РБМК ВВР Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора Курсовые по энергетике Термоядерный синтез Термоядерный реактор Атомные реакторы на быстрых нейтронах Развитие энергетики России

Разработка системы для измерения удельной активности грунта на установке радиометрической сепарации.

Для решения этой задачи необходимо было выполнить следующие работы:

Оценить ожидаемые результаты радиометрической сепарации загрязненного грунта с площадки ВХРАО.

Рассмотреть возможные схемы реализации радиометрической сепарации грунта.

Разработать измерительную систему, позволяющую производить измерение удельной активности загрязненного грунта в режиме реального времени.

Провести калибровку и настройку измерительной системы.

Проведенные исследования возможности радиометрической сепарации радиоактивно загрязненного грунта с площадки ВХРАО показали, что доля грунта с удельной активностью менее 10кБк/кг, который может быть использован в дальнейшем на площадке ВХРАО, составляет 21% от общего объема. Доля грунта с удельной активностью (10кБк/кг ≤ Aуд < 50 кБк/кг), который может быть подвергнут дезактивации, составляет 48%. Учитывая, что мелкодисперсная фракция, которая содержит основную активность, составляет всего пять процентов от общего объема грунта с площадки ВХРАО то после дезактивации доля чистого грунта увеличится на 46% и составит 67% от общего количества. Доля грунта с удельной активностью свыше 50кБк/кг, который должен быть направлен на захоронение после сепарации и дезактивации, составит 33%.

Российская программа по быстрым реакторам Первый отечественный демонстрационный энергетический реактор на быстрых нейтронах БН-350 тепловой мощностью 1000 МВт был введен в строй в 1973 году на восточном побережье Каспийского моря [14]. Он имел традиционную для атомной энергетики петлевую схему передачи теплоты и паротурбинный комплекс для преобразования тепловой энергии. Часть тепловой мощности реактора использовалась для выработки электроэнергии, остальная шла на опреснение морской воды. Одна из отличительных особенностей схемы этой и последующих реакторных установок с натриевым теплоносителем - наличие промежуточного контура передачи теплоты между реактором и пароводяным контуром, продиктованное соображениями безопасности.

Из рассмотренных схем радиометрической сепарации выбрана схема, при которой грунт располагается на конвейере ровным слоем заданной толщины и ширины, конвейер движется непрерывно. Разделение грунта производится на три части: с удельной активностью меньше 10кБк/кг; с удельной активностью больше 10кБк/кг, но меньше 50кБк/кг; и с удельной активностью более 50 кБк/кг.

Для оценки эффективности радиометрической сепарации были рассчитаны вероятности возникновения различных ситуаций. Была получена формула, определяющая вероятность попадания «чистой» порции в «грязный» контейнер (при отсутствии «подсветки» от предыдущей и последующей порций грунта):

,

где: Q – чувствительность детектора, Aпор– пороговое значение удельной активности грунта, Nф – число зарегистрированных детектором импульсов фонового потока излучения, Nпп – число зарегистрированных детектором импульсов, определяемых активностью соседних с измеряемой порций грунта, t – время экспозиции, A – удельная активность анализируемой порции грунта, х ≡ λ·А, Фи – нормальная функция распределения.

Расчеты, проведенные по этой формуле, показали, что значение величины P– колеблется от 1,44% до 0,24% в зависимости от высоты установки детектора над измеряемым грунтом и времени экспозиции.

Если перед чистой порцией и после нее находится грунт с максимально возможной активностью (200кБк/кг), то вероятность попадания «чистой» порции в «грязный» контейнер повышается до 16,3%. Однако, вероятность возникновения такого случая составляет всего 0,1%.

Вероятность попадания «грязной» порции в «чистый» контейнер рассчитывается по формуле:

,

и колеблется от 1,40% до 0,19% для разной высоты установки детектора над измеряемым грунтом и разного времени экспозиции.

В соответствии с разработанным техническим заданием была создана установка радиометрической сепарации радиоактивно загрязненного грунта, основным узлом которой является модуль сепарации, изготовленный фирмой «ЭГОНТ».

Для измерения удельной активности сортируемого грунта был разработан и изготовлен измерительный блок. Для регистрации гамма-излучения используются два детектора БДВГ-100, помещенные в свинцовые коллиматоры и смонтированные в один блок, установленный непосредственно над вибрационным лотком сепаратора на заданной высоте.

Рис.5. Внешний вид и состав модуля сепарации: 1. Загрузочный бункер; 2. Блок детектирования; 3. Вибрационный лоток; 4. Вибрационный питатель; 5. Разгонный лоток; 6. Сепаратор; 7. Каркас.

С целью определения чувствительности измерительной системы, а так же поля зрения блока детектирования, была произведена калибровка блока измерения активности. С помощью точечного источника гамма-излучения построены продольная и поперечная аппаратные функции блока детектирования и определено поле зрения коллиматора. Для определения чувствительности системы были проведены измерения скорости счета блока детектирования. В качестве источников гамма-излучения были взяты калиброванные источники поверхностной активности. По результатам измерений были рассчитаны калибровочные коэффициенты для различных толщин слоя грунта, формируемого на вибрационном лотке установки, а также для разных удельных плотностей грунта.

Рис.6. Зависимость чувствительности измерительной системы от плотности грунта (ρ) и толщины слоя насыпки (h). Черным цветом обозначены экспериментальные точки.

Проведены измерения скорости счета блока детектирования, регистрирующего гамма-излучение от подготовленной порции песка с известной удельной активностью, равномерно загрязненного 137Cs. Было показано, что результаты измерений в пределах статистической погрешности совпадают с расчетными данными.

По результатам калибровки были вычислены значения минимально измеряемой активности ASmin для разных толщин формирования слоя грунта на вибролотке при заданной относительной погрешности δ=0,2

,

где k – двухсторонний доверительный коэффициент, приводящий результат измерения к определенной доверительной вероятности (при k=2, Р=0,95); Nф – фоновая скорость счета.

t=1секунда

Толщина слоя h,см

2

4

6

8

10

ASmin , кБк/кг

27,1

15,9

12,3

10,6

9,7

t=2секунды

Толщина слоя h,см

2

4

6

8

10

ASmin , кБк/кг

18,2

10,7

8,3

7,2

6,5

Время измерения, за которое может быть определена удельная активность грунта 10кБк/кг при заданной толщине слоя, определялось по формуле:

.

Толщина слоя, см

2

4

6

8

10

Минимальное время измерения, сек

6

2,26

1,4

1,1

0,95

В ходе испытания установки радиометрической сепарации было выяснено, что для формирования равномерного слоя грунта на вибролотке, необходима предварительная сушка грунта до остаточной влажности 10 – 15%.

Произведена пробная сепарация подготовленной порции грунта. За пять минут было переработано 650кг грунта, при этом было выделено три фракции и соотношение их объемов (соответственно «грязной», «дезактивируемой» и «чистой») составило 1:6:6. Проведенные испытания установки подтвердили работоспособность как ее отдельных блоков, устройств и модулей, так и всей установки в целом. По результатам проведенных приемо-сдаточных испытаний установки радиометрической сепарации загрязненного грунта был составлен акт, на основании которого эта установка была принята для проведения сепарации радиоактивно загрязненного грунта с площадки ВХРАО.

Описанная выше система создавалась под конкретную задачу определения удельной активности грунта, загрязненного только 137Cs. Поэтому в качестве детекторов были выбраны БДВГ-100, работающие в счетном.

В случае наличия двух и более загрязняющих радионуклидов возникает необходимость в определении активности каждого из них. Для этого потребуются детекторы, работающие в спектрометрическом режиме, а так же необходимо записать в блок измерения активности программу обработки спектров, измерения скоростей счета в пиках полного поглощения по каждому радионуклиду, и расчета активности радионуклидов.

Для сравнения спектрометрического режима работы системы с интегральным была проведена оценка минимально измеряемой активности 137Cs для детектора NaI(Tl) такого же объема, как и в БДВГ-100 и при тех же условиях измерения. Для этого с помощью программы, использующей метод Монте-карло, были рассчитаны зависимости чувствительности системы от плотности грунта для различных энергетических интервалов для 137Cs и 60Co при разной толщине слоя загрязненного грунта. Результаты вычислений позволили оценить значения минимально измеряемой активности при разном времени экспозиции и различной толщине слоя грунта.

tm=1секунда

Толщина слоя h,см

2

4

6

8

10

ASmin , кБк/кг

22

12,9

10

8,6

7,9

tm=2секунды

Толщина слоя h,см

2

4

6

8

10

ASmin , кБк/кг

13,7

8

6,2

5,4

4,9

Основываясь на полученных результатах можно сделать вывод, что при спектральном режиме измерений чувствительность детектора падает, поскольку учитываются кванты только в пике полного поглощения. Однако количество квантов, характеризующихся фоновым излучением, так же становится меньше, поскольку рассматривается только участок энергетического диапазона под пиком полного поглощения. В результате значение минимально измеряемой активности по 137Cs уменьшилось на 23% по сравнению с интегральным методом измерения, при этом чувствительность системы повышается.

Обоснование эффективности и безопасности использования корпусных кипящих реакторов для малой энергетики на основе результатов исследований на реакторе ВК-50

3 июня 2010 года Правительство Российской Федерации одобрило представленную Министерством энергетики Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики до 2020 года с перспективой до 2030 года. В Генеральной схеме особое внимание уделено развитию в ближайшие годы атомной энергетики. Внедрение атомной энергетики в сферу энергоснабжения существенно уменьшит расход органического топлива и сохранит его в качестве ценного сырья для нужд других отраслей. Это связано как с ограниченностью доступных и экономически приемлемых природных запасов органических видов топлива, так и с негативным воздействием на окружающую среду выбросов в атмосферу продуктов сгорания.

Экономическая целесообразность и социальная значимость использования атомных энергоисточников в региональной энергетике для тепло- и электроснабжения различных потребителей представляется достаточно актуальной для экономии органического топлива, для замены выбывающих из эксплуатации по причине выработки ресурса мощностей тепловых электростанций и улучшения экологической ситуации в городах страны. Поэтому в Федеральной целевой программе «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года» уделено особое внимание технико-экономическому исследованию и обоснованию использования атомных энергоисточников для теплофикации.


На главную