СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СНИМАЕМОЙ АЛЬФА-ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ТВЭЛОВ С НАВИТОЙ ПРОВОЛОКОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF REMOVED ALPHA-CONTAMINATION OF FUEL ELEMENTS WITH WOUND WIRE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

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).
3
2
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 см 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 см, 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.
2
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 см, 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.