Дослідження і модернізація радіаційної установки Інституту ядерних досліджень (ІЯД) для функціональних випробувань обладнання і нових матеріалів Атомної електростанції (АЕС)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут ядерних досліджень

УДК 621.384.6

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дослідження і модернізація радіаційної установки Інституту ядерних досліджень (ІЯД) для функціональних випробувань обладнання і нових матеріалів Атомної електростанції (АЕС)

05.14.14. - «Теплові та ядерні енергоустановки»

Ковалінська Тетяна Володимирівна

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті ядерних досліджень Національної академії наук України

Науковий керівник: академік НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор Вишневський Іван Миколайович, Інститут ядерних досліджень НАН України, завідуючий відділом структури ядра, директор ІЯД НАН України.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Литвинський Людвиг Леонідович, головний науковий співробітник ТОВ «АЕСКАР».

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Литвиненко Володимир Вікторович, заступник директора Інституту електрофізики і радіаційних технологій НАН України.

Захист відбудеться «01» грудня 2011 р. о 14¹⁵ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.167.01 Інституту ядерних досліджень НАН України за адресою:03680, м. Київ, проспект Наук, 47

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту ядерних досліджень НАН України, 03680, м. Київ, проспект Науки, 47.

Автореферат розісланий «01» листопада 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат фізико-математичних наук Улещенко В.В.

Загальна характеристика роботи

Робота відноситься до галузі ядерної енергетики і спрямована на вирішення технологічних проблем експлуатації ядерних енергетичних установок. Вибір напрямку досліджень визначається національними програмами розвитку ядерної енергетики та продовження експлуатації енергоблоків діючих АЕС України. Цими програмами встановлюється, що умовою розвитку ядерної енергетики є підвищення експлуатаційної безпеки АЕС. Важливою складовою програм є забезпечення безаварійної та надійної роботи різноманітного обладнання, приладів і матеріалів, які використовують на АЕС. Розроблені нормативні документи встановлюють перелік критичного обладнання ядерних енергетичних установок та їх показники впливу на експлуатаційну надійність.

В дисертації відображено дослідження та розробки удосконалених технологій контролю за станом електротехнічного обладнання, в першу чергу - електричних кабелів АЕС. Ці технології базуються на нових радіаційних методах функціональних випробувань кабельних виробів. Вони дозволяють вирішити проблему встановлення фактичних показників залишкового ресурсу кабелів та здійснити контроль за процесами старіння. З цією метою досліджується динаміка експлуатаційних дефектів в обладнанні, що виникають в умовах дії радіації.

Робота входить до науково-дослідних, конструкторських і технологічних програм, які направлені на детальне вивчення поведінки обладнання у специфічних умовах АЕС, вивчення причин і характеру змін їхніх експлуатаційних характеристик. Такі проблеми активно розробляються в розвинутих країнах світу і забезпечують технічний прогрес ядерної енергетики.

Актуальність теми та головні проблеми. Актуальність теми досліджень обумовлена великою увагою в світі до проблем безпеки експлуатації АЕС. З урахуванням сучасних підвищених вимог до надійності ядерної енергетики першочерговою задачею є контроль за надійністю обладнання, яке відноситься до життєво важливого для безпеки реактора. Основою постановки завдання дисертації є нормативні документи органів регулювання безпеки щодо перевірки стану обладнання та відповідності його характеристик вимогам експлуатації на АЕС.

Діючими нормативними технічними документами (НТД) необхідним елементом безпечної експлуатації АЕС встановлена кваліфікація чисельних систем і обладнання енергоблоків. Для ядерної енергетики України це новий тип випробувань і вимагає першочергового вирішення технічних питань його реалізації.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Викладені в дисертації матеріали відображають результати науково-технічних і технологічних розробок останніх років в обсязі 5 держбюджетних тем, в яких автор брала безпосередню участь або очолювала проект: «Розробка нових методів та технічних засобів радіаційних випробувань обладнання АЕС», державна реєстрація № 01070004926, 2007 р.; «Дослідження процесів деградації основного обладнання АЕС та розробка методів функціональних випробувань», державна реєстрація № 01074005727, 2007 р.; «Дослідження фізичних процесів і розробка засобів контролю та діагностики потужних радіаційних полів експериментальної установки ІЯД НАН України», державна реєстрація № 0107U007079, 2007-2008 (керівник проекту); «Визначення радіаційної стійкості конструкційних елементів ядерних реакторів в сильних радіаційних полях», державна реєстрація № 0107U004926, 2009-2010 р.; «Дослідження структури збуджених атомних ядер на пучках частинок і в радіоактивному розпаді», державна реєстрація № 0100U005115, ДР № 0108U002915, 2010 р.

В дисертаційній роботі використано також матеріали ряду інших тематичних замовлень від українських розробників нової техніки для об'єктів ядерної енергетики.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка сучасних методів досліджень та випробувань стійкості і деградації функцій критичного обладнання АЕС в радіаційних полях, техніки для вивчення процесів старіння та отримання нових даних для оцінки залишкового ресурсу, а також удосконалення радіаційної установки ІЯД для здійснення функціональних випробувань.

Завданням роботи є визначення оптимальних шляхів організації нових досліджень, встановлення і обґрунтування черговості розгортання кваліфікаційних випробувань, шляхи адаптації існуючої радіаційної техніки.

При виконанні дисертаційної роботи використовувались теоретичні та експериментальні методи досліджень. Методичні розробки, технічні пропозиції та розробки спеціальних засобів для адаптації радіаційної техніки експериментально випробувано і доопрацьовано безпосередньо в складі радіаційної установки ІЯД НАН України.

Об'єкт дослідження. Процеси деградації функцій критичного обладнання та його складових (матеріалів) на АЕС під дією радіації, шляхи удосконалення експериментальних установок.

Предмет дослідження. Процеси, які відбуваються в обладнанні під дією радіації, методи їх досліджень, особливості радіаційної техніки для таких досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів. Розширено обсяг знань про процеси, що визначають стан та ресурсні можливості обладнання та матеріалів АЕС. Досліджено і узагальнено процеси впливу радіації на функціональні характеристики та ресурсні показники електротехнічного обладнання АЕС. Створено наукові основи комплексних прискорених методів функціональних випробувань.

Практичне значення одержаних результатів. Створено і передано в користування спеціалізований радіаційний стенд для функціональних випробувань електротехнічного обладнання АЕС. Розроблено комплекс технічних засобів удосконалення радіаційної техніки і відтворення стенду для кваліфікації обладнання АЕС в інших організаціях. Розроблено і випробувано комплексну методику прискорених випробувань обладнання.

Особистий внесок здобувача. Внесок автора був визначальним на всіх етапах дослідницьких робіт, у ході яких були отримані основні результати дисертації. Дисертант брала безпосередню участь у плануванні, підготовці, монтуванні установки та проведенні експериментів. Нею розроблені методи постановки експериментів. Особисто проведено обробку всього масиву накопиченої експериментальної інформації, аналіз і систематизацію отриманих результатів, представлених у даній дисертаційній роботі. У реферованих наукових працях, опублікованих у співавторстві, дисертантові належить: підготовка графічних і табличних матеріалів, робота над текстом публікацій.

Достовірність отриманих результатів підтверджена теоретичними дослідженнями, апробацією на наукових конференціях та галузевих нарадах, а також успішним удосконаленням радіаційної установки ІЯД та здійсненням на ній перших експериментальних робіт.

Апробація результатів дисертації. Результати даної дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на наступних конференціях, семінарах, міжнародних зустрічах і школах: Щорічній науково-технічній конференції «Приладобудування: стан і перспективи», 2003, 2005 рр., НТУУ «КПІ», Київ, Україна; Міжнародній науково-практичній конференції Українського ядерного товариства СІЯЕП, 2003 р., Севастополь, Україна; Щорічних наукових конференціях ІЯД НАН України, 2004 - 2011 рр., Київ, Україна; Наукових семінарах відділу структури ядра Інституту ядерних досліджень НАН України в 2005, 2007, 2008 рр., Київ, Україна; Міжнародних школах молодих вчених по ядерній фізиці та енергетиці, 2005; 2007 рр., Алушта, Україна; Міжнародній науково-практичній конференції Екологічні аспекти ядерних технологій 2004 р., Київ, Україна; Міжнародній Демидівській конференції «Фундаментальні та прикладні проблеми сучасної фізики» 2006 р., Москва, Росія; Міжнародній конференції студентів та молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики «Еврика-2006», Львів, Україна; International Conference “Current Problems in Nuclear Physics and Atomic Energy”, 2006, 2008, 2010 рр., Київ, Україна; Міжнародній конференції УНТЦ, 2006 р., Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна; Міжнародній конференції «Продление срока эксплуатации энергоблоков АЭС. Оценка технического состояния и управление старением оборудования и кабельных изделий» 2007 г., НАЕК «Енергоатом», Київ, Україна.

Публікації. Основні матеріали дисертації опубліковано в 13 роботах, [1-5] з яких надруковані у фахових виданнях, що відповідають вимогам ВАК України, [6-10] у матеріалах конференцій та [11-13] в тезах доповідей.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків та переліку використаних джерел. Вона викладена на 160 сторінках, в тому числі об'єм основного тексту 148 сторінок, містить 62 рисунки, 7 таблиць та перелік використаних джерел із 119 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі викладено стан проблеми, що вирішувалася при виконанні роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання досліджень, визначено зв'язок роботи з науковими темами, розкрито наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, відображено особистий внесок автора, показано апробацію результатів дисертаційної роботи, її структуру та обсяг.

В першому розділі вивчена нормативна база по проблемі підвищення експлуатаційної надійності обладнання АЕС. Обґрунтовується потреба у кваліфікації як важливий принцип функціональних випробувань обладнання на придатність до експлуатації в складі ядерних енергетичних установок. Дослідження охоплюють електротехнічне обладнання, в першу чергу кабельні вироби. Досліджуються особливості експлуатації їх на АЕС та визначаються найбільш вагомі ефекти, що спричиняють прискорене старіння та деградацію функцій такого обладнання, визначено групи обладнання та матеріалів найбільш чутливих до радіації.

Встановлено, що найбільш вразливими до дії іонізуючих випромінювань є конструкційні елементи кабелів та іншого електротехнічного обладнання, виготовлені з органічних матеріалів. Досліджено головні чинники радіаційної деградації. Аналізується вклад різних факторів, що виникають в результаті фізико-хімічних процесів радіаційної модифікації структури полімерних матеріалів. Розглянуто базові положення деструкції органіки в нормальних умовах на промислових енергетичних установках. Наведено результати досліджень впливу на ресурс обладнання іонізуючих випромінювань. Досліджено процеси старіння і встановлено, що органічні матеріали, які входять до складу ізоляції (в кабелях, електрообладнанні, тощо), найбільш активно старіють через радіацію. Визначено перелік параметрів, які характеризують незворотні фізико-хімічні перетворення компонентів органічних матеріалів (ізоляції) і можуть бути використані як критичні параметри для оцінки залишкового ресурсу (ступеню старіння). Обґрунтовано, що для дослідження їх функціональної придатності необхідно мати можливість здійснювати вимірювання різноманітних параметрів - загальнотехнічних і радіаційних.

Показано, що навіть для традиційних об'єктів необхідно вводити додаткові критерії експлуатаційної безпеки та залучати методи математичного прогнозування стану обладнання. На ядерних енергетичних установках ситуація найбільш складна, оскільки робота обладнання обтяжена додатковим багатокомпонентним діючим фактором - іонізуючим випромінюванням. Взаємодія іонізуючих випромінювань (рис.1) з матерією визначається каскадними механізмами перетворення енергії випромінювання на оболонкових атомних рівнях, які проявляються як потужні фактори модифікації опромінюваних речовин.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Схема процесів деструкції органічних матеріалів.

Наведені результати аналізу фізико-хімічних ефектів модифікації органіки, здійснені з метою встановлення впливу цих ефектів на кінцеві показники ізоляції, а також оцінки можливих побічних процесів, в тому числі і небажаних. Така інформація є необхідною умовою успішного досягнення кінцевого результату - експертного висновку щодо придатності обладнання.

Визначено перелік усіх фізичних і радіаційно-хімічних процесів взаємодії органічних матеріалів з іонізуючими випромінюваннями. Показано, що для того, щоб при кваліфікації обладнання впевнено визначити можливість роботи виробу з полімером в радіаційних умовах необхідно забезпечити можливість контролю за інтенсивністю процесів деструкції і процесів зшивки органічних молекул, а також за впливом цих процесів на функціональні характеристики виробу.

Встановлено і обґрунтовано перелік ефектів і процеси, які необхідно контролювати при здійсненні функціональних випробувань. Визначено характеристики радіаційних полів, необхідні для моделювання (відтворення) експлуатаційних умов, властивих АЕС, при випробуваннях обладнання.

У висновках до розділу викладено положення та умови коректного здійснення функціональних випробувань. Встановлено, що при аналізі безпеки роботи обладнання на АЕС необхідно враховувати радіацію, як ключовий фактор деградації обладнання. Показано, що для вичерпної експертизи функціональної придатності електротехнічних виробів до використання на ядерних енергетичних установках зазвичай наявної інформації недостатньо. Необхідно здійснити великий обсяг експериментальних досліджень, отримати додаткову інформацію про специфічні процеси, якими супроводжується експлуатація всіх видів критичного обладнання на АЕС. Наведено перелік цих процесів. Встановлено сучасні технічні вимоги до методів і техніки випробувань, які передбачають багатопараметричний контроль за станом досліджуваного обладнання. Доведена необхідність кваліфікаційних і функціональних досліджень при сукупній дії - і в- компонентів радіаційного поля. Показана необхідність синтезування змішаних типів радіаційних полів з можливістю регулювання і точного контролю співвідношення різних чинників радіації. Визначені стандарти на радіаційні випробування, які можуть бути використані у процесі кваліфікації. Показано, що до парку дослідницької техніки доцільно включати системи вимірювання радіаційно стимульованих процесів найбільш вагомих для деградації елементів кабелів.

В розділі досліджуються проблеми розробки оптимальних методик функціональних випробувань та методів використання отриманої інформації. Тут доведено, що існуюча практика використання ймовірнісних рівнянь для аналізу ситуацій на об'єкті придатна лише для оцінки результатів роботи об'єкту або надійності на стадії проектування. Показано, що цей шлях мало придатний для оперативних цілей - заходи вимагають багато часу і не зовсім надійні через відсутність знання усього переліку процесів, що проходять в конкретному обладнанні.

Обґрунтовано доцільність використання результатів функціональних досліджень для математичного моделювання процесів не тільки через ймовірнісні рівняння, але також з використанням конкретних числових даних, що характеризують обладнання у всіх експлуатаційних і перехідних режимах. Доведена необхідність проведення спеціальних досліджень і випробувань обладнання ядерних енергетичних установок для отримання даних про їх характерні показники в умовах дії усіх експлуатаційних і зовнішніх факторів, в тому числі і тих, які можуть привести до кризової ситуації. Показано, що для інтерпретації експериментальних результатів коректно застосувати математичний апарат радіаційної хімії для розрахунку ефектів, що виникають в полімерах під дією радіації. Обґрунтовано доцільність таких заходів, оскільки основний вклад у функцію надійності і стану кабельних елементів визначається саме полімерною частиною.

Обґрунтовано, що ефективність функціональних випробувань може бути забезпечена лише методиками, в яких передбачена можливість визначення окремо деструкції функцій виробів від бета-випромінювання і деструкції під впливом гама-квантів. Показано, що система контролю характеристик досліджуваного обладнання повинна бути багатопараметричною і розгалуженою. Для отримання достовірних даних про досліджувані процеси, необхідно щоб радіаційне поле мало практично весь спектр випромінювань в діапазоні до 5 МеВ (по -квантах по в-випромінюванню). Встановлено, що відсутність такої практики обумовлена відсутністю експериментальної техніки для цих досліджень.

У висновках до розділу запропонована методика функціональних досліджень. Пропонується реалізовувати дві радіаційні технології кваліфікації вказаного електрообладнання: для випробування кабелів в умовах обмеження переліку та інтенсивності зовнішніх факторів, а також в умовах дії розширеного переліку факторів.

Для кабельної продукції на АЕС пропонується методика кваліфікації, що ґрунтується на дослідженнях динаміки функцій стану цього обладнання в умовах одночасної дії всіх експлуатаційних і зовнішніх факторів, характерних для ядерних об'єктів. Обґрунтовується доцільність створення на базі існуючої радіаційної техніки мережі спеціалізованих багатофункціональних дослідницьких стендів для кваліфікації усієї номенклатури критичного обладнання АЕС.

В третьому розділі досліджуються характеристики існуючої техніки, на базі якої можна здійснювати функціональні випробування і кваліфікацію обладнання. деградація атомний електростанція радіаційний

Здійснено теоретичні дослідження характеристик радіаційних полів, властивих для електрофізичних джерел іонізуючого випромінювання. За основу прийнято резонансний лінійний прискорювач електронів на біжучій хвилі, що використовується в складі експериментальної радіаційної установки ІЯД НАН України. Проаналізовано усі особливості прискорених на таких прискорювачах електронних пучків і взаємозв'язок параметрів пучка з параметрами систем його забезпечення. Доведена коректність застосування імпульсного джерела електронів радіаційної установки ІЯД для відтворення радіаційних факторів АЕС при функціональних випробуваннях.

Проаналізовано функціональні можливості експериментальної установки ІЯД реалізувати завдання кваліфікації. Доведено, що на даний час це єдина в Україні радіаційна установка, що за своїми технічними і технологічними показниками, придатна для функціональних випробувань комплектного обладнання АЕС значних габаритів. Окреслено проблеми, що їх необхідно вирішити, встановлено і аргументовано шляхи адаптації цієї радіаційної техніки для дослідження і проведення кваліфікації електротехнічного обладнання.

У висновках до розділу обґрунтована необхідність модернізації установки для покращення метрологічних характеристик при вимірюванні інтенсивних потоків мегавольтних електронів, а також необхідність в забезпеченні вимірювання характеристик - компонентів радіаційних полів.

В розділі 4 описуються технічні розробки, здійснені в цій роботі. Наведено матеріали досліджень і розробок технічних засобів адаптації радіаційної установки ІЯД до кваліфікації електротехнічного обладнання АЕС. Розглянуто найбільш вагомі проблеми - формування і дозиметрія сильних радіаційних полів при здійсненні процесів кваліфікації та удосконалення протирадіаційного захисту для зменшення рівнів побічних випромінювань при опроміненні обладнання. Встановлено перелік перспективних методів радіаційних вимірювань, що могли б стати предметом подальших досліджень і практичних розробок. Наводяться результати експериментальних досліджень різних методів і систем вимірювання високо інтенсивних радіаційних полів.

Показано, що процеси взаємодії прискорених електронів з повітрям супроводжуються утворенням інтенсивних електричних полів і електромагнітних перешкод (шумів), які ускладнюють інтерпретацію результатів вимірювань. Для контролю за характеристиками потужних пучків електронів потребується пошук методів і технічних засобів, здатних тривалий час працювати в радіаційних полях високої інтенсивності. Методично важливо контролювати переріз і просторове положення пучка, який подається на мішені. При великій щільності струму електронів, бажано, щоб вплив засобів вимірювань на характеристики пучка був мінімальний. Небажано його переривання, оскільки будь-яка перешкода на шляху пучка спотворює його характеристики і вносить в опромінюваний об'єм значний вміст гальмівного випромінювання широкого спектру. Широко поширеним в радіаційній техніці є метод сканування перерізу пучка набором металевих електродів. Зазвичай такі пристрої утворені системою електродів, що розташовані під різними кутами і перекривають увесь переріз пучка. Для установки ІЯД (в доповнення до існуючої системи технологічної дозиметрії), розроблено оригінальний технічний пристрій для вимірювання конфігурації пучків електронів в контрольній точці реакційної камери. Він забезпечує вимірювання локальної інтенсивності струму електронів в перерізі пучка всього лише одним електродом у вигляді тонкого металевого стрижня. Використання одного тонкого електроду (переріз якого займає менше 0,3% від перерізу пучка) не призводить до спотворення характеристик пучка.

На відміну від загально прийнятого методу, в даному пристрої передбачена можливість сканувати переріз пучка в різних напрямках. Для цього електрод з приводом встановлено на рухомій платформі, яка може повертатися на певний кут. Завдяки цьому, прилад надає можливість отримати набір значень інтегральної інтенсивності пучка в перерізі електроду, отриманих при різних напрямах сканування. Для цього створено вимірювальну систему, яка складається з вказаного пристрою (механіки) і електронної апаратури управління приводом і обробки інформації (апаратно-програмного комплексу). За своїми характеристиками механічний вузол відноситься до числа складних прецизійних пристроїв. Механіка пристрою утворена масивною планшайбою, на якій встановлено систему сканування електроду (рис. 2). Планшайба змонтована на масивній основі, де також розміщені і всі інші елементи (електроприводи, датчики положень, датчики автоматики керування). Конструктивні розміри приладу вибрані виходячи з умови повного поглинання енергії пучка електронів, тому що його масивна основа одночасно захищає усі елементи пристрою від прямої дії пучка. Похибка позиціювання електроду не перевищує 0,2 мм, мінімальна відстань між точками позиціювання складає 1 мм для електроду завтовшки 0,8-1 мм. Поворот площини сканування калібрується спеціальними імпульсними електродвигунами з точністю не гірше 0,3 градуси в інтервалі від 1 градуса і більше. Загальний поворот площини сканування складає 90 градусів. Тактова частота приладу становить 1 Гц. Похибка від спотворень пучка становить менше 0,5%.



Размещено на http://www.allbest.ru/

За своєю структурою новий пристрій відповідає сучасним вимогам до метрологічних засобів (приладів) неруйнівного контролю за радіаційними параметрами електронних пучків. На установці ІЯД він є основою реалізації неруйнівного методу контролю положення, форми і перерізу виведеного пучка електронів для функціональних досліджень та прикладних робіт за радіаційними технологіями. В залежності від схеми експерименту цей прилад можна встановлювати або безпосередньо на вихідному вікні прискорювача, або на вході внутрішньої експериментальної (реакційної) камери.

Розглянуто проблеми використання традиційних датчиків для вимірювань в сильних полях гальмівних випромінювань з широким енергетичним спектром. Експериментально досліджено різні шляхи спектрометрії пучків на потужній радіаційній техніці та можливість залучення до цього типової (поширеної) техніки для радіаційних вимірювань. Наводяться результати експериментальних досліджень можливості і ефективності використання методів традиційної хімічної дозиметрії з використанням промислових засобів денситометрії. Приводяться реальні конструкції модернізованих датчиків. Отримано позитивні результати щодо застосування дозиметрів з оптичного складу з домішками атомів срібла.

Показано, що в приміщеннях промислового прискорювача електронів потужності дози знаходяться далеко за межами можливостей більшості поширених промислових дозиметрів. Встановлено перелік недоліків, які обмежують можливості їх використання для цілей дисертації.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Як варіант вирішення проблеми розроблено і випробувано оригінальний спосіб застосування з цією метою пропорційного лічильника типу СИ 5007 (рис.3). Запропоновано технічні рішення його використання в системах вимірювання потужних радіаційних полів. Розроблено і випробувано на діючих макетах технічні засоби для радіаційних полів з інтенсивністю > 100 Р/с.

Показано, що для контролю за розподілом радіаційних полів в технологічних приміщеннях при адаптації установки під функціональні випробування, а також для досліджень шляхів удосконалення конструкцій засобів протирадіаційного захисту необхідно створювати спеціальні засоби. Для установки ІЯД розроблено прилад, що складається з детектора пікохвильового діапазону електромагнітного випромінювання, захисту, електроніки прийому інформації та засобів переміщення (рис.4) з дистанційним управлінням. Захисний корпус детектора забезпечує можливість вимірювання інтенсивності випромінювання тільки з певного сектору в просторі, обмеженого коліматорами (щілина).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Параметр	Значення	Примітки
Габарити (мм)	D-200 h-350
Коліматор (мм)	D -10 l -50
Товщина стінок корпусу (мм)	70	Свинець
Маса (кг)	10
Горизонтальний кут сканування	2700
Вертикальний кут сканування	360
Детектор	СБТ-21	г - 20 -5000 кeВ; в - 100-10000 кeВ
Електроніка	Стандартний прилад

Цей прилад має можливість переміщуватися в контрольованому просторі в горизонтальній площині на відстані до 5 метрів, може обертатися в двох площинах (на 270⁰ по горизонталі та 25⁰ по вертикалі). Створений прилад дав можливість визначати просторові характеристики радіаційного поля всіх побічних випромінювань від генеруючого обладнання в приміщеннях експериментальних установок ІЯД з лінійним прискорювачем електронів 4 МеВ, необхідні для удосконалення конструкції радіаційної установки ІЯД.

За його допомогою експериментально встановлено, що спектр випромінювання в приміщенні прискорювача складається в основному із зворотно-розсіяного випромінювання низьких енергій, що визначається комптонівськими і анігіляційними процесами взаємодії прискорених електронів з матеріалами гальмівних мішеней. Для перевірки був виміряний розподіл випромінювання після встановлення зі сторони генеруючих вузлів прискорювача спеціального захисного екрану. На підставі проведених вимірювань було розроблено ефективний спосіб компенсації небажаних випромінювань. З його використанням удосконалено конструкцію засобів протирадіаційного захисту технологічного приміщення з меншими витратами, ніж традиційним шляхом. Розроблена методика дозволила оптимізувати розташування обладнання, удосконалити протирадіаційний захист при випробуваннях обладнання АЕС, а також проектувати ефективні засоби захисту персоналу та довкілля, розширити коло досліджень процесів опромінювання матеріалів в радіаційних технологіях.

В розділі 5 наведено практичні результати дисертаційної роботи. Описуються результати випробування запропонованих методик кваліфікації кабельних виробів. Показано, що нові методи випробувань обладнання АЕС надають можливість реалізувати відповідні заходи, передбачені національними програмами розвитку ядерної енергетики. Доведена ефективність використання створеного на базі установки ІЯД спеціалізованого стенду. На ньому реалізована можливість одночасного відтворення радіаційних та всіх інших зовнішніх експлуатаційних умов АЕС (вібрація, магнітні та електричні поля, температура тощо). На стенді забезпечується контроль технічних характеристик обладнання в регламентованих робочих режимах під впливом усіх умов впровадження та експлуатації обладнання.

Технічні параметри	Значення
Габарити реакційної камери (см)	320х310х350
Розміри камери для радіаційно-вогневих випробувань кабелів (см)	150х100х50
Максимальна щільність потоку електронів широкого перерізу (нА/см2 )	20
Мінімальна щільність потоку електронів широкого перерізу (нА/см2 )	0,1
Максимальна питома потужність дози випромінювання (кГр·с/см2)	5
Максимальний переріз пучка (см2)	10000
Мінімальний переріз пучка (см2)	10
Нерівномірність розподілу інтенсивності в перерізі пучка, %	20
Нерівномірність розподілу інтенсивності пучка вздовж осі робочого об'єму реакційної камери, %	20
Діапазон зміни енергії електронів в робочому діапазоні радіаційних навантажень (МеВ)	3-6
Середня кінетична енергія електронів (МеВ)	4
Максимальний імпульсний струм пучка (А)	до 1
Максимальний середній струм пучка (мкА)	750
Мінімальний середній струм пучка (нА)	0,5

В складі установки створено оригінальні конструкції додаткового устаткування для вогневих випробувань електрообладнання в іонізованій атмосфері під дією радіації (рис.5).



Рис.5. Експериментальна камера для вогневих випробувань кабелів

В другій частині розділу показані нові можливості радіаційної установки після її адаптації до функціональних випробувань. З використанням засобів контролю пучка і механічних пристроїв в реакційній камері (під пучкового устаткування) на установці ІЯД здійснено методику неруйнівного контролю на електронних пучках 4 МеВ. Наводяться експериментальні результати неруйнівного контролю за якістю вузлів електромеханічного обладнання (лопатки турбін).

Удосконалена радіаційна установка надала можливість застосування радіаційних технологій для створення нових конструкційних матеріалів і бетонних виробів для спорудження АЕС. За допомогою створених засобів технологічної дозиметрії на установці здійснена оригінальна методика дозиметрії процесів радіаційної обробки щільних матеріалів та рідких компонентів бетонних складових. Така дозиметрія дозволила вирішити проблему рівномірної обробки матеріалу і здійснити комплексні дослідження процесів радіаційної полімеризації безпосередньо в товщі цементного каменю.

Ці роботи, здійснені на установці ІЯД, показали, що запропонована радіаційна технологія нових конструкційних матеріалів надає можливість виготовляти для ремонту і спорудження АЕС бетони та вироби з них, які в кілька разів перевищують типові за міцністю при практично повній відсутності водопоглинення. Результати досліджень основних характеристик нового бетону виявились оптимістичними. Вони показали, що при оптимізації технологічного процесу, за допомогою удосконаленої промислової радіаційної техніки, можна одночасно реалізувати оригінальні методи створення конструкційних матеріалів нового покоління. Наприклад, створювати стійкі до корозії бетонні конструкції для АЕС, більш міцні та практичні у використанні. Наведено експериментальні дані вимірювання характеристик досліджених партій стандартизованих зразків, які свідчать про переваги нового бетону і виробів з нього з поміж усіх існуючих типів аналогічних матеріалів. За висновками експертів такі матеріали знайдуть застосування при створенні споруд підвищеної стійкості для ядерних енергоблоків.

Практичні випробування довели, що адаптація радіаційної установки для завдань кваліфікації і функціональних випробувань одночасно забезпечує розширення її можливостей і для реалізації нових прогресивних технологій для ядерної енергетики.

Висновки

Розвинено науково-технічні засади здійснення функціональних випробувань та досліджень стійкості і деградації функцій кабельних виробів АЕС в радіаційних полях, в їх числі:

1. Вперше створено і введено до користування радіаційний стенд для багатопараметрових функціональних досліджень і кваліфікації електротехнічного обладнання. Продемонстровано ефективність проведення функціональних досліджень для підвищення надійності експлуатації систем та обладнання ядерних енергоустановок.

2. Розроблено і випробувано методи досліджень та випробувань стійкості і деградації функцій критичного обладнання, важливого для безпеки АЕС, в радіаційних полях.

Вперше розроблено і обґрунтовано комплексну методику здійснення функціональних випробувань обладнання в умовах сукупної дії усіх експлуатаційних і зовнішніх факторів.

3. Запропоновано методику вивчення процесів старіння обладнання при його експлуатації на об'єктах ядерної енергетики. Показано, що найбільш чутливим до радіації є обладнання, в складі якого - органічні сполуки, і яке вимагає першочергової кваліфікації. Досліджено механізми впливу радіації та окреслено перелік найбільш значимих процесів в органіці, які призводять до деградації функцій цих виробів.

4. Обґрунтовано шляхи отримання нових даних для створення перспективних методів оцінки залишкового ресурсу обладнання на АЕС.

Вперше запропоновано і обґрунтовано доцільність контролю динаміки функцій обладнання під дією одночасно всіх експлуатаційних та небажаних екстремальних факторів (з радіацією включно) безпосередньо в робочих режимах цього обладнання.

5. Розроблено заходи та відповідні технічні засоби адаптації типової радіаційної техніки для здійснення функціональних випробувань і кваліфікації обладнання, а саме:

- розроблено оригінальну конструкцію радіометричного приладу для вимірювання потужних імпульсних радіаційних полів з широким спектром гама-випромінювання на основі пропорційного лічильника СИ 5007;

- створено скануючий прилад вимірювання форми пучка в перерізі безпосередньо на виході з системи випуску прискорювача електронів;

- створено діючий зразок спеціалізованого радіометричного пристрою для сканування простору технологічних приміщень прискорювача;

- розроблено і реалізовано оригінальний шлях удосконалення протирадіаційного захисту системою локальних (місцевих) розсіюючих та поглинаючих екранів (витрати на ефективний протирадіаційний захист більш ніж на 40% нижчі за типові заходи);

- створено комплекс спеціальних засобів для вимірювання технічних показників піддослідного електротехнічного обладнання.

6. Розроблено комплексні методики дослідження кабелів. Показана висока ефективність використання стенду при створенні нових кабельних виробів для АЕС. Підтверджено, що технічні характеристики радіаційного стенду відповідають вимогам кваліфікаційних випробувань.

Досліджено можливості розширення напрямків використання створеної радіаційної техніки. Випробувано окремі перспективні напрямки використання радіаційної техніки після її модернізації (виробництво нових конструкційних матеріалів для АЕС та інших відповідальних інженерних споруд енергетики). З залученням установки ІЯД створено оригінальні технології радіаційно-модифікованого бетону, який не має аналогів щодо міцності, вологостійкості, морозостійкості.

Встановлена перспектива радіаційного неруйнівного контролю для дефектоскопії у промисловості. Експериментально доведена можливість отримання високої роздільної здатності в дефектоскопії промислових виробів мегавольтними електронами.

Список публікацій за темою дисертації

1. Проблеми радіаційних випробовувань кабелів АЕС на установці ІЯД / І.M. Вишневський, В.І. Сахно, О.В. Сахно, А.Г. Зелінський, С.П. Томчай, Т.В. Хрін // Вопросы атомной науки и техники: № 6. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. - 2007. - №.91. - С. 128-130.

2. Разработка технологических процессов радиационной модификации фиброматериалов с применением ускорителей заряженных частиц / Сахно В.И., Сахно А.В., Зелинский А.Г., Томчай С.П., Хрин Т.В. // Ядерні та радіаційні технології. - 2007 - Т.7.- № 1-2. - С.14-18.

3. Спеціалізований стенд для функціональних випробувань кабельних виробів АЕС / І.M. Вишневський, В.І. Сахно, О.В. Сахно, А.Г. Зелінський, С.П. Томчай, Т.В. Хрін, Н. В. Халова // Ядерна фізика та енергетика. - 2007. - № 1(19) - С.140-145.

4. Дослідження розсіяного випромінювання лінійного прискорювача електронів/ І.M. Вишневський, Т.В. Хрін, В.І. Сахно, О.В. Сахно, А.Г. Зелінський, С.П. Томчай, Н. В. Халова // Ядерна фізика та енергетика. - 2007. - №2(20). - С.126-130.

5. Исследования путей использования радиационных технологий для утилизации промышленных отходов и изношенных резиновых изделий / В.И.Сахно, С.П.Томчай, Т.В. Хрин. // Инженер. Технолог. Рабочий. - 2007. - №5(77). - С. 2-3.

6. Радіаційні випробування обладнання АЕС / І.М.Вишневський, В.І.Сахно, О.В.Сахно, С.П.Томчай, Т.В.Хрін, А.Г.Зелінський // International conference "Current Problem in Nuclei Physics and Atomic Energy". Proceedings. In two parts. Kyiv. - May 29-June 3, 2006 - P.838 - 839.

7. The problems of radiation methods usage of testing the NPP's equipment / I.M. Vyshnevskyy, V.I. Sakhno, S.P. Tomchay, A.G. Zelinskyy, O.V. Sakhno, T.V. Khrin // The 2-nd International conference "Current Problems in Nuclear Physics and Atomic Energy". Proceedings. In two parts. Kyiv, Ukraine. - June 9-15, 2008.

8. The problems of KINR radiation technological technical base development / A.G. Zelinskyy, T.V. Кovalinska, V.I. Sakhno, N.V. Khalova // The 3-d International conference "Current Problems in Nuclear Physics and Atomic Energy". Proceedings. In two parts. Kyiv, Ukraine. - June 7-12, 2010. - P.572-576.

9. Radiation technologies of corrosion resistant concretе for NPPs / T.V. Кovalinska, A.G. Zelinskyy, V.I. Sakhno, N.V. Khalova, О.M. Fainleib, Yu.R. Kolesnick // The 3-d International conference "Current Problems in Nuclear Physics and Atomic Energy". Proceedings. In two parts. Kyiv, Ukraine. - June 7-12, 2010. - P.568-571.

10. Исследования и разработки радиационных методов производства улучшенных дорожных покрытий с помощью ускорителя электронов / И.Н. Вишневский, А.Г. Зелинский, А.В. Сахно, В.И. Сахно, С.П. Томчай, Т.В. Хрин, Н.В. Халова // Труды ХVІІІ Международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению, 8-13 сентября 2008. - Алушта, Крым. - 2008. - C. 410.

11. Застосування радіаційних методів неруйнівного контролю в сучасному промисловому виробництві / Т.В. Хрін // Друга науково-технічна конференція «Приладобудування 2003: стан і перспективи». Тези доповідей. Київ. - 22-23 квітня 2003р. - C.169.

12. Стан і перспективи розвитку систем вимірювання в радіаційних методах неруйнівного контролю/ Т.В. Хрін // Четверта науково-технічна конференція «Приладобудування 2003: стан і перспективи», 26-27 квітня 2005р.: Тези доповідей. - Київ, 2005. - C.245-246.

13. Исследование перспективных направлений использования взаимодействия ионизирующих излучений с веществом / Т.В. Хрин // Конференция «Фундаментальные та прикладные проблемы современной физики», 25-28 февраля 2006г.: Тезисы докладов. - Москва, ФИАН. - 2005.- C. 238-239.

Анотація

Ковалінська Т.В. Дослідження та модернізація радіаційної установки ІЯД для функціональних випробувань обладнання та нових матеріалів АЕС. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.14 - теплові та ядерні енергоустановки. - Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, 2011.

Досліджені механізми впливу іонізуючого випромінювання на функції обладнання АЕС. Визначені основні закономірності виникнення радіаційно-стимульованих дефектів. Розроблена методика здійснення функціональних випробувань за допомогою електрофізичної радіаційної техніки. Розроблена система засобів адаптації промислових прискорювачів для виконання таких випробувань, яка охоплює радіаційні вимірювання, радіаційний захист і спеціальне технологічне обладнання.

Описано комплекс технічних засобів, які призначені для адаптації радіаційної установки ІЯД. Наводиться конструкція сканера пучка, електромеханічного пристрою для переміщення зразків в реакційній камері, дозиметрів. Обговорюється оригінальний метод протирадіаційного захисту, створений за допомогою використання цих засобів.

Приведено результати випробувань адаптованої установки в різних кваліфікаційних та функціональних випробуваннях обладнання та матеріалів АЕС, а також в технологіях нових конструкційних матеріалів.

Ключові слова: функціональні радіаційні випробування, деструкція органічних матеріалів, деградація функцій виробів, кваліфікація, радіаційна установка, радіаційні вимірювання, інтенсивні радіаційні поля, радіаційний захист.

Аннотация

Ковалинская Т.В. Исследование и модернизация радиационной установки ИЯИ для функциональных испытаний оборудования и новых материалов АЭС. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.14 - тепловые и ядерные энергоустановки. - Институт ядерных исследований НАН Украины, Киев, 2011.

Исследованы механизмы влияния радиации на функции оборудования АЭС. Определен перечень наиболее значимых процессов в органике, которые приводят к деградации функций материалов и оборудования. Проанализированы основные закономерности возникновения радиационно-стимулированных дефектов и характерные признаки их появления. Установлен перечень оборудования АЭС, наиболее стойкого к действию радиации. Обоснована целесообразность функциональных испытаний (квалификации) оборудования в условиях действия всех факторов.

Установлены основные тенденции прогресса технологий квалификационных испытаний. Предложены оригинальные методы осуществления ускоренных функциональных испытаний. Обоснована целесообразность контроля динамики функций оборудования в их рабочих режимах и под действием одновременно всех эксплуатационных факторов (с радиацией включительно).

Исследована и доказана возможность использования современных промышленных импульсных электрофизических радиационных установок для осуществления функциональных испытаний.

Установлен перечень параметров излучения, которые необходимо измерять при функциональных исследованиях. Исследованы проблемы измерений сильных радиационных полей при исследованиях радиационно-стимулированных изменений материалов и изделий. Предложены пути конструирования специальных технических средств таких измерений на установке ИЯИ.

Разработана система средств адаптации радиационной установки ИЯИ под задачи квалификационных и функциональных испытаний материалов и изделий, охватывающей радиационные измерения, радиационную защиту, специальное технологическое оборудование.

Исследован и предложен оригинальный метод определения местоположения источников вторичной радиации и направлений распространения от них нежелательных побочных излучений в технологическом помещении установки. Создан действующий образец специализированного радиометрического устройства для сканирования пространства технологических помещений ускорителя. С его использованием осуществлены комплексные исследования и определены источники возникновения и распространения побочных излучений от генерирующего оборудования ускорителя. Создана новая система радиационной защиты персонала, основанная на использовании сети рассеивающих и поглощающих экранов.

Осуществлено эксперименты по квалификации кабельной продукции. Эффективность предложенных методов опробована и доказана при разработке украинскими специалистами новых конструкций сигнальных кабелей для АЭС, способных работать в условиях сильных радиационных полей и высоких (до 1000 ^оС) температур.

Описана конструкция созданного для установки ИЯИ сканирующего прибора, который не имеет аналогов и позволяет измерять форму пучка в его сечении на выходе системы выпуска ускорителя электронов. Обсуждаются конструкции технических средств усовершенствования реакционной камеры установки, в их числе электромеханическая система перемещения образцов испытуемых материалов, комплектных устройств или датчиков радиации в облучаемом пространстве реакционной камеры с точностью не хуже + / - 1 мм.

Приводятся результаты испытаний адаптированной установки в экспериментах квалификационных и функциональных испытаний материалов и оборудования АЭС.

Ключевые слова: функциональные радиационные испытания, деструкция органических материалов, деградация функций изделий, квалификация, радиационная установка, радиационные измерения, интенсивность радиационного поля, радиационная защита.

Summary

Kovalinska T.V. Research and modernization of KINR radiation installation for functional testing of NPP's equipment and new materials. - Manuscript.

Thesis for obtaining the scientific degree of Candidate in Technical Sciences according to the speciality 05.14.14 - Heat and Nuclear Facilities. - Institute for Nuclear Research of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2011.

Mechanisms of influence of ionizing radiation on the functions of NPP equipment are researched. Basic patterns of radiation-induced defects are defined. The methodology of functional tests with the usage of electrophysical radiation technique is developed. The system of adaptation of industrial accelerators for the fulfillment of such tests is worked out, which includes radiation measurements, radiation protection and special technological equipment.

The set of technical means, which are designed for the adaptation of KINR radiation installation, is described. The construction of the beam scanner, the electromechanical device for the movement of samples in the reaction chamber, and dosimeters are presented. The original method of radiation protection, created with the usage of these means, is discussed.

The results of testings of the adapted installation in various qualification and functional tests of the equipment and materials of NPPs, as well as in technologies of new constructional materials, are presented.

Key words: functional radiation testings, destruction of organic materials, degradation of products' functions, qualification, radiation installation, radiation measurements, technological dosimetry, intensive radiation fields, radiation protection.

Размещено на Allbest.ru

...