Устройство для отбора проб расплавленного металла
DEVICE FOR MOLTEN METAL SAMPLES SELECTION

Изобретение относится к устройствам для взятия проб в жидком или текучем состоянии и может быть использовано в ядерных реакторах с жидкометаллическим теплоносителем для отбора проб расплавленного теплоносителя.
Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является устройство для отбора проб расплавленного металла, содержащее пробоотборник, механизм перемещения пробоотборника и трубопровод для подключения пробоотборника к линии вакуум-насоса (патент на полезную модель РФ №24730, опубл. 20.08.2002, МПК G01N 1/00).
В известном устройстве пробоотборник выполнен в виде вертикальной трубы, внутри которой с образованием зазора относительно ее боковой поверхности размещен стержень. Стержень на нижнем конце имеет герметизирующий трубу элемент до и после отбора пробы и может перемещаться в вертикальном направлении с помощью дополнительного устройства вертикального перемещения. Устройство для отбора пробы располагают на крышке реактора и для перемещения трубы внутрь реактора с целью отбора пробы теплоносителя в крышке реактора выполнен вертикальный канал.
Забор пробы осуществляется следующим образом. С помощью механизма вертикального перемещения трубу погружают в теплоноситель и выдвигают вниз стержень с герметизирующим элементом устройством вертикального перемещения стержня. В результате разгерметизации трубы зазор между стержнем и боковой поверхностью трубы сообщается с теплоносителем в реакторе и наполняется им. После заполнения зазора теплоносителем стержень задвигают обратно в трубу, и герметизирующий элемент на конце стержня герметизирует ее, фиксируя, таким образом, в ней отобранную пробу теплоносителя. После этого механизмом вертикального перемещения трубу извлекают за пределы реактора через канал в крышке реактора, где проба замораживается, труба с пробой и стержнем демонтируется и передается в лабораторию для анализа пробы. На место демонтированной трубы устанавливается «свежая».
Выполнение пробоотборника из подвижных друг относительно друга частей делает его сложным и дорогостоящим в изготовлении. В случае же повторного применения одного и того же пробоотборника возникает проблема очистки внутреннего объема трубы от остатков предыдущей пробы. При некачественной очистке трубы результаты исследований следующей пробы будут получены с погрешностью.
Кроме того, этапы перемещения из внутреннего пространства реактора за пределы крышки реактора, а также демонтаж зафиксированной пробы раскрыты на функциональном уровне, в связи с чем, возникает вопрос об обеспечении радиационной безопасности при использовании известного устройства. В случае извлечения пробоотборника из канала и его демонтажа из устройства, канал в крышке реактора остается открытым, возникает сообщение газовой подушки реактора с закорпусным пространством реактора, что ведет к выходу радионуклидов из реактора и, как следствие, увеличению дозовых нагрузок на персонал. Кроме того, известное устройство возможно использовать, расположив его только вертикально на крышке реактора, что приводит к ее затесненности.
Недостатками известного устройства являются отсутствие в нем от выхода радионуклидов из реактора при извлечении пробоотборника, что приводит к увеличению дозовых нагрузок на персонал, а также дорогостоящие расходные материалы (выемная часть) ввиду наличия подвижных друг относительно друга элементов, которые требуют высокой точности изготовления и центрирования корпуса и стержня устройства; большие габариты механизма вертикального перемещения и извлечения пробоотборника в случае большого хода выемной части.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение безопасности эксплуатации устройства для персонала; упрощение конструкции пробоотборника.
Техническим результатом изобретения является исключение выхода загрязняющих веществ при отборе пробы из емкости с расплавом, а также снижение материалоемкости устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для отбора проб расплавленного металла, содержащее пробоотборник, механизм перемещения пробоотборника, а также трубопровод для подключения пробоотборника к линии вакуум-насоса, дополнительно содержит трубу, один конец которой снабжен уплотняющим узлом с шибером внутри, а второй предназначен для погружения под уровень теплоносителя, при этом пробоотборник выполнен в виде капилляра с возможностью перемещения по трубе через узел уплотнений и устройство содержит механизм подачи капилляра в трубу.
Кроме того, устройство дополнительно снабжено механизмом подачи аргона в трубу, при этом упомянутый механизм подключен к трубе после уплотняющего узла.
Кроме того, устройство дополнительно снабжено механизмом для фрагментации капилляра.
Кроме того, механизм перемещения капилляра выполнен в виде катушки с электроприводом, при этом капилляр намотан на катушку.
Кроме того, механизм подачи выполнен в виде роликов с электроприводом, причем капилляр проходит между роликами.
Кроме того, механизм фрагментации выполнен в виде дисковой пилы.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство отбора пробы (фиг. 1).
Устройство для отбора пробы содержит трубу 1, проходящую через канал 2 в корпусе ядерного реактора. Один конец трубы 1 выходит за пределы реактора и снабжен уплотняющим узлом 3 с шибером 4 внутри него. Зазор между трубой 1 и каналом 2 заваривают. Второй конец трубы 1 предназначен для погружения под уровень теплоносителя. Постоянно расположенный под расплавом свинца конец трубы 1 исключит сообщение полости трубы 1 с газовой полостью реактора, а следовательно, и выход радионуклидов через нее. Однако одновременно с этим трубка подвергнется и коррозии из-за постоянного контакта с агрессивной средой. Чтобы этого избежать и продлить срок эксплуатации устройства, к трубе 1 для ее продувки подсоединен механизм подачи сухого аргона 5.
Для отбора пробы и ее транспортировки за пределы реактора предусмотрен пробоотборник 6, выполненный с возможностью перемещения по трубе 1 через узел 3. На обеспечение устройством безопасности его эксплуатации, заключающейся в защите от проникновения через него радионуклидов из реакторного пространства, влияют размеры трубы 1. Чем больше ее диаметр, тем сложнее обеспечить герметизацию ее конца и тем больше летучих и газообразных радионуклидов может попасть в ее внутренний объем путем испарения с зеркала теплоносителя в случае отсутствия погружения трубы 1 под уровень теплоносителя. Поэтому труба 1 должна быть минимального диаметра. Обеспечить ее минимальные радиальные габариты, сохранив возможность свободного перемещения внутри нее, может пробоотборник 6, выполненный в виде капилляра. Кроме того, малый диаметр капилляра и, соответственно, малая масса отобранной им пробы позволяют минимизировать дозовые нагрузки на персонал при работах по анализу пробы и по ее утилизации после выполнения анализа, т.е. уменьшается количество радиоактивных отходов.
Перемещение капилляра по трубе 1 обеспечивают механизмом его перемещения 7. Благодаря гибкости капилляра, механизм 7 может быть выполнен в виде катушки с электроприводом. В таком случае капилляр наматывают на катушку, что положительно влияет на компактность устройства в целом. Для направления конца капилляра в трубу 1 устройство снабжено подающим механизмом 8, выполненным, например, в виде роликов, один из которых снабжен приводом. Конец капилляра при этом располагают между роликами.
Для поступления теплоносителя в полость пробоотборника 6 его соединяют с линией вакуум-насоса посредством трубопровода 9.
Для передачи отобранной пробы на исследование устройство снабжено механизмом резки 10 капилляра, например дисковой пилой.
Устройство может быть расположено на крышке реактора, а ввиду затесненности пространства на крышке реактора, и за боковой стенкой корпуса реактора: непосредственно за ней, или в лабораторном помещении. В последнем варианте размещения устройства канал 2 выполняют с уклоном в сторону уровня теплоносителя. Такой уклон выполнен для того, чтобы в случае попадания теплоносителя в канал 2, он стекал обратно в объем первого контура реактора. Кроме того, при расположении устройства непосредственно в лаборатории исключает необходимость транспортировки пробы до места исследования. Отбор пробы осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии устройства труба 1 заполнена сухим аргоном при давлении, который при погружении конца трубы 1 в теплоноситель препятствует затеканию в нее теплоносителя, а при ее расположении выше уровня теплоносителя - радионуклидов из реакторного пространства за пределы реактора, и перекрыта шибером 4. При необходимости взять пробу шибер 4 открывают и подающий механизм 8 обеспечивает подачу пробоотборника 6 (капилляра) через узел 3 в верхний конец трубы 1 вплоть до погружения конца капилляра в теплоноситель. При этом (при открытом шибере) утечка аргона или радионуклидов из трубки 1 ограничивается узлом 3. Устройство вакуумирования создает форвакуум в полости капилляра намотанного на катушку, что обеспечивает заполнение участка капилляра теплоносителем. Затем привод катушки сматывает капилляр, при этом заполненный теплоносителем участок охлаждается по мере прохождения через трубу 1 до застывания теплоносителя. После полного выхода капилляра из трубы 1 шибер 4 закрывают и осуществляют отрезку капилляра с пробой при помощи механизма фрагментации 9. Отрезка капилляра производится на его участке, не заполненном пробой теплоносителя. Отрезанный участок капилляра с пробой извлекается для дальнейшего анализа, например, гамма-спектрометрическим методом. Поскольку отсутствует необходимость установки «свежего» капилляра перед каждым отбором пробы (на катушке может находиться большой запас капилляра), повышается оперативность контроля состояния реактора по составу теплоносителя.
Труба 1, постоянно расположенная в канале реактора при использовании устройства, герметизирует канал реактора при извлечении и демонтаже пробоотборника 6 от выхода радионуклидов из газовой подушки реактора: шибером 4 в состоянии готовности устройства к работе и после отбора пробы и узлом 3 непосредственно при отборе пробы. Кроме того, в случае постоянного погружения одного конца трубы 1 под уровень теплоносителя исключается сообщение зареакторного пространства с газовой полостью реактора вообще. Также труба 1 является направляющей для капилляра, который благодаря ей поступит и отберет пробу из необходимой точки.
Использование в качестве пробоотборника 6 капилляра имеет ряд преимуществ. Небольшой размер в поперечном сечении позволит сделать канал в реакторе меньшим по размерам, что упростит его герметизацию от выхода радионуклидов из газовой полости. Одновременно с этим протяженность капилляра позволит опустить его на любую глубину под уровень теплоносителя, используя катушку, что делает устройство компактным. Простота конструкции капилляра удешевит устройство в целом и упростит его использование - отпадает необходимость в очистке пробоотборника от предыдущей пробы, достаточно отрезать участок капилляра с образцом, чтобы устройство было готово к работе снова.
Таким образом, заявленная совокупность признаков обеспечит герметизацию канала, а значит и утечку загрязняющих веществ из газовой подушки реактора как в состоянии готовности устройства, так и непосредственно при отборе пробы, повысив, в конечном итоге, безопасность его эксплуатации.