Основные источники ионизирующих излучений на ИАЭС

 

Источниками ионизирующего излучения на ИАЭС являются:

Реакторная установка, радиоактивные продукты коррозии, радиоактивные вещества в паре и воде

 Технологический процесс производства электроэнергии на ИАЭС представляет собой совокупность следующих процессов:

·        деление ядер U²³⁵ в активной зоне (A3) реактора с выделением большого количества энергии в виде кинетической энергии осколков деления и ионизирующего  излучения (n и g);

·        нагрев ТВЭЛ, графита и теплоносителя за счет замедления и поглощения ионизирующего излучения (теплоноситель по групповым и раздаточным коллекторам подводится индивидуально к каждому каналу);

·        образование пароводяной смеси за счет передачи тепла от ТВЭЛ к воде (пароводяная смесь также отводится индивидуально от каждого канала в четыре барабан-сепаратора);

·        сепарация пара в барабан-сепараторах (БС);

·        подача пара от БС по ниткам паропроводов острого пара на две турбины с цилиндрами высокого и низкого давления

·        расширение пара в турбине и вращение ротора;

·        конденсация отработаннего пара в конденсаторах турбины;

·        деаэрация конденсата (дегазация) в деаэраторах;

·        смешивание питательной воды в барабан-сепараторах с теплоносителем;

·        подача питательной воды в барабан- сепаратор при помощи ПЭН.

·        циркуляция воды по КМПЦ при помощи ГЦН.

Часть теплоносителя и весь конденсат подвергаются очистке (КО, БО). Таким образом, теплоноситель последовательно контактирует со всеми элементами технологической схемы АЭС.

Сам теплоноситель, содержащиеся в нем продукты коррозии (ПК), примеси во время прохождения через активную зону реактора активируются потоками нейтронов, образуя радиоактивные изотопы (газообразные, твердые, растворимые и нерастворимые), которые при дальнейшем движении по технологическому контуру могут выделяться и скапливаться в различных его узлах. Наиболее интенсивно эти отложения образуются в местах большого гидравлического сопротивления и в застойных зонах.

Кроме основного технологического контура КМПЦ на станции существуют другие технологические контуры, которые являются или могут являться источниками излучений. Это, например, газовый контур, предназначенный для охлаждения графитовой кладки реактора, и контур охлаждения системы управления и защиты (СУЗ).

Примеси и продукты коррозии, содержащиеся в технологических средах этих контуров также, при прохождении через активную зону, подвергаются активации и образуют радиоактивные изотопы, которые могут выделяться из раствора и накапливаться на поверхностях оборудования контуров и переноситься технологическими средами.

В условиях работы на АЭС, источниками внешнего облучения могут быть: реактор, технологическое оборудование АЭС, пробы теплоносителя, радиоактивные отходы и т.д. На АЭС внешнее облучение происходит главным образом гамма - излучением и нейтронами.

Внутреннее облучение персонала может происходить в результате попадания радионуклидов в организм с вдыхаемым воздухом (радиоактивные газы и аэрозоли), с водой или пищей, отдельные радионуклиды могут поступать через кожный покров.

Радиоактивные благородные газы - это радионуклиды, полученные в результате деления тяжелых ядер топлива, и обладающие β-, γ-радиоактивностью. Например: ксенон (Хе), криптон (Кг), аргон (Аг).

Радиоактивные аэрозоли - это взвешенные в воздухе мельчайшие твердые или жидкие частицы, обладающие альфа-, бета- или гамма-радиоактивностью. К ним относятся твердые и летучие продукты деления урана в реакторе, попавшие в воздух, и радионуклиды, полученные в результате активации нейтронами примесей теплоносителя. К летучим продуктам деления относятся, например, йод (I), цезий (Cs), рубидий (Rb), к твердым - стронций (Sr), лантан (La).

Из примесей, в первую очередь, необходимо выделить продукты коррозии внутренних поверхностей трубопроводов и оборудования КМПЦ - хром(Сг), марганец (Мn), железо(Fе), кобальт(Со) и продукты активации примесей самого теплоносителя - азот(N), натрий (Na) и т.д.

 

Реакторная установка

На ИАЭС, построенный по одноконтурной схеме, установлен реактор РБМК -1500 - это кипящий реактор, замедлителем в котором служит графит, а теплоносителем - вода и пароводяная смесь. В графитовой кладке реактора установлен 1661 технологический канал из циркония. В каналах установлены тепловыделяющие сборки ТВС из UO₂ в оболочке из циркониевого сплава.

Ядерное топливо в наших реакторах содержит уран -235. Рисунок показывает процесс расщепления урана -235.

Ядро, поглотившее нейтрон, увеличивает свою массу на единицу. Ядро переходит в возбужденное состояние от избытка энергии. Ядро может избавиться от энергии избытка, испустив гамма-излучение и тогда оно останется ядром урана, но теперь урана -236. Однако, ядро обычно имеет так много избыточной энергии , что оно делится  на осколки. Это приводит к образованию двух продуктов деления, которые разлетаются на очень высокой скорости с освобождением 2-3 нейтронов, и испусканием гамма-излучения.

При расщеплении урана формируются новые вещества - продукты деления. Некоторые из них радиоактивны, например цезий-137 (Cs-137), йод-131 (J-131) и криптон-87 (Kr-87). Летучие продукты деления типа инертных газов и галогенов распространятся от гранул диоксида урана и собираются внутри топливной оболочки. Если оболочка повреждена, эти радиоактивные вещества могут попадать в воду.

Если оболочка топлива серьезно повреждена, и другие продукты деления, обладающие высокой растворимостью и высокой энергозависимостью, могут быть высвобождены. Наличие специфических галогенов и инертных газов может создать опасность для персонала и окружающей среды. Среди галогенов особенно опасен йод. Инертные газы, ксенон и криптон, также могут стать источником внешнего облучения.

Материал, находящийся в пределах 1-го метра от реактора, подвергается очень интенсивному нейтронному излучению, при этом некоторые типы атомов будут активированы. Среди активированных веществ - кобальт-60 (Со-60) и ;железо-59 (Fe-59). Радиоактивность, которая сформирована в этой группе называется наведенной радиоактивностью.

 

Последовательность распространения радиоактивных продуктов коррозии

Некоторые из примесей в воде, которая проходит через реактор - маленькие частицы материала от технологических систем. Эти частицы образуются при коррозии материала в технологических системах. Они поступают с реакторной водой в реактор и там подвергаются облучению нейтронами, которое активирует их активность.

Обычными продуктами коррозии является - кобальт-60 (Со-60), железо-59 (Fe-59), марганец –54(Mn-54) и хром-51 (Cr-51), цирконий-95 (Zr-95).

Радиоактивные продукты коррозии могут осаждаться на поверхностях технологических систем - обычно изгибы в каналах и трубопроводах, насосах, фильтрах, и клапанах (так называемые застойные зоны) вне реактора, где они могут представлять опасность с точки зрения опасности облучения.

О радиоактивных веществах в теплоносителе, воздухе

Реакторная вода с примесями облучается нейтронами при прохождении через реактор. Часть воды и примесей становится радиоактивной. Вещества, которые образуются в результате этого - тритий (H-3), азот-16 (N-16) и кислород-19 (0-19).

Энергия излучения азота-16 очень высока, и это – это определяет коэффициент защиты при строительстве биологической защиты вокруг реактора.

Источники радиоактивности на работающем реакторе отличаются от источников радиоактивности на остановленном. В процессе работы потребность биологической защите определена азотом-16 (N-16) и кислородом-19 (0-19) из-за их высокой энергии излучения. Однако, их период полураспада очень короткий - 7 и 27 секунд соответственно. Поэтому, достаточно нескольких минут после остановки реактора и их опасность будет незначительной. На остановленном реакторе доминирующим является излучение от продуктов деления и продуктов коррозии.

«Образцовые радиационные источники»

Источники для калибровки дозиметрических приборов

Калибровка – в метрологии, определение погрешностей или поправок одной ( многозначной )меры, напр. Линейной шкалы, или совокупности мер ( напр. Набора гирь), необходимых для получения правильных результатов измерений. Калибровка осуществляется сравнением мер или участков шкалы.

«Дефектоскопические гамма – источники»

Дефектоскопия – обобщающее название неразрушающих методов контроля материалов ( изделий ) Используется для обнаружения нарушений сплошности или однородности макроструктуры.

Гамма – дефектоскопия основана на измерении поглощения гамма – лучей, испускаемых радиоактивными изотопами металлов ( кобальта, иридия и т. д.). При работе необходима биозащита.