|
|
Учебное пособие по курсу Ядерная безопасность для студентов, обучающихся по направлению Ядерная энергетика и теплофизика
На выходе из активной зоны ядерного реактора плотность потока нейтронов составляет 1013 – 1014 н/см2/с. Кроме того, плотность потока -квантов 1013 МэВ/см2/с.
Этому соответствует мощность дозы 10 – 100 Зв/с.
Поэтому реактор окружают защитой, которая решает следующие задачи.
1). Обеспечение допустимого уровня мощности дозы в посещаемых помещениях.
2). Обеспечение допустимого уровня радиационного повреждения конструкционных и защитных материалов.
3). Обеспечение допустимого уровня радиационного энерговыделения и термических напряжений.
4). Обеспечение допустимого уровня активации конструкций и оборудования.
Компоновка защиты реактора.
1). Сплошная защита, целиком окружающая реактор со всеми его компонентами.
2). Раздельная защита, когда реактор защищен частично, а оборудование контура теплоносителя располагается отдельно в специальном помещении, что позволяет проводить его обслуживание во время остановки реактора.
При раздельной компоновке защиту подразделяют на первичную и вторичную.
Первичная – собственно защита реактора, снижающая интенсивность излучения из реактора до значения, сравнимого с интенсивностью излучения активированного теплоносителя.
Вторичная – окружающая систему охлаждения реактора для уменьшения интенсивности излучения в посещаемых помещениях до допустимого уровня.
Часто внутри пространства вторичной защиты устанавливают теневую защиту от наиболее излучающих участков.
Примеры компоновок первичной защиты показаны на рисунках 10.5 и 10.6 для реактора РБМК.
Рисунок10.5 -
Рисунок 10.6 -
10.5 Защита системы теплоносителя
В настоящее время имеется два основных теплоносителя:
- вода;
- жидкометаллический натрий.
Активность системы теплоносителя обусловлена тремя составляющими.
1). Собственная активность – объясняется активацией нейтронами ядер теплоносителя и входящих в него естественных примесей (в воде это ядра кислорода и примеси – хлор, фтор и др.).
2). Активность продуктов коррозии металлов контура циркуляции.
3). Активность продуктов деления и актиноидов, которые могут проникнуть в теплоноситель через негерметичную оболочку твэла.
Схемы циркуляции теплоносителя для ВВЭР и РБМК показаны на рисунках 10.7 и 10.8 ниже.
Рисунок 10.7 - Схема теплоносителя АЭС с ВВЭР-1000
1 – реактор; 2 – парогенератор; 3 – турбогенератор; 4 – эжектор; 5 – конденсатор; 6 – спецводоочистка 2-го контура; 7 – деаэратор; 8 – питательный насос; 9 – байпасная очистка; 10 – главный циркуляционный насос.
Рисунок 10.8 - Схема теплоносителя АЭС с РБМК-1000.
1 – реактор; 2 – графитовая кладка; 3 – биологическая защита; 4 – технологические каналы; 5 – барабан-сепаратор; 6 – турбогенератор; 7 – эжектор; 8 – конденсатор; 9 – конденсатоочистка; 10 – деаэратор; 11 – подпиточный насос; 12 – байпасная очистка на ионообменных фильтрах; 13 – главный циркуляционный насос; 14 – ветиляционная труба; 15 – аэрозольный фильтр; 16 – газгольдер для выдержки газа; 17 – адсорбер СО2, СО, Н2, Н3; 18 – компрессор; 19 – аэрозольный и йодный фильтры.
Собственная (наведенная) активность теплоносителя.
В воде основной является кислородная активность.
16О + n 16N + p
Это пороговая реакция, идет при Еп > 10 МэВ. Образующийся 16N распадается (Т1/2 = 7с), излучая фотоны с энергией 6-7 МэВ. Удельная активность 16N достигает 5.2109 Бк/л.
Другая реакция, также пороговая, на изотопе 17О (0.038% в природном кислороде).
17О + n 17N + p Еп = 9 МэВ.
Образуется 17N, который распадается (Т1/2 = 4.2с) с испусканием нейтрона. Объемная мощность источников нейтронов в воде достигает 106 н/м3/с.
В реакторах на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем основным компонентом собственной активности является 24Na (Т1/2 = 15час), а при остановке реактора - 22Na (Т1/2 = 2.6года).
Удельная активность 24Na достигает 21012 Бк/кг.
Удельная активность 22Na достигает 3.7106 Бк/кг.
Оба эти изотопа натрия являются -излучателями. (Стабильный изотоп натрия – 23Na).
Активность продуктов коррозии.
Процесс коррозии происходит как в активной зоне, так и за ее пределами. Откладываясь на поверхностях в активной зоне, продукты коррозии активируются.
Даже коррозионно-стойкие стали при температуре воды 3000С коррозируют со скоростью 0.001 мм/год. Со всей поверхности трубопроводов ежесуточно может поступать до 100 г продуктов коррозии.
Борное регулирование, используемое в ВВЭР, усиливает процесс коррозии.
Из всех радионуклидов в продуктах коррозии наибольшего внимания заслуживает 60Co, определяющий радиационную обстановку при ремонтных работах.
Часто применяемая марка стали ОХ18Н10Т имеет следующий состав:
Fe – 69%
Cr – 17-19%
Ni – 9-11%
Mn 2%
Ti – 0.6-0.8%
Cu 0.3%
W – 0.2% (вольфрам)
V – 0.2%
Co входит в сталь как примесь к никелю.
Активность продуктов деления и актиноидов.
Внутри твэлов накапливаются продукты деления. Из-за высокой температуры и радиационной нагрузки оболочки твэлов со временем теряют свою герметичность.
При работе реактора считается допустимым наличие в активной зоне 1% твэлов с газовой негерметичностью и 0.1% твэлов с микротрещинами, при которых возможен прямой контакт топлива с теплоносителем. Через микротрещины в теплоноситель поступают газообразные радионуклиды ИРГ – криптон, ксенон, а также изотопы йода и брома и летучие нуклиды – теллур, рубидий, цезий, которые ранее вышли в пространство под оболочкой твэлов из диоксида урана.
Основные механизмы выхода продуктов деления под оболочку:
1). Отдача при делении вблизи поверхности топлива;
2). Диффузия из внутренних областей.
Коэффициент диффузии радионуклидов в топливе чрезвычайно быстро растет при увеличении температуры топлива при авариях. Его зависимость от температуры описывается соотношением типа:
D = D0 e-A/T,
известным как закон Аррениуса (шведский физико-химик, Нобелевский лауреат). Константы D0 и A, как правило, получают экспериментально, Т – абсолютная температура.
|
|
|
Скачать 5.76 Mb.