Введение к работе
Актуальность. Большое число промышленных и исследовательских ядерных реакторов выработали свой проектный ресурс и выводятся из эксплуатации. В настоящее время проекты по выводу из эксплуатации остановленных реакторов и установок осуществляются как за рубежом (исследовательский реактор Siloe, Франция, газовый реактор Bugey-1 и водяной реактор BR-3, Бельгия, реактор на тяжелой воде WR-1, Канада и др.), так и в нашей стране (исследовательские реакторы в РНЦ КИ, ИТЭФ, ФЭИ, НИИАР и т.д.).
В процессе эксплуатации АЭС, ядерных реакторов и установок происходила активация элементов оборудования вследствие нейтронного облучения, а также внутреннее и наружное поверхностное радиоактивное загрязнение технологического оборудования, например, трубопроводов охлаждающих контуров, насосов, вентилей и т.д.
Мощность экспозиционной дозы (МЭД) в технологических помещениях реактора создаётся как прямым излучением загрязненного оборудования, так и рассеянным излучением от стен помещений и размещенного в нем оборудования. Поэтому обнаружение в таких условиях высоко активных источников традиционными методами и средствами, такими как изотропная радиометрия, малоэффективно и сопряжено с повышенными дозовыми нагрузками на персонал.
В приреакторных хранилищах исследовательских реакторов и временных хранилищах установок накоплено большое количество высокоактивных радиоактивных отходов (РАО). Во многих случаях информация о том, что размещено в таких хранилищах отсутствует. Извлечение этих радиоактивных отходов из хранилищ, их идентификация, упаковка в контейнеры, паспортизация одна из сложнейших задач при проведении работ по подготовке реакторов к демонтажу. Из-за высокой активности отходов невозможно проводить такие работы без применения дистанционно управляемых технических средств и измерительных систем.
Кроме этого существует вероятность радиоактивных загрязнений в связи с возможностью аварий на атомных станциях и других ядерно-опасных объектах, а также угрозы ядерного терроризма, несанкционированного перемещения ядерных материалов и радиоактивных изотопов.
Примером чрезвычайных ситуаций могут служить аварии на атомных станциях (Three Mile Island 1979г, ЧАЭС 1986г.), на предприятиях атомной промышленности (ПО «Маяк» 1957г. и др.) Опыт работ по ликвидации последствий аварий показал, что общепринятые методы и измерительные средства недостаточны для поиска и локализации радиоактивных источников. Это связано с тем, что сложные поля излучений, создаваемые радиоактивным загрязнением, часто приводили к неправильной интерпретации проведенных измерений и иногда делали полностью невозможными применение их результатов. Это приводит к ошибкам в выборе правильных и безопасных путей проведения дезактивационных работ.
В последнее время исследовательская активность в этой области направлена на создание портативных дистанционно управляемых измерительных приборов и систем для поиска и идентификации источников излучений, измерения пространственного распределения радиоактивного загрязнения оборудования и помещений реакторов, установок и горячих камер, оснащение такими приборами дистанционно управляемых механизмов и робототехнических средств.
Сравнительно малые размеры и вес таких приборов позволяют использовать их не только в исследовательских лабораториях, но и в насыщенных оборудованием помещениях с сильным радиоактивным загрязнением. Дистанционно управляемые от компьютера измерительные системы могут работать в автоматическом режиме без присутствия персонала непосредственно в загрязненных помещениях. Применение таких систем и приборов позволит значительно снизить дозовые нагрузки на персонал.
Цель работы. Разработка и создание дистанционно управляемых приборных средств для поиска и характеризации источников гамма излучений в сложной радиационной обстановке с целью снижения облучения персонала; оснащение такими приборами дистанционно управляемых механизмов и робототехнических средств; экспериментальные исследования по определению параметров приборных средств; разработка методик их применение для проведения обследований хранилищ отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и РАО; измерении активности и спектрального состава ОЯТ и РАО в пеналах или контейнерах; использовании этих приборов для проведения измерений распределения радиоактивного загрязнения в реакторных помещениях, а также для дистанционного поиска и локализации высокоактивных радиоактивных источников.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается:
- в создании комплекса дистанционно управляемых приборных средств для работы в интенсивных полях гамма излучения, которые позволяют дистанционно определять местоположение высокоактивных источников излучения в сложных радиационных условиях, проводить измерения спектрального состава и активности ОЯТ и РАО в пеналах или контейнерах, измерять распределения радиоактивного загрязнения в реакторных помещениях.
- в разработке методических подходов применения разработанных дистанционно управляемых коллимированных детекторов гамма излучения, внедрении и применении разработанного комплекса приборов для поиска источников излучений и для детальных радиационных обследований реакторных помещений и хранилищ РАО и ОЯТ.
Основные положения, выносимые на защиту;
-
Результаты радиационного обследования облучательной камеры и ликвидации радиационной аварии на Грозненском химическом комбинате с использованием разработанного коллимированного спектрометрического детектора.
2. Создание радиоуправляемой радиометрической системы для работы в интенсивных полях гамма излучения, выполненной в виде навесного оборудование к робототехническому комплексу «Брокк». Система активно применяется в работах по выводу из эксплуатации исследовательского реактора МР для обследования радиоактивно загрязненных объектов и оборудования, дистанционного поиска, локализации радиоактивных источников. Данные с интегрального и коллимированного детекторов системы замешиваются на видеосигнал видеокамеры, передаются по радиоканалу на блок управления и выводятся на экран монитора оператора в реальном времени в виде видеоизображения с цифровыми значениями мощности экспозиционной дозы (МЭД) и парциальной МЭД от обследуемого объекта.
3. Разработка методик дистанционных измерений и экспериментальной дистанционно управляемой спектрометрической системы для радиационных обследований радиоактивных объектов. Прибор позволяет дистанционно (с управлением по проводу или по радио) проводить обследование помещений и территорий. Получать информацию о расположении, спектре излучения, активности источников ионизирующего излучения. Все измерения проводятся оператором на безопасном расстоянии. Это значительно снижает дозовую нагрузку на персонал.
4. Разработка и экспериментальная проверка методики обнаружения урана в высокоактивных твердых радиоактивных отходах (ТРО), основанная на использовании спектрометрического полупроводникового CdZnTe детектора.
5. Применение разработанных дистанционно управляемых коллимированных приборов позволяет проводить радиационное измерение ОЯТ и РАО, радиоактивно загрязненных помещений и оборудования, когда использование стандартных методов и приборов невозможно из-за высоких дозовых полей.
6. Практические результаты применения разработанных систем в виде спектрального состава и активности контейнеров и пеналов ОЯТ и РАО, карт распределений наиболее активных источников излучений, радиационных обследований хранилищ СУЗ и РФТ реактора МР, временного хранилища ОЯТ объекта «Р» РНЦ «Курчатовский институт».
Практическая ценность работы.
1. Применение спектрометрического коллимированного детектора при ликвидации радиационной аварии на Грозненском химкомбинате, вместе с другими средствами измерений и видеонаблюдения, позволило быстро найти потерянные источники, упаковать в контейнеры и ликвидировать аварию при минимальной дозовой нагрузке на персонал аварийной бригады. Угроза облучения населения ликвидирована. После ликвидации аварии здание, в котором проводились работы, передано городским властям.
2. Разработанные новые дистанционно управляемые коллимированные детекторы гамма излучения постоянно используются в рамках работ по выводу из эксплуатации исследовательского реактора МР для радиационных измерений спектрального состава и активности РАО и ОЯТ из хранилищ реакторов МР и РФТ. Получаемые результаты обрабатываются и анализируются. На основании полученных результатов принимаются решения о технологии дальнейшего обращения с радиоактивными отходами.
3. Применение дистанционно управляемых коллимированных систем позволило значительно снизить дозовые нагрузки на персонал, осуществляющий работы по подготовке реактора МР к выводу из эксплуатации.
Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в разработке и создании дистанционно управляемых радиометрических приборов: анализировал параметры и возможности современных радиометрических приборов, обосновывал принципиальные схемы разрабатываемых систем, проводил детальный анализ и выбор комплектующих для этих систем, осуществлял их сборку и наладку. Автор проводил измерения технических параметров разработанного оборудования, принимал участие в разработке методики их применения для измерения ОЯТ и РАО.
Автор принимал непосредственное участие в работах по ликвидации радиационного инцидента с потерей контроля над хранилищем источников ионизирующего излучения на Грозненском химическом комбинате. За работы по радиационному обследованию хранилищ источников на ГХК автор награжден государственной наградой – медалью ордена «За заслуги перед Отечеством».
В процессе проводимых работ по программе ФЦП ЯРБ по выводу из эксплуатации реактора МР, а именно в работах по обследованию хранилищ СУЗ, РФТ, бассейна хранилища реактора и других с твердыми высокоактивными отходами и РАО, автор проводил радиометрические и спектрометрические измерения радионуклидного состава и активности РАО и ОЯТ, обрабатывал и анализировал данные измерений, участвовал в разработках технологий обращения с ОЯТ и РАО.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и симпозиумах: Германо-Российская конференция по измерительной программе в России 18.10.91 Москва 1992; Conference "Spectrum-94", Atlanta, Georgia, USA, August 14-18, 1994; IEEE NSS/MIC Conference, Anaheim, California, USA, 1996; 8-th European Geophysics Symposium, April 1997, Vienna; IEEE NSS/MIC Conference Record, Albuquerque, New Mexico, USA, 1997; Российская конференция. Защита от ионизирующих излучений ядерно-технических установок, 22-24 Сент. 1998 г. Обнинск; Nuclear Science Symposium, Rome 2004 IEEE Conference; Mеждународная конференции «Ядерная энергетика в Республике Казахстан. ЯЭ-2005», 30мая-3июня 2005года, г.Курчатов; Международный ядерный форум, «Безопасность ядерных технологий», 25-29 сентября 2006г., Санкт-Петербург; Международная конференция. «Чернобыль 20 лет спустя. Стратегия восстановления и устойчивого развития пострадавших регионов», 19–21 апреля 2006 года, Белоруссия, г.Минск, Международная конференция «двадцать лет Чернобыльской катастрофы. Взгляд в будущее» 24-26 апреля 2006, Киев, Украина; Proceedings of 11th International Conference on Environmental Remediation and Radioactiv Waste Management (ICEM’07-ID: 7056) September 2-6, 2007, Brugge, Belgien; Конференция «Ядерное приборостроение 2007: Аппаратурное обеспечение ядерной и радиационной безопасности объектов Росатома», 18-19 апреля 2007г., ФГУП «Научно-инженерный центр «СНИИП», Москва; 9th International Conference on Applications of Nuclear Techniques, Crete08, Greece June 2008; III Международный ядерный форум «Безопасность ядерных технологий», 22-26 сентября 2008г., г.Санкт-Петербург; Radioecology&Environmental Radioactivity, 15-20 June 2008, Bergen, Norway; The international conference on environmental remediation and radioactive waste management (ICEM-09) October 11-15, 2009, Liverpool, UK.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 6 научных статей в реферируемых журналах из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников из 62 наименований. Общий объем работы 104 страницы, включая 56 рисунков, 13 таблиц.
