Устройство для контроля газопроницаемости оболочек твэл Советский патент 1978 года по МПК G21C17/06 

1

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано для контроля качества изготовления и определения состояния оболочки тепловыделяющего элемента (ТВЭЛ).

Известно устройство для контроля герметичности оболочки ТВЭЛ 1, в котором нарушение герметичности оболочки ТВЭЛ определяется по уровню радиоактивности газовой среды, омывающей ТВЭЛ, в котором используется ядерный реактор.

Недостатком этого устройства является большая длительность реакторных испытаний, которая составляет 200-800 ч, и использование реактора для контроля герйетичности оболочек ТВЭЛ не экономично.

Ближайшим к изобретению техническим решением является устройство 2, содержащее камеру облучения, нагреватель, конвертор, колонку с поглотителем и детектор. В этом устройстве в нагреватель помещают предварительно облученный образец, облучение которого производится на ускорителе электронов с Энергией не ниже 15 Мэв, пучок которого преобразуется в пучок жестких тормозных гамма-квантов при взаимодействии электронов на выходе ускорителя с конвертором, представляющим собой мишень из материала с большим Z (вольфрам, тантал, платина и др.).

Облученный образец помещают в нагреватель, чтобы стимулировать выделение газов, образовавшихся в нроцессе облучения, а поток гелия транспортирует выделившиеся газы в колонку.

Недостатком этого устройства является низкая чувствительность и точность измерения газопроницаемости, об словленная тем, что при однократном контакте потока газа носителя с поглотителем колонки не происходит полного поглощения всего радиоактивного газа, выделяющегося при нагреве облученного образца.

Целью нзобретения является повышение чувствительностн н точности намерения газопроннпаемостп. Под чувствительностью в данном случае следует понимать - абсолютное минимальное значение радноактивного газообразного нродукта, которое может быть достоверно зарегистрнровано, а нод точностью измерения газонроницаемости - точность анализа. Поставленная цель достигается тем, что

нагреватель установлен в камере облучения, конвертор расположен непосредственно у стенки нагревателя, а камера облучения и колонка соединены посредством замкнутой системы циркуляции газа-носителя газообразных продуктов фотоделения.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

В герметичной камере 1 облучения размещен полый нагреватель 2, в непосредственной близости от стенки нагревателя 2 установлен электронно-фотонный конвертор 3 (диск из вольфрама толщиной 2 мм, диаметром 30 мм). Исследуемые ТВЭЛы 4 установлены на поворотный диск 5 устройства перемещения и замены ТВЭЛов 6. Устройство содержит механизм подачи ТВЭЛов 7 к месту облучения и нагрева 8. Механизм 7 снабжен теплостойким щтоком 9. Насос 10 обеспечивает циркуляцию газа-носителя (гелия) через объем камеры облучения 1 и колонку с поглотителем 11 инертных газов, рядом с которой находится детектор 12 радиоактивного излучения с многоканальным амплитудным анализатором 13 и цифропечатью 14.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Исследуемые ТВЭЛы в количестве 6- 10 щтук устанавливают в ячейках поворотного диска 5 (диски сменные).

Объем системы циркуляции газа-носителя откачивают насосом 10 до Ю- тор, после чего эта система заполняется гелием до давления 0,2-0,4 тор.

Камера 1 устанавливается на ускоритель и юстируется на пучке ускоренных электронов так, чтобы пучок падал на электронно-фотонный конвертор 3. Расстояние от поверхности ТВЭЛа 8 до конвертора 3 мм. Стенки камеры облучения охлаждаются циркулирующей водой.

Регулятором напряжения температура нагревателя 2 поднимается до требуемой (1000-2000°С).

В место нагрева и облучения 8 на термостойком штоке 9 из ячейки диска 5 подается известное (весовое) количество ядерного горючего без оболочки (например, окиси урана) , которое в течение определенного времени (например, 30 мин) облучается жесткими гамма-квантами, рожденными в электроннофотонном конверторе 3 при торможении пучка электронов с энергией 15 Мэв и током 20 мка. Образованные при фотоделении радиоактивные газообразные продукты Хе Хе139, Кг Кг при нагревании диффундируют к поверхности горючего и транспортируются потоком гелия к колонке с поглотителем 11. Многократная циркуляция гелия через объем камеры 1 и колонки с поглотителем 11 устраняет потери выделившихся из ТВЭЛов газов на пути от камеры 1 к поглотителю 11. В процессе облучения ТВЭЛа детектор 12, многоканальный анализатор 13 регистрируют излучение от активности, собранной в поглотителе 11.

Затем прекращают облучение и измеряют количество собранных радиоактивных газов.

Заменив образец и поглотитель 11 другими, аналогичное измерение проводят с ТВЭЛом, имеющим известное (весовое) количество

окиси урана в оболочке. Сравнивают результаты измерений, рассчитывают коэффициент проницаемости оболочки ТВЭЛа.

Проводят измерения с новым ТВЭЛом из числа установленных в диске 5.

Обычно испытания газопроницаемости оболочки ТВЭЛа проводят путем облучения в реакторе. Такие испытания длительны: облучение ведется 200-800 ч.

Ядерный реактор должен иметь отдельный канал для таких испытаний, то есть реактор должен быть специальным.

Преимуществом предлагаемой установки в этом плане является то, что она позволяет, во-первых, вести указанные исследования на любом ускорителе электронов с энергией 15 Мэв (тем более, что ускоритель электронов значительно дешевле реактора) и, вовторых, такие исследования экспрессны: облучение и контроль одного ТВЭЛа занимает 1-2 ч.

Технически выполнение исследований газопроницаемости путем изучения проникновения газообразных радиоактивных продуктов фотоделения по сравнению с реакторными испытаниями существенно проще.

К тому же, в предлагаемой установке при фотоделении ТВЭЛ может быть нагрет до любой требуемой температуры в процессе облучения. Это позволяет получать данные не только о газопроницаемости оболочки ТВЭЛа, но и о кинетике процесса газовыделения.

Введение нагревателя ТВЭЛа в канал ядерного реактора хотя и принципиально возможно, однако существенно скажется на процессе облучения из-за возмущения потока нейтронов в месте нахождения нагревателя и исследуемого ТВЭЛа.

Таким образом, при реакторных испытаниях ТВЭЛов процессы облучения и выделения газообразных радиоактивных продуктов деления разделены по месту и по времени, то есть измерения более длительны, чем при использовании предлагаемой установки.

Условия радиационной безопасности при реакторном облучении требуют применения специальных боксов для работы с высокоактивными ТВЭЛами, которые не нужны при работе на предлагаемой установке.

Система замкнутой циркуляции газа-носителя обеспечивает не только возможность собирания газообразных радиактивных продуктов деления без потерь, но и, в отличие от известных установок, работает с существенно меньшим расходом гелия.

Кроме того, такая система не загрязняет активными газами рабочих помещений, не требует сооружения фильтров очистки для предотвращения загрязнения внешней среды и работающих с радиоактивными криптоном, ксеноном, летучими химическими соединениями.

Приближение электронно-фотонного конвертора к облучаемому ТВЭЛу на минимальное расстояние обеспечивает оптимальное

использование пучка жестких гамма-квантов, плотность нотока в этом случае максимальна.

Формула изобретения

Устройство для контроля газопроницаемости оболочек ТВЭЛ, содержащее камеру облучения, нагреватель, конвертор, колонку с поглотителем и детектор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения газопроницаемости, нагреватель установлен в камере облучения.

конвертор расноложен непосредственно у стенки нагревателя, а камера облучения и колонка соединены посредством замкнутой системы циркуляции газа-носителя газообразных продуктов фотоделения.

Источники информации, принятые во вннмание при экспертизе 1. Патент Англии № 1286545, кл. G 21С 17/06, опубл. 1972.

2. Гозэн Г., Гиббоне Д. Радиоактивный анализ, нод ред. акад. И. П. Алимарина. М, Атомиздат, 1968, с. 267.