Устройство для контроля газопроницаемости оболочек твэл

(ii! 609123

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз. Советских

Социалистических

Республик

1

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.02.76 (21) 2320005/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.05.78. Бюллетень № 20 (45) Дата опубликования описания 12.05.78 (51) М. Кл. б 21С 17/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.039.5 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. С. Задворный, А. Ф. Горенко и С. В. Гоженко (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ

ОБОЛОЧЕК ТВЭЛ

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано для контроля качества изготовления и определения состояния оболочки тепловыделяющего элемента (ТВЭЛ).

Известно устройство для контроля герметичности оболочки ТВЭЛ (1), в котором нарушение герметичности оболочки ТВЭЛ определяется по уровню радиоактивности газовой среды, омывающей ТВЭЛ, в котором используется ядерный реактор.

Недостатком этого устройства является большая длительность реакторных испытаний, которая составляет 200 — 800 ч, и использование реактора для контроля герйетичности оболочек ТВЭЛ не экономично.

Ближайшим к изобретепшо техническим решением является устройство (2), содержащее камеру облучения, нагреватель, конвертор, колонку с поглотптелем и детектор. В этом устройстве в нагреватель помещают предварителыю облученный образец, облучение которого производится на ускорителе электронов с энергией не ниже 15 Мэв, пучок которого преобразуется в пучок жестких тормозных гамма-квантов при взаимодействии электронов на выходе ускорителя с конвертором, представляющим собой мишень из материала с большим Z (вольфрам, тантал, платина и др.).

Облученный образец помещают в нагреватель, чтобы стимулировать выделение газов, образовавшихся в процессе облучения, а поток гелия транспортирует выделившиеся газы в колонку.

Недостатком этого устройства является низкая чувствительность и точность измерения газопроницаемости, обусловленная тем, 10 что при однократном контакте потока газа носителя с поглотителем колонки не происходит полного поглощения всего радиоактивного газа, выделяющегося при нагреве облученного образца.

15 Целью изобретения является повышение чувствительности п точности измерения газопроницасмостп. Г!од чувствительностью в данном случае следует понимать — абсолютное минимальное значение радиоактивного

20 газообразного продукта, которое может быть достоверно зарегистрировано, а под точностшо измерения газопроницаемостп — точность анализа.

Поставленная цель достигается тем, что

25 нагреватель установлен в камере облучения, конвертор расположен непосредственно у стенки нагревателя, а камера облучения и колонка соединены посредством замкнутой системы циркуляции газа-носителя газообраз30 ных продуктов фотоделения.

609123

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

В герметичной камере 1 облучения размещен полый нагреватель 2, в непосредственной близости от стенки нагревателя 2 установлен электронно-фотонный конвертор 3 (диск из вольфрама толщиной 2 мм, диаметром 30 мм). Исследуемые ТВЭЛы 4 установлены на поворотный диск 5 устройства перемещения и замены ТВЭЛов 6. Устройство содержит механизм подачи ТВЭЛов 7 к месту облучения и нагрева 8. Механизм 7 снабжен теплостойким штоком 9. Насос 10 обеспечивает циркуляцию газа-носителя (гелия) через объем камеры облучения 1 и колонку с поглотителем 11 инертных газов, рядом с которой находится детектор 12 радиоактивного излучения с многоканальным амплитудным анализатором 13 и цифропечатью 14.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Исследуемые ТВЭЛы в количестве 6—

10 штук устанавливают в ячейках поворотного диска 5 (диски сменные).

Объем системы циркуляции газа-носителя откачивают насосом 10 до 10- тор, после чего эта система заполняется гелием до давления 0,2 — 0,4 тор.

Камера 1 устанавливается на ускоритель и юстируется на пучке ускоренных электронов так, чтобы пучок падал на электронно-фотонный конвертор 3. Расстояние от поверхности

ТВЭЛа 8 до конвертора 3 15 — 20 мм. Стенки камеры облучения охлаждаются циркулирующей водой.

Регулятором напряжения температура нагревателя 2 поднимается до требуемой (1000 †20 С).

В место нагрева и облучения 8 на термостойком штоке 9 из ячейки диска 5 подается известное (весовое) количество ядерного горючего без оболочки (например, окиси урана), которое в течение определенного времени (например, 30 мин) облучается жесткими гамма-квантами, рожденными в электроннофотонном конверторе 3 при торможении пучка электронов с энергией 15 Мэв и током

20 мка. Образованные при фотоделении радиоактивные газообразные продукты Хе"8, Xe çs Кг87 Krss pre npH HarpeBaHzn диффундируют к поверхности горючего и транспортируются потоком гелия к колонке с поглотителем 11. Многократная циркуляция гелия через объем камеры 1 и колонки с поглотителем 11 устраняет потери выделившихся из

ТВЭЛов газов на пути от камеры 1 к поглотителю 11. В процессе облучения ТВЭЛа детектор 12, многоканальный анализатор 13 регистрируют излучение от активности, собранной в поглотителе 11.

Затем прекращают облучение и измеряют количество собранных радиоактивных газов.

Заменив образец и поглотитель 11 другими, аналогичное измерение проводят с ТВЭЛом, имеющим известное (весовое) количество

65 окиси урана в оболочке. Сравнивают результаты измерений, рассчитывают коэффициент проницаемости оболочки ТВЭЛа.

Проводят измерения с новым ТВЭЛом из числа установленных в диске 5.

Обычно испытания газопроницаемости оболочки ТВЭЛа проводят путем облучения в реакторе. Такие испытания длительны: облучение ведется 200 †8 ч.

Ядерный реактор должен иметь отдельный канал для таких испытаний, то есть реактор должен быть специальным.

Преимуществом предлагаемой установки в этом плане является то, что она позволяет, во-первых, вести указанные исследования на любом ускорителе электронов с энергией

15 Мэв (тем более, что ускоритель электронов значительно дешевле реактора) и, вовторых, такие исследования экспрессны: облучение и контроль одного ТВЭЛа занимает

1 — 2 ч.

Технически выполнение исследований газопроницаемости путем изучения проникновения газообразных радиоактивных продуктов фотоделения по сравнению с реакторными испытаниями существенно проще.

К тому же, в предлагаемой установке при фотоделении ТВЭЛ может быть нагрет до любой требуемой температуры в процессе облучения. Это позволяет получать данные не только о газопроницаемости оболочки ТВЭЛа, но и о кинетике процесса газовыделения.

Введение нагревателя ТВЭЛа в канал ядерного реактора хотя и принципиально возможно, однако существенно скажется на процессе облучения из-за возмущения потока нейтронов в месте нахождения нагревателя и исследуемого ТВЭЛа.

Таким образом, при реакторных испытаниях ТВЭЛов процессы облучения и выделения газообразных радиоактивных продуктов деления разделены по месту и по времени, то есть измерения более длительны, чем при использовании предлагаемой установки.

Условия радиационной безопасности при реакторном облучении требуют применения специальных боксов для работы с высокоактивными ТВЭЛами, которые не нужны при работе на предлагаемой установке.

Система замкнутой циркуляции газа-носителя обеспечивает не только возможность собирания газообразных радиактивных продуктов деления без потерь, но и, в отличие от известных установок, работает с существенно меньшим расходом гелия.

Кроме того, такая система не загрязняет активными газами рабочих помещений, не требует сооружения фильтров очистки для предотвращения загрязнения внешней среды и работающих с радиоактивными криптоном, ксеноном, летучими химическими соединениями.

Приближение электронно-фотонного конвертора к облучаемому ТВЭЛу на минимальное расстояние обеспечивает оптимальное

609123

Формула изобретения

Составитель E. Опарин

Техред А. Камышникова

Корректоры: E. Хмелева и И. Позняковская

Редактор Н. Коляда

Заказ 818/18 Изд. № 451 Тираж 568 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 исцользоваш1с пучка жестких гамма-квантов, плотность потока в этом случае максимальна.

Устройство для контроля газопроницаемости оболочек ТВЭЛ, содержащее камеру облучения, нагреватель, конвертор, колонку с поглотитслем и детектор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения газопроницаемости, нагреватель установлен в камере облучения, конвертор располозкен непосредственно у стенки нагревателя, а камера облучения и колонка соединены посредством замкнутой системы циркуляции газа-носителя газообразных продуктов фотоделения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии № 1286545, кл. G 21C

17/06, опубл, 1972.

2. Гоуэн Г., Гиббонс Д. Радиоактивный анализ, под ред. акад. И. П. Алимарина. М., Атомиздат, 1968, с. 267.