блоков детектирования. Предпочтительно на каждой внешней поверхности закреплено два блока детектирования. Каждое «средство измерения» имеет ось. Оси средств измерения, размещенных на одной и той же стенке, параллельны. Средства детектирования, размещенные на различных стенках, предпочтительно расположены таким образом, чтобы их оси были перпендикулярны.

Такое расположение позволяет получать сигналы, из которых может быть извлечена информация по местонахождению материала в передаточном контейнере 24, и тем самым произвести измерение более точно.

Пары блоков 59 детектирования предпочтительно концентрируют на мишени 50.1 модуля нейтронного излучения, как это было отмечено выше.

В верхней части кожуха 53 может быть установлено кольцо для перемещения кожуха в вертикальном направлении без его разборки. Положение точки захвата определяют тщательно с тем, чтобы избежать какого-либо вращательного движения кожуха во время указанного перемещения.

В задней стенке 56 кожуха 53 имеется отверстие 57, которое обеспечивает возможность присоединения удлинителя стержня для манипулирования 55, которым снабжен транспортный контейнер.

Графит для изготовления кожуха может быть идентичным графиту, используемому для изготовления основания.

Для осуществления других способов измерения, касающихся других физических параметров, основание 44 может быть изготовлено, например, из полиэтилена, свинца, бора и т.п.

К примеру, кожух 53 может иметь толщину 100 мм, при этом каждая ее наружная поверхность покрыта анодированным алюминием.

В особенно предпочтительном выполнении основание 44 взаимосвязано с кожухом 53 так, что образуется кессон в форме параллелепипеда, закрытый с пяти сторон, шестая сторона открыта и приведена в контакт со стенкой защитной камеры. Таким образом, передаточный контейнер, предназначенный для размещения в нем исследуемого материала, полностью окружен графитом. Как было отмечено выше, графит обладает свойством отражать поток нейтронов, и в результате этот поток отражается обратно в передаточный контейнер, т.е. в исследуемый материал, что позволяет улучшить измерения. Кроме того, сформированный кессон улучшает поглощение нейтронов.

В рассматриваемом примере основание 44 содержит в верхней части платформу 44.1, выступающую за пределы задней стороны той части основания, в которой размещен модуль 50 нейтронного излучения, что позволяет ограничить размеры всего устройства.

Предпочтительно в платформе 44.1 выполнена канавка 44.2, в которую входит нижний конец задней стенки 56 кожуха 53, который выступает за пределы боковых стенок, что увеличивает поглощение нейтронов.

В отношении корпусов блоков детектирования следует отметить, что они выполнены, например, из полиэтилена, покрытого листом кадмия.

Указанные блоки детектирования, например, содержат четыре или шесть детекторов, хотя в то же время предполагается, что они имеют одинаковые внешние габариты.

К примеру, блоки детектирования имеют следующие внешние габариты: длина 780 мм, ширина 200 мм и высота 70 мм при массе, равной 10 кг.

Каждый блок детектирования снабжен соединительным кабелем, подключенным к электрическому шкафу, и этот кабель проходит через паз 60.1, выполненный в защите 60.

Прокладка кабелей позволяет избежать их повреждение при перемещении биологической защиты.

Использование модуля нейтронного излучения является особенно выгодным, поскольку позволяет улучшить измерения, но измерительное устройство, содержащее блоки детектирования, не выходит за пределы объема настоящего изобретения и без такого модуля.

В одном воплощении дополнительно используется сборная конструкция с радиационной защитой 60, называемая также биологической защитой. Эта защита, например, изготовлена из полиэтилена и бора в количестве 10%.

Защита (защитной ограждение) 60 полностью охватывает кожух, закрывающий транспортный контейнер, размещенный на основании 44, прикрепленном к транспортной тележке 8. Кроме того, когда устройство находится в положении для проведения измерений, защита 60 прижата к стенке защитной камеры вокруг средств 14 доступа.

Защита 60 включает в себя две боковые стенки 60.2, верхнюю стенку 60.4 и заднюю стенку 60.6, собранные вместе механически с образованием сборной конструкции целиком в виде одного элемента. Предпочтительно с целью ограничения радиологических утечек различные стенки защиты снабжены зигзагообразными элементами, выполненными на уровне соединения двух стенок кожуха.

Защита 60 предпочтительно установлена на колесах, взаимодействующих с рельсами (не показано), для того, чтобы обеспечить точное и легкое согласование защиты с другими элементами конструкции устройства.

Эти рельсы позволяют во время установки защиты по месту избежать повреждения оборудования, такого как блоки детектирования или удлинитель стержня для манипулирования контейнером.

Защита 60 может быть перемещена, подобно кожуху 53, посредством ключа 61 с храповиком, взаимодействующего с соответствующими приспособленными под этот ключ элементами определенной формы, расположенными на уровне колес.

Между защитой 60 и защитной камерой 2 может быть установлен датчик, позволяющий обнаружить выход защитной конструкции за установленные границы размещения и сигнализировать о размещении защиты 60 на месте. Этот датчик предпочтительно подключен к системе управления модулем 50 нейтронного излучения с тем, чтобы произвести аварийную остановку модуля 50 в случае выявления изменения положения защиты 60.

Кроме того, имеются средства крепления защиты 60 к стенке защитной камеры 2 для того, чтобы избежать какого-либо неожиданного перемещения, например, с помощью болтов.

Как уже было отмечено выше, в задней стенке 60.6 защиты 60, в ее нижней части, имеется также отверстие 63, обеспечивающие подключение высоковольтного кабеля 51 модуля 50 нейтронного излучения.

Отверстие 63 может быть закрыто с помощью дополнительного элемента 64 защиты, через который может быть пропущен кабель от модуля излучения. Элемент 64 представляет собой пробку, и в представленном примере она состоит из двух частей, что позволяет упростить ее изготовление.

Указанная пробка 64 содержит первую часть 64А, в которой просверлен канал с осью по существу параллельной площадке, на которой размещено устройство, позволяющий пропускать высоковольтный кабель 51, причем позиционирование первой части пробки осуществляется без использования каких-либо средств фиксации в отверстии 63, и вторую часть 64В, имеющую криволинейный канал в виде четвертой части окружности, при этом верхний конец этого канала продолжается каналом 64А, а нижний конец криволинейного канала направлен по существу перпендикулярно основанию, на котором находится устройство. Указанный криволинейный канал обеспечивает прохождение через него высоковольтного кабеля 51. Половина 64В пробки прикреплена к защите 60 с помощью винтов.

В верхней стенке 60.4 защиты 60 со стороны расположения экранированной камеры 2 выполнен паз 68 для прохождения через него дополнительного ключа.

Вырез с указанной стороны обеспечивает также прохождение рукоятки для ручного управления ключом открывания.

Защита 60 дает операторам возможность оставаться вблизи измерительного устройства благодаря их изоляции от облучений модулем нейтронного излучения и ядерным материалом, содержащимся в транспортном контейнере 4.

Задняя стенка защиты 60 содержит также отверстие 62 для пропускания стержня для манипулирования контейнером, расположенное соосно отверстиям в задней стенке оболочки 53 и контейнере 4.

К примеру, толщина стенок защиты 60 составляет порядка 200 мм.

Кроме того, имеется шкаф (не показан) для электронного оборудования, содержащий:

- модуль для управления модулем нейтронного излучения,

- усилители для детекторов нейтронов,

- компьютер для управления процессом измерения.

Кроме того, может быть обеспечено устройство для управления установкой радиационной защиты 60, которое содержит несколько детекторов открытия доступа к измерительному устройству.

В определенной ситуации функционирования модуля 50 нейтронного излучения предпочтительно обеспечиваются также средства аварийной сигнализации, и эти средства образованы, например, предупредительной световой сигнализацией с вращающимся источником света.

Ниже, со ссылками на фиг.5А - фиг.5G, будут описаны процесс сборки и установки измерительного устройства, соответствующего настоящему изобретению, вблизи защитной камеры с целью проведения измерений над ядерным материалом, который в ней находится.

Прежде всего, вдоль направления, перпендикулярного стенке защитной камеры 2, устанавливают рельсы 11 с тем, чтобы обеспечить соосность транспортного контейнера 4 и средств 14 доступа в упомянутую камеру.

После этого на рельсы устанавливают транспортную тележку 8 посредством ее подъема с помощью мостового крана и перемещения мостового крана (фиг.5А).

Затем на транспортной тележке 8, опять же с помощью крана (фиг.5В), устанавливают ключ 36 для открывания при его нахождении на уровне расположения средства перемещения.

После этого на транспортной тележке 8 размещают графитовое основание, причем перед проведением этой стадии указанная транспортная тележка 8 может быть придвинута ближе к камере (фиг.5С).

На следующей стадии на графитовое основание 44 помещают V-образную опору, после чего на V-образую опору устанавливают транспортный контейнер 4 (фиг.5D).

Из ключа удаляют кольцо для захвата (крюком крана) и устанавливают фрагмент биологической защиты того же типа и толщины, что биологическая защита 60, так, чтобы закрыть вырез в верхней стенке биологической защиты.

Затем вокруг транспортного контейнера 4 устанавливают кожух 53, также с использованием мостового крана (фиг.5Е).

В случае необходимости перед установкой на место кожуха 53 транспортная тележка 8 может быть перемещена в направлении защитной камеры 2.

Блоки детекторов 59 монтируют на кожухе 53, а модуль 50 излучения размещают в предназначенном для него гнезде 48, выполненном в основании 44.

Подобным образом, задняя стенка 56 кожуха 53 содержит отверстие для пропускания стержня 30 для манипулирования контейнером 4; после присоединения удлинителя указанного стержня указанное отверстие закрывают с помощью пробки.

В ходе проведения следующей стадии образованная в результате сборная конструкция полностью продвинута вперед к защитной камере 2 вплоть до рабочего положения так, что транспортный контейнер 4 находится перед средствами 14 доступа камеры. Перемещение транспортной тележки 8 осуществляют с помощью ключа 43 с храповиком. Затем положение транспортной тележки 8 фиксируют при ее нахождении в контакте с защитной камерой 2 (фиг.5F).

На фиг.5G радиационная защита 60 показана установленной на месте в контакте с защитной камерой 2, указанная защита 60 перемещена с помощью ключа 61 с храповиком. После перемещения защиту 60 прикрепляют к стенке камеры 2, например, с помощью болтов.

После установки защиты 60 на месте подводящие кабели модуля излучения пропускают через отверстие в задней стенке защиты 60, при этом отверстие вокруг кабелей закрывают с помощью пробки.

Кроме того, через заднюю стенку защиты 60 пропускают удлинитель стержня для манипулирования и затем стержень 30 для манипулирования соединяют с его удлинителем.

Измерительное устройство готово к работе, и далее будут описаны различные стадии функционирования устройства, соответствующего настоящему изобретению.

Перемещение передаточного контейнера 24 осуществляют следующим образом.

К транспортному контейнеру, в частности к задней стенке емкости 28, присоединяют 4 стержень 30 для манипулирования.

Устанавливают дополнительный ключ для того, чтобы открывать транспортный контейнер 4 посредством скользящего сдвига дверки 22.

Поворачивают вращающуюся дверку 16 защитной камеры 2 с помощью шарнира так, чтобы оставлять проход свободным.

Затем в защитную камеру 2 вводят передаточный контейнер 24.

Из передаточного контейнера 24 удаляют пробку и ядерный материал помещают в передаточный контейнер 24.

Затем посредством осуществления предшествующих операций в обратном порядке передаточный контейнер 24 возвращают обратно в транспортный контейнер 4.

Вращающуюся дверку 16 поворачивают относительно оси вращения, а дверку контейнера 4 закрывают путем опускания дополнительного ключа.

После этого производят измерения.

Измерительные блоки 59 могут быть использованы только в случае проведения измерений пассивного типа, или же перед проведением этих измерений может быть использован модуль нейтронного излучения с тем, чтобы детально исследовать ядерный материал в случае проведения измерений активного типа. В этом последнем случае циклы «излучение-измерение» повторяют с частотой порядка нескольких десятков герц, при этом происходит испускание нейтронов или электромагнитное излучение.

Такой тип измерений относится к известному уровню техники для специалистов в данной области и описан, в частности, в источниках информации: "Активные неразрушающие испытания ядерных материалов NUREG/CR-0602 SAI-MLM-2585 January 1981" и "Mesure nucleaire поп destmctive dans Ie cycle du combustible" (He разрушающие измерения параметров ядерных материалов в топливном цикле реактора), Part 2, BN 3 406 of "Techniques de l′ingénieur".

По окончании измерений измерительное устройство разбирают путем проведения описанных последовательных стадий сборки в обратном порядке.

После проведения измерений ядерный материал может быть удален путем перемещения транспортного контейнера в другую зону.

Устройство согласно настоящему изобретению является модульным устройством, его сборка и разборка являются весьма легкими процессами и могут быть осуществлены, за исключением операций по транспортированию, без использования инструментов персоналом, не имеющим определенной квалификации. Это, кроме того, позволяет транспортировать устройство, в виде отдельных его элементов, в различные места хранения ядерных материалов, чтобы (после его сборки) осуществлять контрольные измерения, например, проводимые международным наблюдательным органом по ядерным материалам. Предложенное устройство может быть общим, используемым совместно несколькими защитными камерами, находящимися одном в одном и том же месте, и, таким образом, можно не оборудовать каждую камеру одним измерительным устройством.

Изобретение относится к устройству для измерения физических параметров ядерного материала, в частности к устройству для определения химических и физических свойств ядерных материалов с помощью электромагнитного излучения или элементарных частиц, используемых для индуцирования эмиссии вторичных нейтронов посредством прямой активации. Мобильное устройство для измерения физических параметров ядерных материалов, находящихся в защитной камере (2), может быть приведено в контакт с указанной защитной камерой (2) и может быть отведено от нее. Указанное устройство предназначено для осуществления измерений при его нахождении в контакте с защитной камерой (2), устройство содержит транспортную тележку (8), основание (44), размещенное на транспортной тележке (8). Внутри экранированного контейнера (4) размещен передаточный контейнер (24), предназначенный для хранения подлежащего измерению ядерного материала, причем в указанном экранированном контейнере (4) имеется отверстие, располагаемое соосно с отверстием (14), выполненным в одной стенке защитной камеры (2). Основание (44) изготовлено из графита и содержит гнездо (48), в котором размещают модуль (50) нейтронного излучения. Кроме того, измерительное устройство содержит кожух (53), закрывающий экранированный контейнер (4), изготовленный из графита, причем к указанному кожуху прикреплены средства (59) для измерения потока нейтронов. Технический результат - повышение безопасности и точности проведения измерений. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Мобильное устройство для измерения физических параметров ядерного материала, находящегося в защитной камере (2), которое может быть приведено в контакт с указанной защитной камерой (2) и может быть отведено от нее; указанное устройство предназначено для осуществления измерений при нахождении в контакте с защитной камерой (2) и содержит транспортную тележку (8), основание (44), размещенное на транспортной тележке (8), и экранированный контейнер (4), внутри которого находится передаточный контейнер (24), предназначенный для хранения ядерного материала, подлежащего измерению, причем указанный экранированный контейнер (4) размещен на основании (44) и имеет отверстие, предназначенное для соосного расположения с отверстием (14), выполненным в одной стенке защитной камеры (2), предоставляющего доступ к ядерному материалу, которое находится в камере; кроме того, измерительное устройство содержит кожух (53), закрывающий экранированный контейнер (4), и средства (59) измерения, прикрепленные к указанному кожуху.

2. Измерительное устройство по п.1, в котором транспортная тележка (8), основание (44) и экранированный контейнер (4) могут быть разделены, чтобы обеспечить легкую разборку и сборку указанного устройства для его транспортирования к другой защитной камере и его использование совместно с указанной другой защитной камерой.

3. Измерительное устройство по п.1 или 2, в котором в основании (44) выполнено гнездо (48) для размещения в нем модуля (50) нейтронного или электромагнитного излучения.

4. Измерительное устройство по п.1 или 2, в котором кожух (53) и основание (44) образуют кессон, окружающий с пяти сторон экранированный контейнер (4), при этом шестая сторона открыта и обеспечивает сообщение с защитной камерой (2).

5. Измерительное устройство по п.1 или 2, в котором указанный кожух (53) содержит две боковые стенки (54), заднюю стенку (56), располагаемую по отношению к экранированному контейнеру (4) с противоположной стороны от защитной камеры (2), и верхнюю стенку (58), при этом в указанной задней стенке (56) имеется отверстие, обеспечивающее присоединение экранированного контейнера (4) к стержню (30) для манипулирования контейнером.

6. Измерительное устройство по п.5, в котором на внешней поверхности каждой боковой стенки (54) кожуха (53) закреплены два средства (59) измерения, и два средства (59) измерения закреплены на внешней поверхности верхней стенки (58) кожуха (53).

7. Измерительное устройство по п.6, в котором каждое из средств (59) измерения имеет ось, при этом оси двух средств (53) измерения, закрепленных на одной стенке (54, 58) кожуха, параллельны, а оси средств измерения, закрепленных на двух различных стенках, перпендикулярны.

8. Измерительное устройство по п.6, в котором пары средств (59) измерения сконцентрированы на мишени модуля (50) излучения.

9. Измерительное устройство по п.7, в котором пары средств (59) измерения сконцентрированы на мишени модуля (50) излучения.

10. Измерительное устройство по п.1 или 2, в котором средства (59) измерения включают в себя некоторое количество детекторов, например четыре или семь.

11. Измерительное устройство по п.1 или 2, в котором кожух (53) и/или основание (44) изготовлены из графита.

12. Измерительное устройство по п.10, в котором используют очищенный графит марки CS 49 Н, производимый фирмой UCAR.

13. Измерительное устройство по п.11, в котором графит покрыт листом анодированного алюминия.

14. Измерительное устройство по п.1 или 2, содержащее радиационную защиту (60), покрывающую сборную конструкцию, образованную транспортной тележкой (8), экранированным контейнером (4) и кожухом (53) из графита, с тем, чтобы изолировать указанную сборную конструкцию от окружающей среды.

15. Измерительное устройство по п.14, в котором основание (44) содержит гнездо (48), вмещающее модуль (50) нейтронного или электромагнитного излучения, и в котором радиационная защита (60) включает две боковые стенки (60.2), заднюю стенку (60.6) и верхнюю стенку (60.4), при этом первое отверстие (63) выполнено в задней стенке (60.6) защиты (60) для прохождения электрических кабелей (51), служащих для питания и управления модулем (50) излучения и средствами (59) измерения, при этом указанное первое отверстие (63) закрыто пробкой, и второе отверстие (62) для соединения стержня (30) для манипулирования, причем второе отверстие (62) закрыто пробкой.

16. Измерительное устройство по п.15, содержащее средства, придающие радиационной защите (60) направление относительно указанной сборной конструкции, при этом защиту (60) устанавливают на месте вокруг сборной конструкции.

17. Способ сборки измерительного устройства по п.1 или 2, включающий следующие стадии:
- установка на место транспортной тележки (8),
- установка на транспортную тележку (8) основания (44),
- установка на основание (44) экранированного контейнера (4),
- установка кожуха (53),
- установка на указанный кожух средств (59) измерения.

18. Способ сборки по п.17, в котором основание (44) устройства содержит также гнездо (48), вмещающее модуль (50) нейтронного или электромагнитного излучения, при этом способ включает стадию установки модуля (50) излучения в основание (44).

19. Способ по п.18, включающий последующую стадию установки биологической защиты (60).

20. Способ измерения с использованием устройства по п.1 или 2, включающий следующие стадии:
- открытие экранированного контейнера (4),
- открытие дверки (16) доступа внутрь защитной камеры (2),
- приведение передаточного контейнера (24) в контакт с защитной камерой (2),
- удаление из передаточного контейнера (24) заглушки,
- размещение в передаточном контейнере (24) ядерного материала,
- возвращение на место заглушки в передаточном контейнере (24),
- возвращение передаточного контейнера (24) в защитный контейнер (4),
- закрытие дверки (16) доступа внутрь защитной камеры,
- закрытие экранированного контейнера (4),
- измерение физических параметров ядерного материала.

21. Способ измерения по п.20, в котором основание (44) измерительного устройства содержит гнездо (48), вмещающее модуль (50) нейтронного или электромагнитного излучения, при этом способ измерения включает осуществление циклов «эмиссия-измерение», повторяемых с частотой порядка нескольких сот герц.