Курсовые по энергетике
БН
Экология
Карта

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