Устройство-дозиметр электрохимического вскрытия радиоактивных источников ионизирующего излучения

Использование: для вскрытия радиоактивных источников ионизирующего излучения (в частности, быстрых нейтронов) с целью контроля их целостности и возможной утилизации. Предлагаемое устройство, состоит из цилиндрического титанового корпуса, выполняющего функцию катода, держателя вскрываемого источника, выполненного из материала-изолятора, и отделяющего внешний контейнер источника от корпуса, и погруженного в электролит танталового анода. Вскрытие осуществляется способом электрохимического (анодного) растворения внешнего контейнера источника из нержавеющей стали X18H10T. Предложенное устройство позволяет: 1. Повысить производительность труда и безопасность обслуживающего персонала при утилизации источников. 2. Осуществлять вскрытие источников без механической обработки и сопутствующих ей недостатков. 3. Управлять процессом вскрытия источников дистанционно и завершать его автоматически.

Настоящая полезная модель относится к области утилизации и регенерации отработавших источников ионизирующего излучения, в частности источников быстрых нейтронов (далее - ИБН). Источники нейтронов используются во многих областях науки и техники. Они применяются в ядерно-физических исследованиях, нейтронном каротаже (метод геофизических исследований, основанный на взаимодействии нейтронов с веществом горных пород), нейтронографии (метод изучения строения молекул, кристаллов и жидкостей с помощью рассеяния нейтронов).

ИБН - изделие, состоящее из двух контейнеров (в данном, конкретном случае цилиндрической формы, внутреннего и внешнего), изготовленных их нержавеющей стали X18H10T, герметизированных сваркой, и вставленных один в другой. Внутренний контейнер содержит в себе радиоактивный материал, излучающий быстрые нейтроны (www.po-mayak.ru/predpriyatie/produkciya_predpriyatiya/izotopnaya_produkciya).

Вскрытие ИБН необходимо для контроля их целостности и безопасности применения после окончания срока эксплуатации. При многолетней эксплуатации ИБН велика вероятность накопления гелия внутри ИБН, что может привести к разрушению (разгерметизации) внутренней части ИБН. Еще одной задачей вскрытия может быть разгерметизация внутренней части ИБН для выпуска радиогенного гелия.

Известен механический способ вскрытия подобных изделий. Резка и рубка широко применяется в атомной технике (см. например Патент 2125308, СПОСОБ РАЗДЕЛКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, опубл.: 20.01.1999).

Известно устройство для вскрытия (расчехловки) ИБН, в котором электродвигатель привода вынесен за защитную камеру. Вскрытие источников проводится механическим способом специальным режущим инструментом.

Недостатками известного устройства является громоздкость и сложность управления, контейнеры ИБН с трудом поддаются вскрытию. Поэтому в ходе опытных операций с реальными ИБН вскрытие проводится при помощи напильника и телеинструмента, т.е. вручную. Следствием этого является повышенное нейтронное облучение обслуживающего персонала.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в повышении производительности и безопасности персонала при утилизации ИБН.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для электрохимического вскрытия радиоактивных источников.

Устройство, состоит из цилиндрического титанового корпуса, выполняющего функцию катода, держателя ИБН, выполненного из материала-изолятора и погружаемого танталового анода. Источник, включающий внешний и внутренний контейнеры с материалом-излучателем нейтронов, размещается внутри корпуса устройства и отделен от него держателем. Внутренний объем корпуса заполняется электролитом. Верхняя торцевая поверхность внешнего контейнера источника соприкасается с погруженным в электролит танталовым анодом. При подаче напряжения на катод и анод происходит электрохимическое растворение открытой части внешнего контейнера ИБН, а именно края верхнего цилиндрического торца внешнего контейнера.

Схема устройства представлена на фиг. 1, где:

- 1 - танталовый анод;

- 2 - титановый стакан-катод;

- 3 - электролит;

- 4 - внешний контейнер ИБН;

- 5 - внутренний контейнер ИБН;

- 6 - материал-излучатель нейтронов;

- 7 - держатель источника из материала-изолятора.

Реальный вид аппарата с извлеченным анодом приведен на фиг. 2.

Аппарат функционирует следующим образом.

Источник быстрых нейтронов вставляется в держатель (7).

Держатель (7), содержащий ИБН, загружается в титановый стакан-катод (2).

В аппарат опускается танталовый анод (1), осуществляющий электрический контакт с внешним контейнером ИБН (4).

В аппарат загружается раствор 7 моль/л азотной кислоты (3).

К аппарату подключается источник постоянного напряжения. На титановый катод (2) подается минус (-). На вставленный сверху анод (1) - плюс (+). На аппарат подается напряжение 4÷5 В (ток составляет примерно 4÷5 А).

При включении тока происходит анодное растворение стали по краю торца внешнего контейнера ИБН (4) (радиальное). При этом боковая поверхность ИБН защищена держателем (7), а верхняя торцевая - анодом. Таким образом, растворение внешнего контейнера (4) происходит только в узком зазоре между держателем (7) и анодом (1).

Время обработки составляет около 2 часов. После этого окончание процесса обнаруживается по периодическому прекращению (скачкам) тока по показаниям амперметра и проседанию анода (1). При полном вскрытии ток автоматически прекращается, а анод (1) опускается, т.к. остатки крышки проседают внутрь внешнего контейнера ИБН (4). При этом внутренний контейнер не повреждается.

Далее электролит (3) сливается, а вскрытый ИБН извлекается.

После промывки и сушки, извлекается внутренний контейнер ИБН (5).

В качестве примера по описанной выше методике за 2 часа при силе тока 4 А и напряжении 4 В был вскрыт имитатор ИБН-12. При этом внутренняя капсула макета извлечена без ее внешнего повреждения и готова к дальнейшей обработке.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, являются:

- вскрытие внешнего контейнера ИБН без механической обработки и сопутствующих ей недостатков;

- вскрытие внешнего контейнера гарантировано осуществляется без повреждения внутреннего контейнера;

- процесс вскрытия ИБН завершается автоматически за счет потери контакта между ИБН и анодом, при дистанционном контроле процесса оператором.

Преимуществами данного технического решения являются отсутствие обслуживаемых движущихся частей аппаратуры вскрытия ИБН и простой метод контроля над течением процесса по показаниям амперметра и вольтметра. По окончании процесса вскрытия ток выключается самопроизвольно, что может быть продублировано внешним сигналом.

Устройство для электрохимического вскрытия радиоактивных источников ионизирующего излучения, состоящее из цилиндрического титанового корпуса, вьшолняющего функцию катода, внутри которого размещается источник, внешний контейнер которого отделен от корпуса держателем источника, выполненным из материала-изолятора, а верхняя торцевая поверхность внешнего контейнера источника соприкасается с погруженным в электролит танталовым анодом.