RU2158447C1

RU2158447C1 - Radiation diagnostics of nuclear-plant equipment

Info

Publication number: RU2158447C1
Application number: RU99106642/06A
Authority: RU
Inventors: Е.И. Игнатенко; Е.С. Иванов; А.И. Трофимов; С.А. Виноградов; М.Ф. Рогов
Original assignee: Обнинский институт атомной энергетики
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-27

Abstract

FIELD: radiation inspection of nuclear plants. SUBSTANCE: equipment under diagnostics is exposed to electromagnetic radiation of reactor under inspection; novelty is that monochromatic rays are continuously discriminated from greater to smaller wavelength or vice versa at fixed speed; mean wavelength of monochromatic rays is chosen depending on size of expected flaws and results of interaction between rays and equipment under inspection are analyzed by sensing element only for wavelengths whose rate of change corresponds to that of monochromatic rays acting on equipment under inspection. Electromagnetic rays used for diagnostics are distinguished by high power exceeding that of rays supplied from radio isotope sources. EFFECT: improved capacity and reliability of diagnostics especially in detecting flaws and foreign inclusions in reactor components. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и служит для диагностики состояния объектов, содержащих источники проникающих электромагнитных излучений, в т.ч. ядерных реакторов. The invention relates to measuring equipment and is used to diagnose the condition of objects containing sources of penetrating electromagnetic radiation, including nuclear reactors.

Известны способы радиационной диагностики, заключающиеся в излучении проникающих волн в объект диагностики с дальнейшим анализом результатов взаимодействия волн с объектом диагностики [1]. Known methods of radiation diagnostics, consisting in the emission of penetrating waves into the diagnostic object with a further analysis of the results of the interaction of the waves with the diagnostic object [1].

Недостатком указанных способов является громоздкость источников излучений и аппаратуры контроля, ограниченная чувствительность методов контроля, невозможность дистанционной диагностики, что важно при диагностике оборудования АЭС. The disadvantage of these methods is the cumbersomeness of radiation sources and monitoring equipment, the limited sensitivity of the monitoring methods, the impossibility of remote diagnostics, which is important when diagnosing nuclear power plant equipment.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, при котором в качестве проникающего излучения используются излучения стороннего радиоактивного источника, например изотопов, и имеется возможность дистанционной диагностики [2]. Closest to the proposed method is a method in which radiation of an external radioactive source, for example, isotopes, is used as penetrating radiation, and there is the possibility of remote diagnostics [2].

Недостатком способа является низкая разрешающая способность и громоздкость оборудования. Использование радиоизотопного способа в атомной энергетике затруднено вследствие наличия существенно более мощных источников радиационных излучений в зоне контроля. Это требует применения толстостенных защитных экранов для нейтрализации когерентных и сопутствующих излучений и усложняет применение способа в ядерных реакторах. The disadvantage of this method is the low resolution and cumbersome equipment. The use of the radioisotope method in nuclear energy is difficult due to the presence of significantly more powerful sources of radiation in the control zone. This requires the use of thick-walled protective screens to neutralize coherent and related radiation and complicates the application of the method in nuclear reactors.

В предлагаемом способе для просвечивания используется электромагнитное излучение диагностируемой реакторной установки, из которого в непрерывной последовательности и с фиксированной скоростью выделяются монохроматические лучи от большей длины волны луча к меньшей или наоборот, при этом средняя длина волны монохроматических лучей выбирается в соответствии с размерами предполагаемых дефектов, а в чувствительном элементе производится анализ результатов взаимодействия излучения с объектом диагностики только тех длин волн, скорость изменения которых соответствует скорости изменения длин волн монохроматических лучей, воздействующих на объект диагностики. The proposed method for transillumination uses electromagnetic radiation of the diagnosed reactor installation, from which monochromatic rays are emitted in a continuous sequence and at a fixed speed from a longer beam wavelength to a shorter or vice versa, while the average wavelength of monochromatic rays is selected in accordance with the dimensions of the alleged defects, and in the sensitive element, the results of the interaction of radiation with the diagnostic object are analyzed only those wavelengths, speed Changes which corresponds to the rate of change of wavelengths of monochromatic rays affecting the diagnostic object.

На фиг. 1,а показана схема диагностики ядерной установки с использованием селективно поглощающего фильтра на принципе проходящих лучей. Внутриреакторное излучение 1 реакторной установки или ее элемента 2 с энергетическим спектром от 0,01 до 10,0 МэВ проходит через серию селективно поглощающих фильтров 3, частным случаем которых могут являются разные по толщине и плотности элементы конструкции реактора, последовательно, в порядке возрастания или убывания длины волны направляются на объект диагностики 4, затем на чувствительный элемент, который, как правило, содержит коллиматор 5 (камера Обскура 6) и детектор излучения или чувствительный к флуктуациям волн выбранной полосы спектра экран 7. В качестве фокусирующего изображение элемента могут использоваться также выпукло-вогнутые линзы или рефлекторы, которые широко используются в астрономических телескопах, работающих в широком диапазоне длин волн. In FIG. 1, a diagram of the diagnostics of a nuclear installation using a selectively absorbing filter on the principle of transmitted rays is shown. The internal reactor radiation 1 of the reactor installation or its element 2 with an energy spectrum from 0.01 to 10.0 MeV passes through a series of selectively absorbing filters 3, a particular case of which are structural elements of the reactor that are different in thickness and density, sequentially, in increasing or decreasing order wavelengths are sent to the diagnostic object 4, then to the sensing element, which, as a rule, contains a collimator 5 (Obscura camera 6) and a radiation detector or sensitive to wave fluctuations of the selected spec Tra screen 7. Convex-concave lenses or reflectors, which are widely used in astronomical telescopes operating in a wide range of wavelengths, can also be used as a focusing element.

На фиг. 1,б показан принцип реализации способа с использованием фильтров - монохроматоров 3, работающих в отраженных лучах. Функцию фильтра-монохроматоров могут выполнять плоские пластины (например, из стекла) с тонким пленочным покрытием, толщина которого сопоставима с длиной волны селектируемого излучения. В данном случае фильтр (система фильтров) может быть установлен как изнутри (3), так и снаружи реакторной установки (3,а), а отраженные лучи условно монохроматического излучения направлены на требуемые участок объекта диагностики (участок АВ). При этом одним из способов плавного изменения длины волны селектируемого излучения является изменение угла падения реакторного излучения на поверхность фильтра путем поворота пластины. In FIG. 1, b shows the principle of the method using filters - monochromators 3 operating in reflected rays. The function of a monochromator filter can be performed by flat plates (for example, glass) with a thin film coating, the thickness of which is comparable to the wavelength of the selected radiation. In this case, the filter (filter system) can be installed both inside (3) and outside the reactor installation (3, a), and the reflected beams of conditionally monochromatic radiation are directed to the required section of the diagnostic object (section AB). In this case, one of the ways to smoothly change the wavelength of the selected radiation is to change the angle of incidence of the reactor radiation on the filter surface by turning the plate.

В рамках классической физики известны качественные и количественные эффекты ослабления, дифракции и рассеяния электромагнитных волн различных типов и энергий на материалах, которые успешно используются в различного рода рентгеновских микроскопах, спектрометрах, нейтронной, гамма и рентгеновской радиографии. Известны принципы получения изображения внутренней структуры объектов в проникающих электромагнитных лучах и нейтронных лучах (рентгеновская оптика, нейтронография), в которых используются коллиматоры, камера Обскура, флюоресцирующие экраны и т.д. In the framework of classical physics, the qualitative and quantitative effects of attenuation, diffraction, and scattering of electromagnetic waves of various types and energies on materials that are successfully used in various kinds of x-ray microscopes, spectrometers, neutron, gamma, and x-ray radiography are known. There are known principles for obtaining images of the internal structure of objects in penetrating electromagnetic rays and neutron rays (x-ray optics, neutron diffraction), which use collimators, an Obscura camera, fluorescent screens, etc.

Недостатком всех известных методов является необходимость подбора определенного типа источника монохроматического излучения практически под каждый вид объекта диагностики. Конструкция реактора, к примеру РБМК (Курская, Ленинградская, Смоленская АЭС), насчитывает сотни объектов диагностики, эффективные размеры которых составляют от 0,1 мкм (включения интерметаллидов в цирконии топливных каналов) до 10 м и более (корпус реактора), при этом каждый несет в себе источник радиационного излучения. Это существенно затрудняет процесс получения четкого изображения, например, с помощью эффектов рентгеновской оптики и визуализации. В предлагаемом способе для просвечивания элементов конструкций реактора используется электромагнитное излучение реакторной установки, в том числе излучение самих диагностируемых элементов, содержащее широкий спектр проникающих излучений. Как правило, четкое изображение в проникающих лучах получают за счет изоляции чувствительного экрана от посторонних излучений. В случае внутриреакторных измерений достигнуть требуемой степени изоляции экрана практически невозможно вследствие ограниченности геометрических размеров внутриреакторных трубопроводов. К примеру диаметр каналов регулирующих стержней реакторов ВВЭР составляет порядка 18 мм. Каналов реакторов РБМК - 80 мм. При таких размерах путей доставки оборудования к точке контроля толщина защитных экранов составит от 3 до 20 мм. Этого недостаточно для эффективного ослабления радиационного шума в чувствительном элементе. В предлагаемом способе достигается эффект выделения информации о состоянии объекта диагностики на фоне значительных помех. Плавное изменение длин волн просвечивающего излучения, например от 10 до 500 Ангстрем, позволяет по пороговому принципу зафиксировать границы (в интервале длин волн) взаимодействия излучения с дефектами, размеры которых находятся в заданном диапазоне длин волн. Например, фиксация в чувствительном элементе эффектов изменения интенсивности, интерференции и т. д. при длинах волн входящего излучения порядка 200 Ангстрем будет означать наличие дефектов или включений в объекте диагностики с эффективными размерами, сопоставимой с длиной волны величины. Для повышения эффективности компенсации помех дополнительно производится сопоставление скорости нарастания (убывания) эффекта взаимодействия излучения с дефектом в чувствительном элементе со скоростью изменения длины волны монохроматического излучения. The disadvantage of all known methods is the need to select a certain type of monochromatic radiation source for almost every type of diagnostic object. The reactor design, for example, RBMK (Kursk, Leningradskaya, Smolensk NPPs), has hundreds of diagnostic objects whose effective sizes range from 0.1 μm (intermetallic compounds in zirconium of fuel channels) to 10 m or more (reactor vessel), each carries a source of radiation. This significantly complicates the process of obtaining a clear image, for example, using the effects of x-ray optics and visualization. The proposed method for transillumination of structural elements of the reactor uses electromagnetic radiation of the reactor installation, including radiation of the diagnosed elements themselves, containing a wide range of penetrating radiation. As a rule, a clear image in penetrating rays is obtained by isolating the sensitive screen from extraneous radiation. In the case of in-reactor measurements, it is practically impossible to achieve the required degree of screen insulation due to the limited geometric dimensions of the in-line pipelines. For example, the diameter of the channels of the control rods of VVER reactors is about 18 mm. RBMK reactor channels - 80 mm. With such sizes of the equipment delivery routes to the control point, the thickness of the protective shields will be from 3 to 20 mm. This is not enough to effectively attenuate radiation noise in the sensing element. In the proposed method, the effect of highlighting information about the state of the diagnostic object against a background of significant interference is achieved. A smooth change in the wavelengths of transmission radiation, for example from 10 to 500 Angstroms, allows us to fix the threshold (in the wavelength range) of the interaction of radiation with defects, the dimensions of which are in a given wavelength range, using the threshold principle. For example, fixing in a sensitive element effects of changes in intensity, interference, etc., at wavelengths of incoming radiation of the order of 200 Angstroms, will mean the presence of defects or inclusions in the diagnostic object with effective dimensions comparable with the wavelength of the value. To increase the efficiency of interference compensation, a comparison is also made of the rate of rise (decrease) of the effect of the interaction of radiation with a defect in the sensitive element with the rate of change of the wavelength of monochromatic radiation.

Особенностью диагностики оборудования АЭС является необходимость дистанционного контроля, особенно оборудования 1 контура, где персонал может находиться ограниченное время. Предлагаемый способ по сравнению с известными способами диагностики позволяет существенно повысить качество и производительность диагностики конструкций ядерных реакторов, особенно где это касается качественной оценки наличия-отсутствия трещин или инородных включений в конструкционных материалах, за счет высокой мощности просвечивающего луча по сравнению с лучом от радиоизотопных источников. Это существенно увеличивает соотношение сигнал-шум в чувствительном элементе и делает возможным осуществление дистанционного контроля. Для более эффективного выделения информационного сигнала предлагаемый способ допускает использование эффектов поляризации просвечивающего луча и использование чувствительных экранов, восприимчивых к лучам выбранной плоскости поляризации. В канальных реакторах способ позволит производить оценку состояния графитовой кладки без ее демонтажа. Существенным резервом в повышении информативности способа является возможность количественной оценки различного рода дефектов и микронерегулярностей конструкций за счет возможности визуализации изображений, использования эффектов дифракции и интерференции электромагнитных волн. Таким образом, предлагаемый способ решает проблему диагностики состояния конструкций реакторов, неразрешимую известными способами. A feature of the diagnostics of NPP equipment is the need for remote monitoring, especially equipment of the 1st circuit, where personnel can be for a limited time. The proposed method, in comparison with known diagnostic methods, can significantly improve the quality and productivity of diagnostics of nuclear reactor designs, especially where it concerns the qualitative assessment of the presence-absence of cracks or foreign inclusions in structural materials due to the high power of the transmission beam compared to the beam from radioisotope sources. This significantly increases the signal-to-noise ratio in the sensor and makes remote monitoring possible. For more efficient extraction of the information signal, the proposed method allows the use of polarization effects of the translucent beam and the use of sensitive screens susceptible to the rays of the selected plane of polarization. In channel reactors, the method will allow to assess the state of graphite masonry without dismantling it. A significant reserve in increasing the information content of the method is the ability to quantify various kinds of defects and microregularities of structures due to the ability to visualize images, use the effects of diffraction and interference of electromagnetic waves. Thus, the proposed method solves the problem of diagnosing the state of reactor structures, unsolvable by known methods.

Источники информации
1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.В Клюева. М.: Машиностроение. 1986, т. 1, с. 266-470.Sources of information
1. Devices for non-destructive testing of materials and products. Handbook Ed. V.V Klyueva. M .: Engineering. 1986, v. 1, p. 266-470.

2. Мадоян А.А., Канцедалов В.Г. Дистанционный контроль оборудования ТЭС и АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 66-81. 2. Madoyan A.A., Kantsedalov V.G. Remote control of equipment of thermal power plants and nuclear power plants. M .: Energoatomizdat, 1985, p. 66-81.

Claims

The method of radiation diagnostics of equipment of nuclear facilities, which consists in screening the diagnostic object with electromagnetic radiation and analyzing the results of the interaction of radiation with the diagnostic object in a sensitive element, characterized in that electromagnetic radiation of the diagnosed reactor installation is used for transmission, from which monochromatic are emitted in a continuous sequence and at a fixed speed rays from a longer wavelength to a shorter or vice versa, while the average wavelength monochromatic light is selected in accordance with the estimated sizes of defects, and the sensor element is analyzed results of interaction of radiation with the object of diagnosis only those wavelengths, the rate of change of which corresponds to the rate of change of wavelengths of monochromatic rays affecting the diagnostic object.