СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СНИМАЕМОЙ АЛЬФА-ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ТВЭЛОВ С НАВИТОЙ ПРОВОЛОКОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК G21C17/06 G01T1/16 

Изобретение относится к контролю снимаемой альфа-загрязненности твэлов с навитой проволокой и может быть применено на объектах использования атомной энергии.

В известных методических указаниях «МУК2.61.016-99. Контроль загрязнений радиоактивными нуклидами поверхностей рабочих помещений, оборудования, транспортных средств и других объектов» отмечено, что метод мазков дает возможность непосредственного измерения снимаемой активности того радиоактивного вещества, и, в частности, α-загрязненности, которое переходит контактным путем на обувь, спецодежду и участки тела работающих, и что он является наиболее качественным методом по решению задач контроля загрязненности окружающей среды. В соответствии с рекомендациями МУК2.61.016-99 контроль радиоактивной загрязненности поверхности методом сухого мазка разделяется на следующие этапы:

- подготовка взятия мазка;

- отбор пробы при помощи мазка;

- измерение активности счетного образца;

- определение уровня загрязненности.

Указана также радиометрическая установка для измерения суммарной α-активности Qa, которая включает альфа-радиометр, эталонные меры суммарной α-активности, контрольный α-источник. В данных методических указаниях раскрыт только общий подход к выполнению метода сухого мазка при определении радиоактивной альфа-загрязненности, предоставив право выбора средств контроля самим исполнителям. (Интернет, сайт docs.cntd.ru>document/675401983).

Известен и способ определения поверхностной альфа-загрязненности металла с применением мазков путем снятия радиоактивных веществ с загрязненной поверхности ватным тампоном, марлей или фильтровальной бумагой. Мазки берут сухими или влажными (смоченными азотной кислотой) материалами. Доля снятия радиоактивных веществ с гладкой поверхности мало зависит от материала и в основном определяется видом мазка и качеством снятия. При определении качества снятия мазков используют средние коэффициенты снятия в процентах (относительных единиц), то есть при использовании для снятия мазка фильтровальной бумаги средний коэффициент снятия принимают равным 20% (0,2), при использовании марлевого (ватного) тампона, смоченного водой, этот коэффициент составляет уже 60% (0,6), а применяя ватный или марлевый тампон, увлажненный азотной кислотой, коэффициент снятия принимают уже равным 90% (0,9).

При взятии мазков с использованием фильтровальной бумаги ее разрезают на фрагменты размером 3×3 см. При взятии же мазков влажными материалами подготовительную стадию проводят следующим образом. Первоначально готовят раствор азотной кислоты путем разбавления 70-100 см³ концентрированной кислоты в 11 л воды (при смачивании водой - просто берут дистиллированную воду), затем кладут в плоскую стеклянную посуду большой кусок марли или ваты, смачивают его приготовленным раствором и отжимают. Из приготовленных материалов отделяют небольшие тампоны из ваты или марли и приготавливают из них тампоны размером 5×4 см толщиной 1-1,5 см. Подготовленными тампонами мазки берут с поверхности 300 квадратных сантиметра. При невозможности взять мазок с такой площади, его берут с меньшей, однако впоследствии загрязненность пересчитывают на площадь 1 см², причем подготовленную фильтровальную бумагу или тампон прижимают к углу контролируемого участка поверхности металла и проводят им параллельно одному из краев последовательно переставляя бумагу или тампон так, чтобы пройти ими один раз в одном направлении по всей поверхности. После взятия мазков тампоны помещают в полиэтиленовые пакеты и отправляют в лабораторию радиационного контроля. Там их обсушивают в тигле на электроплитке в чашке Петри и переносят в муфельную печь, в которой проводят их полное сгорание. Альфа-загрязнение озоленных мазков потом измеряют с помощью оборудования, в частности, используют следующие приборы: МКС-01Р с соответствующими блоками детектирования УМФ-2000, УМФ-1500М и ДП-100-АД-М с альфа-датчиком, (см. Интернет, сайт Методика радиационного контроля металлолома на территории Краснодарского края от 25.09.1998 г., docs.pravo.ru>document/view/63164084/73896461/).

Следует отметить, что в рассматриваемом способе, ввиду его специфичности, все проводимые операции по подготовке и взятию мазков на определение загрязненности металла выполняются вручную. Кроме того, кислые мазки допускаются в крайних случаях поскольку любая кислота разъедает внешний слой ряда поверхностей, и результат измерений может исказиться за счет смешения фиксированного и нефиксированного загрязнений, и тем более при механизации ручных операций этого способа с использованием оборудования, применение кислых мазков из-за коррозионных явлений вообще неприемлемо.

Известна установка для контроля радиоактивного материалов, которая включает рабочий стол, состоящий из эталонной секции, предназначенной для размещения заранее изученного образца и рабочей секции, предназначенной для размещения исследуемого образца материала. Эти секции разделены защитными экранами, непроницаемыми для излучения. На рабочем столе на стойках и путевых балках подвижно установлена кран-балка с тельфером. На тельфере посредством тягового троса и стабилизатора закреплена измерительная плита. Измерительная плита включает центральную панель, шарнирно закрепленную на стабилизаторе, левую и правые панели, шарнирно связанные с боковыми поверхностями центральной панели.

Кроме того, все панели связаны между собой посредством фиксирующего устройства, обеспечивающего возможность измерительной плите принимать фиксированное положение, когда все панели расположены в одной плоскости параллельно плоскости стола, и свободное, когда все панели могут колебаться в шарнирах независимо друг от друга. На панелях установлены блоки детекторов, соединенных посредством коммутации с ЭВМ. Установка предназначена для контроля радиоактивной загрязненности рассыпных и затаренных материалов (см. патент РФ №2113719 G01T 1/16, G01T 7/00, опубликован 20.06.1988 г.).

Известен также способ определения поверхностной загрязненности и устройство отбора проб с загрязненной поверхности. Способ определения загрязненности исследуемой поверхности основан на создании тракта нагнетания-отсоса воздуха. При этом нагнетают воздух в замкнутый объем под углом к исследуемой поверхности, сдувают с исследуемой поверхности и осаждают загрязнения, пропуская поток воздуха через фильтр. Затем анализируют количество и активность радионуклидов, осажденных на фильтре и пересчитывают их на единицу площади исследуемой поверхности. Для реализации этого способа предложено устройство для отбора проб с загрязненной поверхности, состоящее из корпуса, внутри которого установлен фильтрующий элемент с подводящими и отводящими патрубками, отсасывающего насоса. Нижняя часть корпуса выполнена открытой. Кроме того, подводящие патрубки соединены с отверстиями, выполненными в нижней части корпуса и расположенными под углом к исследуемой поверхности. Способ и устройство предназначены для выполнения контроля за окружающей средой, в том числе для контроля загрязненности различных твердых поверхностей (см. Патент РФ на изобретение №2408003 G01N 15/00, опубликован 27.12.2010 г.).

Все вышеперечисленные способы и устройства решают задачи контроля радиоактивной зараженности окружающей среды и не предназначены для определения альфа-загрязненности находящихся в производстве длинных и тонких твэлов. Технические решения, касающиеся контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов, отсутствуют.

Наиболее близким прототипом является способ автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов и устройство для его осуществления в котором твэл подают пошагово на позицию контактирования его поверхности с материалом, выполненным в виде тканевой ленты, которую также пошагово поперечно направляют к твэлу, при этом поверхность последнего механически плотно обжимают лентой снизу с нормированным усилием, не превышающим предела прочности тканевой ленты и твэла, но достаточным для сорбции в нее альфа-частиц, затем твэл протягивают через ленту до получения сухого мазка (пятна), снимают поджимающее механическое усилие и перемещают ленту с полученным пятном на шаг под установленный над ней α-детектор, регистрирующий наличие загрязненности, причем обзорная возможность детектора должна превышать размер пятна контакта, после чего уровень загрязнения твэла определяют в установленном порядке с использованием известного измерительного оборудования (см. Патент РФ на изобретение №2615036 G01T 1/16, опубликован 03.04.2017 г.). Недостатком данного способа является невозможность контроля твэлов с навивкой дистанцирующей проволоки или ленты.

Технический результат - автоматизация технологического процесса контроля альфа-загрязненности поверхности находящихся в производстве твэлов с навивкой дистанцирущей проволоки обеспечивается тем, что в результате созданного принципиально нового процесса контроля наличия радиоактивности методом сухого мазка, твэл подают пошагово на позицию контактирования его поверхности с материалом, выполненным в виде тканевой ленты, которую также пошагово поперечно направляют к твэлу. При этом поверхность твэла механически плотно обжимают лентой снизу с нормированным усилием, не превышающим предела прочности тканевой ленты и твэла, но достаточным для абсорбции в нее альфа-частиц. Затем твэл протягивают через обжатую ленту с одновременным его вращением синхронным шагу навивки проволоки до получения сухого мазка (пятна), снимают механическое усилие и перемещают ленту с полученным пятном на шаг под установленный над ней α-детектор, который регистрирует наличие загрязненности. При этом следует исключить необходимость перерасчета на площадь 1 см², чтобы обзорная возможность детектора превышала размер пятна контакта. Уровень же загрязненности твэла определяют в дальнейшем с использованием известного оборудования.

При реализации способа размер пятна с α-излучением на ленте получают в пределах 40×30 мм, а тканевую ленту относительно позиции контактирования с тканевой лентой перемещают на шаг L, равный 90-100 мм.

Предлагаемый способ реализуют с помощью устройства автоматического контроля альфа-загрязненности твэлов, которое содержит установленную в лоток на позицию контакта кассету, в корпусе которой смонтированы две катушки с тканевой лентой, каждая из них с датчиком количества ленты, направляющие ролики, датчик натяжения ленты, а также размещенный над лентой со смещением на шаг от позиции контактирования ленты с твэлом связанный с измерительной аппаратурой α-детектор и размещаемый под лентой механизм обжима ленты к поверхности твэла. Механизм обжима ленты включает два подвижных фигурных сегмента длиной, равной ширине ленты и с внутренним диаметром по диаметру твэла с упругими прокладками. Фигурные сегменты соединены штоком с пружинным блоком, связанным через датчик усилия с электроприводом, имеющим шаговый двигатель, управляемый измерителем силы прижима сегментов. Для нормированного пошагового перемещения ленты в кассете, механизм вращения катушек снабжен шаговыми двигателями, а измерительная аппаратура и измеритель сил связаны с логическим контроллером, соединенным с промышленным компьютером.

Передвижение твэла в механизме обжима осуществляется приводами линейного перемещения с управляемыми приводными обжимными люнетами.

Способ автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов с навивкой дистанцирующей проволоки или ленты заключается в том, что твэл подается штатной транспортной системой линии производства на позицию контактирования его поверхности с бязевой лентой, подаваемой дискретно направленной к твэлу 1 (фиг. 1) кассетой 3. Поверхность твэла в данной позиции обжимается лентой с нормированным усилием, выбранным из соображений получения максимального коэффициента снятия при обеспечении целостности твэла и бязевой ленты, узлом смотки и обжатия ленты 2. Одновременно, растормаживается штатный привод подачи твэла и закрывается приводной люнет 5-1, размещенный на первом приводе линейного перемещения 4-1. Начинается синхронизированное вращение твэла 1 приводом вращения 5 при одновременной линейной подаче приводом 4-1.

Движение твэла через узел обжима осуществляется до крайнего положения привода линейного перемещения 4-1. В этот момент привод люнета 5-1 открывается, закрывается привод люнета 5-2 и начинается процесс перемещения твэла приводом линейного перемещения 4-2 при одновременном синхронном вращении, в то же время привод линейного перемещения 4-1 возвращается в исходное положение.

Процесс повторяется до тех пор, пока весь твэл с вращением не пройдет через узел обжима. После чего узел раскрывается, а мазок на ленте перемещается на позицию контроля мазка под блок детектирования мазка 7. Управление процессом осуществляется блоком управления 6 с программируемым логическим контроллером.

Предлагаемый способ и устройство впервые в отечественной практике позволяют автоматизировать контроль снимаемой альфа-загрязненности твэлов с навивкой дистанцирующей проволоки или ленты, полностью исключить участие человека в этом вредном для здоровья процессе.

Источники информации

1. Полезная модель РФ №120498 G01T 1/167, опубл. 20.09.2012 г.

2. Полезная модель РФ N 110507 G01T 1/167, опубл. 20.1 1.2011 г.

3. Патент РФ №2316064 G21C 1/00, опубл. 27.01.2008 г.

4. Патент РФ №2092917 G21C 17/06, опубл. 10.10.1997 г.

5. Патент РФ №2256248 G21C 17/06, В07С 5/00, опубл. 10.07.2005 г.

6. Патент РФ №2170961 G21C 17/06, В07С 5/00, опубл. 20.07.2001 г.

7. Патент РФ №2155394 G21C 17/06, опубл. 27.08.2000 г.

8. Патент РФ №2261489 G21C 17/06, G21C 21/02, опубл. 27.09.2005 г.

9. Патент РФ N 2387988 G01N 30/00, опубл. 27.04.2010 г.

10. Патент РФ №2615036 G01T 1/16, опубликован 03.04.2017 г.

Изобретение относится к контролю снимаемой альфа-загрязненности твэлов с навитой проволокой на основе метода мазков и может быть применено на объектах использования атомной энергии. Способ заключается в снятии с поверхности твэлов мазков альфа-загрязненности путем контакта с сорбирующим материалом с помощью созданного для этой цели устройства. Устройство для автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов включает в свой состав устанавливаемую в лоток на позицию контакта кассету, в корпусе которой смонтированы с тканевой лентой две катушки, направляющие ролики, а также размещенный над лентой со смещением на шаг от позиции контактирования ленты с твэлом α-детектор, связанный с измерительной аппаратурой, и размещенный под лентой механизм ее обжима к поверхности твэла. В состав устройства включены два управляемых люнета, синхронно вращающие в соответствии с шагом навивки проволоки или ленты шаговыми двигателями твэл, который передвигается на позиции контакта модулями линейного перемещения. Изобретение позволяет автоматизировать процесс контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов с навитой проволокой. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов с навитой проволокой, характеризующийся тем, что твэл с навивкой дистанцирущей проволоки или ленты подают пошагово на позицию контактирования его поверхности с материалом, выполненным в виде тканевой ленты, которую также пошагово поперечно направляют к твэлу, при этом поверхность последнего механически плотно обжимают лентой снизу с нормированным усилием, не превышающим предела прочности тканевой ленты и твэла, но достаточным для сорбции в нее альфа-частиц, затем твэл протягивают через ленту с одновременным синхронным вращением твэла, соответствующим шагу навивки проволоки или ленты до получения сухого мазка (пятна), снимают поджимающее механическое усилие и перемещают ленту с полученным пятном на шаг под установленный над ней α-детектор, регистрирующий наличие загрязненности, причем обзорная возможность детектора должна превышать размер пятна контакта, после чего уровень загрязнения твэла определяют в установленном порядке с использованием известного измерительного оборудования.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что поверхность твэла механически плотно обжимают лентой снизу с нормированным усилием, равным 0-70 Н.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что твэл протягивают через ленту с одновременным синхронным вращением твэла, соответствующим шагу навивки проволоки или ленты до получения сухого мазка (пятна).

4. Устройство автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов, характеризующееся тем, что содержит устанавливаемую в лоток на позиции контакта кассету, состоящую из корпуса, в котором смонтированы питающая и приемная тканевую ленту две катушки, направляющие ролики, два управляемых люнета, синхронно вращающие в соответствии с шагом навивки проволоки или ленты шаговыми двигателями твэл и передвигаемые на позиции контакта модулями линейного перемещения, размещенный над лентой со смещением на шаг от позиции контактирования ленты с твэлом, связанный с измерительной аппаратурой α-детектор и размещаемый под лентой механизм обжима ленты к поверхности твэла, включающий два подвижных фигурных сегмента длиной, равной ширине ленты, и с внутренним диаметром по диаметру твэла с упругими прокладками, соединенные штоком с пружинным блоком, связанным через датчик усилия с электроцилиндром, имеющим шаговый двигатель, управляемый измерителем силы прижима сегментов, причем для нормированного перемещения ленты в кассете, механизм вращения катушек снабжен шаговыми двигателями, а измерительная аппаратура и измеритель сил связаны с логическим контроллером, соединенным с промышленным компьютером.

5. Устройство по п. 4, характеризующееся тем, что лента выполнена из стандартизованной бязевой ткани.

6. Устройство по п. 4, характеризующееся тем, что кассета снабжена электрическим разрывным разъемом, обеспечивающим соединение датчиков кассеты с контроллером управления при установке кассеты в лоток, а также свидетельствующим о наличии кассеты в лотке.

7. Устройство по п. 4, характеризующееся тем, что кассета снабжена ручкой и защелкой, предназначенной для фиксации ее в лотке.

8. Устройство по п. 4, характеризующееся тем, что датчик усилия выполнен в виде тензометрического датчика.

9. Устройство по п. 4, характеризующееся тем, что твэл зажимается управляемыми люнетами и передвигается на позицию контакта модулями линейного перемещения.

10. Устройство по п. 4, характеризующееся тем, что твэл зажимается и приводится во вращение управляемыми люнетами, соответствующее шагу навивки проволоки или ленты.