22 сентября 2011

Счетчик облученных ТВС для обеспечения гарантий МАГАТЭ на АЭС

Atomic-Energy.ru
Рис.1. Условная схема размещения счетчика облученных ТВС

В настоящее время очевидна тенденция развивающихся неядерных стран к строительству АЭС. В этой связи со стороны МАГАТЭ должна стать более актуальной задача контроля нераспространения ядерного материала, к каким относятся облученные тепловыделяющие сборки (ТВС), хранящиеся в бассейнах выдержки на АЭС с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР).

В связи с общим энергетическим кризисом в мире неядерные страны в настоящее время проявляют значительный интерес к строительству в своих странах атомных электростанций. Основной интерес для «потенциальных террористов» представляет облученное ядерное топливо из-за наличия в нем делящихся изотопов плутония.

В настоящее время контроль за нераспространением ядерного материала на АЭС, стоящих под гарантиями МАГАТЭ, осуществляется путем непрерывного мониторинга (видеонаблюдения) реакторного зала АЭС с бассейном выдержки облученных (отработавших) ТВС. Специальная видеоаппаратура является собственностью МАГАТЭ и доступ к ней имеет только инспектор МАГАТЭ. При плановой инспекции производится сличение отчетной документации (сколько облученных ТВС администрация АЭС официально заявила об отправке на захоронение) и  сколько фактически облученных ТВС было перемещено с помощью перегрузочной машины  из бассейна-выдержки в транспортный контейнер (на основании просмотра видеоматериалов).  

Главным недостатком указанного подхода контроля состоит в том, что видеоаппаратура фиксирует факт передвижения перегрузочной машины, а не факт реальной загрузки ТВС в транспортный контейнер, что позволяет преднамеренно фальсифицировать заявленное количество отгруженных ТВС, например, путем штатного перемещения перегрузочной машины из отсека выдержки в транспортный отсек, но без захвата облученной ТВС.

Существенно повысить достоверность отгрузки облученных ТВС возможно только с применением специально разработанной аппаратуры – например, счетчиком облученных ТВС. Указанная аппаратура должна устанавливаться по предписанию МАГАТЭ и являться «черным ящиком» для обслуживающего персонала АЭС.

Известен способ идентификации и регистрации количества отработавших ТВС (счетчик облученных ТВС) для реакторов типа «Candu» (Канада) с непрерывной загрузкой (выгрузкой) ТВС, основанный на регистрации гамма-излучения ТВС при транспортных операциях. Недостатком способа является низкая надежность распознавания (идентификации) и регистрации количества ТВС, так как распознавание и счет производятся только по одному виду излучения – гамма-излучению ТВС. Из-за большого гамма-фона в бассейне выдержки идентификации  ТВС по их гамма-излучению свойственна низкая помехоустойчивость и, вследствие этого, повышенная вероятность возможности незафиксированной ложной имитации перемещения ТВС, например, с помощью имитатора, выполненного в виде кассеты с набором источников гамма-излучения.

Специалисты института разработали новый более надежный способ идентификации и счета ТВС [1]. Принцип счетчика облученных ТВС основан на регистрации параметров ионизирующего излучения от ТВС блоками детектирования, установленными в «сухой» трубе, опущенной в бассейн выдержки непосредственно в коридоре между бассейном выдержки (хранения) и транспортным отсеком (см. рис.1).

Рис.1. Условная схема размещения счетчика облученных ТВС

1 - ТВС;  2 - отсек хранения; 3 - реакторный зал; 4 - транспортный контейнер для отработавших ТВС; 5 - условная трасса перемещения ТВС; 6 - блок детектирования нейтронного излучения; 7 - блок детектирования гамма-излучения; 8 – формирователь; 9 – блок обработки информации.

Известно, что облученные ТВС имеют относительно невысокую нейтронную активность на уровне интенсивного гамма-фона. При перемещении ТВС из отсека хранения в перегрузочный отсек блоки детектирования, установленные в «сухой» трубе на глубине близкой к  центру облученных ТВС и в непосредственной близости от них (размещены в  узком коридоре между двумя отсеками), регистрируют наличие гамма-излучения и нейтронного излучения, непосредственно исходящих от облученных ТВС.

Предложенный способ более надежен, так как распознавание и регистрация (счет) ТВС производится по двум видам излучения (нейтронное и гамма) свойственным истинным топливным сборкам. При этом учитывается также последовательность формирования сигналов в блоках детектирования, а именно: g+(n+g)+g, так как блоки детектирования гамма-излучения имеют гораздо большую пространственную эффективность регистрации, по сравнению с блоком детектирования нейтронного излучения.

 На АЭС «Богунице» (Словакия) были проведены под эгидой МАГАТЭ испытания макетного образца предложенного счетчика ТВС, подтвердившие простоту и высокую эффективность его применения. На рис.2 приведена экспериментальная кривая регистрации нейтронного излучения блоком детектирования на основе счетчика нейтронов типа СНМ-11, установленного в свинцовом экране толщиной 30 мм.

Рис. 2. Зависимость средней скорости счета блока детектирования нейтронного излучения от расстояния до ТВС.

В настоящее время, в связи с разработкой малогабаритных полупроводниковых блоков детектирования на основе теллурида-кадмия, способных работать в спектрометрическом режиме, возможна разработка счетчика облученных ТВС с дополнительной функцией идентификатора глубины выгорания ТВС по соотношению изотопов цезий-134 к цезию-137 [2], что значительно повысит надежность идентификации и счета облученных ТВС.

С точки зрения авторов, разработка и внедрение на АЭС, стоящих под гарантиями МАГАТЭ, вышеописанных счетчиков, существенно уменьшит вероятность незаконного использования ядерных материалов для создания ядерного оружия в развивающихся странах.

Авторы

Ю.В. Тузов, к.т.н, В.Г. Федорков, к.т.н. (ОАО “ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ”)

Источники

[1]  В.Г.Федорков и др. «Радиационный способ идентификации и регистрации количества отработанных тепловыделяющих сборок, АЭС №1079085.

[2] Миллер О.А. и др. «Определение выгорания топлива в кассетах ВВЭР-440 при помощи прибора «Арагонит». Атомная энергия, вып.5, с.356-357, 1979.