Руководство по безопасности РБ-018-01 "Методика нейтронного контроля на внешней поверхности корпусов водо-водяных энергетических реакторов АЭС" (утв. постановлением Госатомнадзора РФ от 17 декабря 2001 г. N 14)

Приложение 1. Порядок установки и снятия облучательного устройства, способы и схемы размещения детекторов за корпусами ВВЭР
Приложение 2. Характеристики детекторов флюенса нейтронов
Приложение 3. Типовая методика определения отклика детекторов и оценки характеристик нейтронного поля

     АЭС - атомная электрическая станция

    ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор

     МВИ - методика выполнения измерений

     ППН - плотность потока нейтронов, нейтр./(см2xс)

     ППП - пик полного поглощения

     ТВС - тепловыделяющая сборка

       Ф - скорость   накопления   флюенса   нейтронов,

           нейтр./(см2xс)

A(i)_EOI - активность  в  i-м   нейтронно-активационном

           детекторе, приведенная на конец облучения  и

           на одно ядро, Бк/ядро

       Е - энергия нейтронов, МэВ

       F - интегральный по  энергии  флюенс  нейтронов,

           нейтр./см2

       Р - уровень доверительной вероятности

Термины и определения*

Детектор-монитор - нейтронно-активационный детектор, облучаемый совместно с другими детекторами или наборами детекторов, результаты измерений которого используются для приведения результатов измерений разных детекторов к одинаковым условиям облучения по пространственной переменной (например, для учета пространственной градиента поля быстрых нейтронов).

Детекторы флюенса нейтронов - нейтроно-активационные детекторы, которые облучаются длительное время (например, в течение кампании работы реактора) и период полураспада продукта реакции которых сравним с временем облучения.

История мощности реактора - фиксируемое во времени изменение полной тепловой мощности реактора относительно номинального значения.

Нейтронный контроль - определение отклика детекторов флюенса нейтронов на основе измерений их активности и последующая расчетно-экспериментальная оценка интегральных по времени характеристик поля нейтронов (флюенса, скорости накопления флюенса).

Отклик детектора - функционально зависимая от характеристик поля нейтронов характеристика облученного детектора (например, число реакций за время облучения или средняя за время облучения скорость реакции под действием нейтронов).

Скорость накопления флюенса быстрых нейтронов Ф - средняя за время накопления флюенса быстрых нейтронов (например, время кампании или облучения) ППН, приведенная к номинальному уровню тепловой мощности реактора.

1. Общие положения

1.1. Настоящее руководство по безопасности "Методика нейтронного контроля на внешней поверхности корпусов водо-водяных энергетических реакторов АЭС" (далее - РБ) разработано с целью реализации требований Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86), Правил устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-008-89).

1.2. РБ содержит методику нейтронного контроля, предназначенную для экспериментальной проверки расчетных методов, используемых для определения прогнозных данных о флюенсе быстрых нейтронов в критических точках корпусов реакторов типа ВВЭР.

1.3. РБ определяет порядок и методические условия проведения измерений активности и отклика детекторов флюенса нейтронов, а также методические условия для расчетно-экспериментальной оценки флюенса, скорости накопления флюенса и спектральных характеристик поля нейтронов с использованием нейтронно-активационных детекторов, устанавливаемых на внешней поверхности корпусов ВВЭР действующих АЭС. Контролируемый энергетический диапазон нейтронов определяется его значимостью с точки зрения радиационного повреждения стали корпуса реактора и сравнения с расчетными результатами.

1.4. РБ применимо к действующим реакторам АЭС типа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

1.5. РБ может быть использовано для обоснования радиационной нагрузки корпуса реактора ВВЭР в целях проверки обоснованности заявленного срока службы.

2. Основные принципы организации облучения детекторов флюенса нейтронов на внешней поверхности корпусов ВВЭР

2.1. Принципы размещения детекторов у корпуса реактора и их облучения

Для размещения детекторов на внешней поверхности корпуса используется специальное облучательное устройство. Его устанавливают в свободном от штатного измерительного оборудования пространстве воздушного зазора. Размеры зазора позволяют разместить устройство с детекторами так, чтобы исключалось их влияние на работу оборудования и систем реактора во время эксплуатации. Поскольку РБ рекомендует проведение разовых измерений (за время одной кампании работы реактора), облучательное устройство не создает помех при проведении регламентных профилактических работ в зазоре, так как должна предусматриваться легкая установка и снятие его во время открытия доступа к зазору.

Рекомендуемые способы, порядок установки и снятия устройства, размещения детекторов на устройстве описаны в приложении 1 (рекомендуемом). Пространственный диапазон размещения детекторов определяется конкретной задачей на конкретном реакторе.

3. Метод нейтронного контроля и основные объекты метрологического обеспечения нейтронно-активационных измерений на корпусах ВВЭР

3.1. Экспериментальный метод, заложенный в основу нейтронного контроля, - метод нейтронно-активационных измерений. Согласно этому методу, нейтронно-активационные детекторы (или детекторы флюенса нейтронов) облучаются в поле нейтронов. В детекторах происходит реакция активации или деления под действием нейтронов.

После окончания облучения измеряют наведенную активность в детекторе. По результатам измерений определяют отклик детектора - число реакций за время облучения или средняя за время облучения скорость реакции. Значения отклика детекторов являются первичной величиной для сравнения с расчетными данными.

Значения числа реакций или скоростей реакций могут использоваться для расчетно-экспериментальной оценки характеристик поля нейтронов - флюенса и скорости накопления флюенса нейтронов. Методом такой оценки применительно к нейтронному контролю за корпусом ВВЭР может быть метод эффективных пороговых сечений, метод восстановления спектра нейтронов или метод сравнения с расчетными скоростями реакций.

3.2. Особенности нейтронного контроля за корпусами ВВЭР, которые должны учитываться при выборе детекторов и обработке результатов измерений:

- облучение детекторов длится, как правило, в течение всей кампании работы реактора (около 300 сут.);

- активность детекторов измеряют через некоторое время после окончания облучения (примерно через неделю или более);

- температура среды во время облучения до 300°С;

- значительный гамма-фон во время облучения;

- история мощности реактора может иметь сложный непрогнозируемый вид, зависимый от эксплуатационного режима;

- с использованием реакторных данных существует возможность расчета многогрупповых спектров нейтронов и гамма-квантов в любой точке корпуса и околокорпусного пространства.

3.3. Применяемые в данном методе нейтронного контроля средства измерений и методики должны быть метрологически обеспечены. В соответствии с особенностями метода нейтронно-активационных измерений выделены три вида объектов метрологического обеспечения:

- регламентированный набор нейтронно-активационных детекторов и облучательное устройство;

- специализированная радиометрическая установка на основе гамма-спектрометра с методикой выполнения измерений активности облученных детекторов;

- типовая методика определения отклика детекторов и контролируемых характеристик нейтронного поля по измеренной активности детекторов.

В разделах 4, 5 и 6 рассматриваются требования к указанным объектам.

4. Требования к нейтронно-активационным средствам измерений

4.1. Нейтронно-активационные средства измерений, применяемые при нейтронном контроле за корпусами ВВЭР, включают:

- регламентированный набор нейтронно-активационных детекторов с измерительной оснасткой;

- облучательное устройство.

4.2. Допускается использование стандартизованных нейтронно-активационных детекторов. Детекторы могут представлять собой диски с предпочтительным диаметром 3 или 10 мм.

Аттестованные характеристики детекторов - число ядер нуклида-мишени, масса (или массовая толщина) детектора; массовая толщина по нуклиду-мишени для детекторов по реакции (n, гама). Детекторы должны быть проверены на отсутствие мешающих примесей. Погрешность числа ядер должна составлять 1-4% (уровень доверительной вероятности Р принят равным 0,95).

Допускается применение нестандартизованных детекторов после аттестации их в установленном порядке.

4.3. Типы детекторов в наборе подбираются согласно требованиям конкретной задачи из реакций активации, перечень которых дан в приложении 2 (рекомендуемом).

Допускается расширение перечня по мере освоения новых реакций, чувствительных к контролируемому диапазону энергии нейтронов от 0,1 до 10 МэВ. Рекомендуется в набор детекторов включать реакции, чувствительные к тепловым нейтронам.

Характеристики, представленные в табл. П2-1-П2-3, рекомендуется использовать при планировании экспериментов.

4.4. Измерительная оснастка в сборке представляет собой различные капсулы-держатели и кадмиевые экраны, предназначенные для размещения набора детекторов в облучательном устройстве.

Состав сборки, геометрия заполнения, маркировка и другие сведения документируются в протоколе облучения.

4.5. Облучательное устройство предназначено для фиксации сборок при облучении. Рекомендации по облучательному устройству приведены в приложении 1.

4.6. Необходимая информация о подготовке и проведении облучения детекторов должна быть представлена в протоколе облучения. Она должна включать: сведения о формировании сборок детекторов согласно пункту 4.4; геометрию размещения сборок в облучательном устройстве; геометрию размещения устройства на корпусе реактора; данные о времени облучения и истории мощности реактора за время облучения; значения аттестованных характеристик детекторов, необходимых для последующей обработки результатов (могут быть даны ссылки на литературные источники, содержащие эти данные).

5. Требования к средствам и методике измерения активности детекторов

5.1. Нейтронно-активационные детекторы (или детекторы флюенса нейтронов) после облучения представляют собой источники фотонного излучения. Характеристики схем распада радионуклидов - продуктов реакций активации и деления приведены в приложении 2.

5.2. Активность облученных детекторов следует измерять на специализированной радиометрической установке (далее - установка) на основе гамма-спектрометра, аттестованной в установленном порядке.

Установка должна включать следующие обязательные элементы:

- гамма-спектрометр;

- контрольный источник;

- МВИ.

Дополнительно установка может комплектоваться специализированными эталонными мерами активности для реализации метода замещения, если это предусмотрено МВИ. Все элементы установки должны иметь эксплуатационную документацию и действующие свидетельства на комплектующие источники, представляемые вместе с установкой при ее аттестации.

5.3. Гамма-спектрометр может включать один или несколько измерительных трактов, собранных на основе спектрометрических сцинтилляционных или полупроводниковых детекторов, удовлетворяющих потребностям измерений активности источников согласно пункту 5.1.

Типичная погрешность измерений внешнего гамма-излучения от облученных детекторов должна составлять 3-5% (уровень доверительной вероятности Р принят равным 0,95).

5.4. Контрольный источник гамма-излучения предназначен для проверки сохранности аттестованных характеристик установки. Активность источника должна быть оптимальна по загрузочным характеристикам измерительного тракта. Энергия, используемая для контроля гамма-линий, должна соответствовать середине рабочего энергетического диапазона, а конструкция источника должна быть рассчитана на длительное интенсивное использование. Контрольный источник должен быть аттестован в установленном порядке.

5.5. Методика выполнения измерений активности облученных детекторов может реализовывать следующие три способа.

5.5.1. Первый способ основан на применении гамма-спектрометра, отградуированного по эффективности регистрации фотонов в рабочем диапазоне энергии, характерном для излучения продуктов реакций активации рекомендованной номенклатуры. Эффективность регистрации задана для условий точечного источника, размещенного на фиксированном расстоянии от кристалла детектора, в виде зависимости от энергии фотонов эпсилон(E). В этом случае экспериментально определяемая величина - скорость счета импульсов в ППП энергии измеряемых фотонов S_j - связана с активностью соотношением:

                             A = __________________ произведение (C ),           (1)

                                  эпсилон(E ) эта         p        p

                                           j     j

   где эпсилон(E ) -  значение  эффективности  для  энергии  E_j,     взятое из

                j     зависимости эпсилон(Е);

              эта  -  абсолютная  интенсивность  фотонов  с  энергией  E_j  для

                 j    измеряемого радионуклида;

                С  -  поправки  на   неидентичность   детектора   и   точечного

                 p    источника.

5.5.2. Второй способ основан на использовании дискретной чувствительности эпсилон_ij, измеряемой в (имп/с)/Бк. Дискретная чувствительность задана для энергии фотонов E_j от радионуклида типа "i" и связывает измеряемую активность A_i со скоростью счета S_ij в ППП от фотонов с энергией E_j:

ij

                                  A = _________ произведение (C ).               (2)

                                   i  эпсилон        p         p

ij

При использовании этого способа автоматически исключается погрешность за счет аппроксимации эпсилон(Е) и погрешность эта_j, присутствующие в первом способе, а также поправка на каскадное суммирование.

5.5.3. Третий способ связан с применением специализированных эталонных мер активности гамма-источников, имитирующих облученные детекторы по типу радионуклида и его конструкции. Измерения выполняют путем сравнения детектора и меры на компараторе - гамма-спектрометре, а в качестве параметра сравнения используют соответствующие скорости счета импульсов S_j в ППП:

                                    A = ____ A произведение (C ),                (3)

                                         S    e     p         p

je

     где A  - активность эталонной меры на момент измерения.

5.6. При разработке методики и метрологическом исследовании установки необходимо определить все возможные факторы отличия измеряемого образца от условий градуировки и указать способы определения соответствующих поправок С_р или их конкретные значения. Основными факторами, требующими учета в поправках С_р, являются:

- отличие диаметра и толщины измеряемого детектора от градуировочного источника (или эталонной меры и детектора);

- каскадное суммирование фотонов;

- возможные эффекты от примесных излучений (например, инициированное характеристическое излучение в детекторе из ниобия).

5.7. Методика выполнения измерений активности нейтронно-активационных детекторов на конкретной установке должна соответствовать ГОСТ Р8.563-96 "ГСИ. Методики выполнения измерений" и содержать:

- назначение и область применения;

- принцип (способ) измерения;

- описание счетных образцов (нейтронно-активационных детекторов);

- краткое описание установки;

- описание системы регламентированных характеристик установки для реализации методики;

- правила подготовки и выполнения измерений, включая контрольные измерения;

- способ и алгоритм обработки спектрограммы;

- перечень поправок и способы их определения;

- соотношения для определения суммарной погрешности активности для уровня доверительной вероятности 0,95;

- требования к оформлению результата;

- требования к квалификации работников.

Допускаются ссылки на стандартизованные методики или прошедшие метрологическую экспертизу частные методики и правила, а также допускается возможность изложения отдельных положений методики в виде приложений.

Метрологическая экспертиза и аттестация МВИ проводятся в установленном порядке.

5.8. Детальные результаты измерения активности детекторов регистрируются в рабочих протоколах. Для последующей обработки результатов должен быть оформлен Сводный протокол измерения активности детекторов, в котором указаны маркировка детектора, измеренная активность А, ее погрешность и значение активности детектора, приведенное на конец его облучения А_0:

                                             ламбда t

в

                                      A = A e,                        (4)

     где t  -  время  выдержки  от  конца  облучения   до   начала   измерения

          в    активности;

     ламбда -  постоянная распада продукта реакции активации.

6. Требования к типовой методике определения отклика детекторов и оценки характеристик нейтронного поля

6.1. Типовая методика определения отклика детекторов и оценки характеристик нейтронного поля регламентирует способ определения отклика детекторов и контролируемых нейтронных величин по результатам нейтронно-активационных измерений вблизи корпуса реактора ВВЭР набором детекторов флюенса.

6.2. Методика предполагает наличие информации об истории мощности реактора и оценки изменения за время облучения локальной ППН в месте облучения детектора относительно полной тепловой мощности (истории локальной мощности), а также данных об изменении температуры теплоносителя на входе в реактор за время облучения.

6.3. Методика предполагает наличие расчетной или полученной другими способами (например, экспериментами на макетах) информации о спектре нейтронов и гамма-квантов в месте облучения детектора (например, в многогрупповом приближении).

6.4. Исходной экспериментальной информацией для последующей обработки и вычислений по данной методике является активность в нейтронно-активационном детекторе, приведенная на конец облучения А_0, сведения о которой занесены в Сводный протокол согласно пункту 5.8.

6.5. Типовая методика определения отклика детекторов и оценки характеристик нейтронного поля приведена в приложении 3 (рекомендуемом).

6.6. Результатом реализации методики должен быть Сводный протокол, куда заносятся результаты определения отклика детекторов и оценки характеристик нейтронного поля. Обязательной величиной, приведенной в Сводном протоколе, должна быть активность детекторов А(i)_EOI, приведенная на конец облучения и на одно ядро нуклида-мишени, с оцененной погрешностью для Р, равной 0,95.

7. Рекомендации по использованию результатов измерений для проверки обоснований флюенса быстрых нейтронов в критических точках корпуса ВВЭР

7.1. Флюенс быстрых нейтронов в критических точках корпуса ВВЭР может быть получен из расчетов переноса нейтронов. Экспериментальные данные, полученные в точках на внешней поверхности корпуса, могут быть использованы для сравнения с расчетными данными, полученными для этих же точек.

7.2. Для проверки обоснований расчетного флюенса в критических точках корпуса рекомендуется использовать экспериментальные данные, полученные на внешней поверхности корпуса, по возможности вблизи критических точек (например, для ВВЭР-440 - напротив азимутального максимума флюенса быстрых нейтронов на уровне сварного шва N 4; для ВВЭР-1000 - напротив высотного и азимутального максимумов флюенса быстрых нейтронов).

7.3. В качестве экспериментального результата рекомендуется использовать активности А(i)_EOI, приведенные на конец облучения и на одно ядро. Следует проводить сравнение как абсолютных значений, так и относительных пространственных распределений активностей детекторов-мониторов.

7.4. При анализе обоснований флюенса или скорости накопления флюенса быстрых нейтронов, соответствующих эффективной пороговой энергии конкретного детектора E_эфф.i, рекомендуется использовать отношение:

                                           расч

                                    i      EOI

                                   C   = (-------),                   (5)

                                    Р/Э     эксп  i

EOI

характеризующее степень отклонения расчета от эксперимента.

------------------------------

* В разделе не приведены термины и определения, имеющие общетехническое значение и определенные в ГОСТах или в других нормативных документах.

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас

Получить бесплатный доступ

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.

Приложение 1. Порядок установки и снятия облучательного устройства, способы и схемы размещения детекторов за корпусами ВВЭР

Приложение 2. Характеристики детекторов флюенса нейтронов

Приложение 3. Типовая методика определения отклика детекторов и оценки характеристик нейтронного поля

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас