CC BY
36
СПЕКТРЫ НЕЙТРОНОВ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ПЕРСОНАЛА БАЛАКОВСКОЙ АЭС
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.2.70.534 Алексеев Александр Григорьевич
старший научный сотрудник, «НИЦКурчатовский институт»-ИФВЭ, г.Протвино Алексеев Павел Александрович старший научный сотрудник, ктн АО «ГНЦРФ-ФЭИ»
NEUTRON SPECTRA AT THE PERSONAL WORKPLACE OF THE BALAKOVO NUCLEAR
POWER PLANT
Alexeev A.G.
NRC «Kurchatov Institute» -IHEP Alexeev P.A.
JSC "SSC RF - IPPE"
АННОТАЦИЯ
Приведены результаты измерений и расчетов спектров нейтронов в помещениях временного и постоянного пребывания персонала Балаковской АЭС. Представлен способ измерения, дано описание используемых средств измерения и методика их калибровки.
ABSRACT
The results of measurements and calculations of neutron spectra in the rooms of temporary and permanent stays of the personnel of the Balakovo NPP are presented . A measurement method is presented, a description of the measurement tools used and a method for calibrating them are given.
Ключевые слова: нейтроны, спектр, дозиметр, реактор, АЭС
Keywords: neutrons, spectrum, dosimeter, reactor, NPP
ВВЕДЕНИЕ
Измерение спектров нейтронов на рабочих местах персонала способствует созданию более точного методического обеспечения
индивидуального дозиметрического контроля. На российских атомных электрических станциях (АЭС) в рутинном индивидуальном дозиметрическом контроле нейтронного излучения применяются альбедные индивидуальные дозиметры на основе термолюминесцентных (ТЛД) детекторов. Методические рекомендации по использованию таких дозиметров подробно представлены в [1]. Одной из особенностей этих дозиметров является необходимость использовать калибровку (поправочный коэффициент), величина, которого зависит от спектра нейтронов в месте облучения. Данная работа является продолжение исследований [2], где приведены результаты измерений спектров нейтронов на рабочих местах установок «НИЦ Курчатовский институт». В данной работе представлены результаты измерения и расчетов спектров нейтронов в помещениях временного и постоянного пребывания персона Балаковской АЭС.
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ
Метод измерения в данной работе тот же, что и в работе [2]. Для измерения характеристик нейтронного излучения использовались следующие средства измерения:
• ДКС96Н с блоком детектирования БДМН-96 и стандартным замедлителем;
• ДКС96Н с блоком детектирования БДМН-96 и набором замедлителей (ДСН-2) [2, 3], которые
обеспечивают возможность измерять спектр нейтронов (плотность потока нейтронов) в интервале энергий от тепловой до 10 МэВ;
Методика поверки и калибровка ДСН-2 описана в [2] и включает в себя несколько этапов. На первом этапе ДКС96Н поверяется на стандартизованной установке УКПН-М. Следующим шагом является выполнение измерений с ДКС96Н (блок детектирования БДМН-96 с разными замедлителями) в поле излучения Pu-Be источника в открытой геометрии. Источник находится в сферическом полиэтиленом замедлителе диаметром 16,5 см. Дополнительно выполняется калибровка по чувствительности к тепловым нейтронам на установке УКПН-М, которая дополняется тепловой насадкой.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
В данной работе рассматривается три вида работ персонала Балаковской АЭС (и соответственно три разных источника нейтронов), когда возможно облучение нейтронным излучением:
• осмотр оборудования в помещениях гермообъема (ГО) при работе реакторной установки на мощности;
• работы в помещениях, где находятся нейтронные радионуклидные источники нейтронов (типа ИБН-7 или ИБН-9) - работы по наладке и настройке концентратомеров бора;
• вывоз и хранение отработанного ядерного топлива (ОЯТ), работа рядом с транспортным контейнером (ТК-13) с ОЯТ.
На рисунках 1 и 2 показаны точки измерения в В данной работе измерения были выполнены в
помещениях гермообъема. Измерения проводились точке 4 (возле двери в подреакторное
на площадке осмотра главного циркуляционного пространство). В остальных точках показанных на
насосного агрегата (ГЦНА) (помещение 1, см. рисунке 2 измерения спектров нейтронов были
рис.1.) на уровне пола рядом с ГЦНА, а также в выполнены при проведении исследования
различных точках вблизи реактора (см. рис.2). эффективности биологической защиты при пуске 3-
го блока Калининской АЭС [5].
Рис. 1.— Точка измерения рядом с ГЦНА Рис.2. - Схема точек измерения спектров
(помещение 1) нейтронов рядом с реактором.
Точки измерения в помещениях, где выполняются работы с источниками нейтронов (помещение 2 - помещение настройки и ремонта систем контрацетометров бора) схематично представлены на рисунке 3. На рисунках 4-6
схематично показаны точки измерения в помещениях контроля концентрации бора в теплоносителе 1 -го контура реактора обстройки 3 -го энергоблока (помещения 3, 4, 5)
Рис. 3 - Точки измерения в помещении 2
Рис. 4 - Точка измерения в помещении 3. Толстые линии -толстые бетонные стены
Рис. 5 - Точка измерения в помещении 4. Толстые линии - бетонные стены
Рис. 6 - Точки измерения в помещении 5
Спектры нейтронов утечки из контейнеров ТК13 с ОЯТ были определены расчетным способом для двух случаев, когда ТК13 находится в транспортном коридоре энергоблока (бетонный
колодец) и ТК13 находится на открытой площадке. Для расчетов использовалась Монте-Карловская программа MCNP [4]. На рисунках 7 и 8 приведена геометрия расчета.
Рисунок 7 - Геометрия расчета спектров нейтронов утечки из ТК13. ТК13 в бетоном коридоре -транспортный коридор под транспортным люком
Геометрия и материальный состав расчетной модели ТК13 для оценки спектра нейтронов расчетов представлены в работах [5,6].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
В таблице 1 приведены отдельные результаты измерений с использованием блока детектирования
Рисунок 8 - Геометрия расчета для ТК13
БДМН-96 в различных замедлителях. Результаты измерения амбиентного эквивалента дозы проведены с помощью дозиметра ДКС96Н. В таблице 2 и на рис. 9-13 приведены спектры нейтронов в отдельных точках измерения.
Таблица 1.
Показания блока детектирования БДМН-96 в используемых замедлителях.
Замедлитель Точка измерения* и Показания Блок БДМН-96 , мЗв/ч
Спектр1-ГО Спектр2-ГО Спектр1 Спектр 2
ДКС-96Н 1,92 19,4 4,62 32,5
10" 3,15 36,46 5,07 38,77
8 6,69 80,36 7,05 39,73
7 9,57 123,4 6,78 35,57
5 13,40 152,8 6,84 33,63
3 5,61 74,22 2,43 9,47
К 0,77 4,73 0,6 4,85
Г 3,40 27,8 2,31 7,25
Замедлитель Точка измерения и Показания Блок БДМН-96 , мЗв/ч
Спектр 3 Спектр 4 Спектр 5 Спектр 6 Спектр 7
ДКС-96Н 0,38 13,50 7,23 48,52 60
10" 0,83 15,58 7,23 65,42 76,96
8 0,81 21,27 9,43 78,18 94,64
7 0,95 20,55 12,30 91,34 103,04
5 0,73 16,47 11,35 78,92 90,66
3 0,38 6,67 10,37 29,62 35,04
К 0,07 1,50 4,73 6,24 6,80
Г 0,75 3,60 0,78 24,60 28,02
*Спектр 1-ГО - Помещение машины осмотра корпуса реактора; Спектр 2-ГО - Помещение ГА504/2; Спектр 1 - Помещение 2. Рядом с настроечным стендом (источник нейтронов в рабочем положении); Спектр 2 - Там же, источник нейтронов в 60 см от точки измерения; Спектр 3 - Там же, на рабочем столе; Спектр 4 - Помещение 4, точка 1; Спектр 5 - Помещение 4, точка 2; Спектр 6 - Помещение 5, точка 1; Спектр 7 - Помещение 5, точка 2
Таблица 2
Значения плотности потока нейтронов в точках измерения_
Верхняя граница группы, МэВ Плотность потока нейтронов в группе, н/(см2 с)
Точка изме рения*
1 2 3 4
4,67Е-07 683,8 5,9982 3,49Е-08 9,51Е-08
1,00Е-06 1,30Е+02 1,57Е+00 4,35Е-10 7,59Е-10
2,15Е-06 1,28Е+02 1,56Е+00 3,25Е-10 4,71Е-10
4,65Е-06 1,49Е+02 1,63Е+00 2,86Е-10 1,13Е-09
1,00Е-05 1,65Е+02 1,63Е+00 2,79Е-10 9,38Е-10
2,15Е-05 1,56Е+02 1,64Е+00 2,51Е-10 2,81Е-09
4,64Е-05 1,90Е+02 1,87Е+00 2,35Е-10 1,70Е-09
1,00Е-04 1,82Е+02 2,00Е+00 2,33Е-10 1,37Е-09
2,15Е-04 2,22Е+02 2,44Е+00 2,20Е-10 1,28Е-09
4,64Е-04 2,72Е+02 2,99Е+00 1,98Е-10 3,58Е-10
1,00Е-03 2,99Е+02 3,29Е+00 1,87Е-10 6,72Е-10
2,15Е-03 4,02Е+02 4,42Е+00 1,65Е-10 2,75Е-09
4,64Е-03 5,15Е+02 5,67Е+00 1,95Е-10 2,33Е-10
1,00Е-02 5,85Е+02 6,43Е+00 1,48Е-10 1,80Е-10
2,15Е-02 7,19Е+02 7,91Е+00 1,53Е-10 5,80Е-10
4,62Е-02 7,43Е+02 8,17Е+00 1,54Е-10 1,40Е-10
1,00Е-01 7,73Е+02 8,50Е+00 1,88Е-10 3,49Е-10
2,00Е-01 7,73Е+02 8,50Е+00 2,14Е-10 4,92Е-10
4,00Е-01 6,03Е+02 5,90Е+00 2,45Е-10 3,77Е-09
8,00Е-01 4,05Е+02 4,10Е+00 2,69Е-10 9,08Е-10
1,40Е+00 2,38Е+02 2,31Е+00 1,32Е-10 3,87Е-10
2,50Е+00 1,22Е+02 1,39Е+00 9,13Е-11 3,66Е-10
4,00Е+00 2,26Е+01 3,59Е-01 2,69Е-11 5,77Е-11
6,50Е+00 1,34Е-01 9,94Е-02 1,51Е-11 5,02Е-11
1,05Е+01 7,79Е-03 4,04Е-03 6,94Е-12 3,66Е-11
1,40Е+01 8,65Е-03 8,42Е-03 2,30Е-13 8,79Е-13
1,45Е+01 3,75Е-03 3,73Е-03 1,51Е-15 2,48Е-14
Верхняя граница группы, МэВ Плотность потока нейтронов в группе, н/(см2 с)
Точка изме рения*
5 6 7 8
4,67Е-07 0,445 0,178 0,546 5,52
1,00Е-06 9,27Е-02 2,28Е-02 2,53Е-01 1,52Е+00
2,15Е-06 9,27Е-02 2,28Е-02 2,53Е-01 1,52Е+00
4,65Е-06 9,39Е-02 2,31Е-02 2,56Е-01 1,54Е+00
1,00Е-05 9,38Е-02 2,30Е-02 2,56Е-01 1,54Е+00
2,15Е-05 9,44Е-02 2,15Е-02 2,57Е-01 1,54Е+00
4,64Е-05 9,57Е-02 1,48Е-02 2,61Е-01 1,57Е+00
1,00Е-04 9,67Е-02 1,41Е-02 2,64Е-01 1,58Е+00
2,15Е-04 9,79Е-02 9,79Е-03 2,67Е-01 1,60Е+00
4,64Е-04 9,98Е-02 9,98Е-03 2,72Е-01 1,63Е+00
1,00Е-03 1,02Е-01 1,02Е-02 2,77Е-01 1,66Е+00
2,15Е-03 1,04Е-01 9,47Е-03 2,84Е-01 1,71Е+00
4,64Е-03 1,02Е-01 1,02Е-02 2,93Е-01 1,84Е+00
1,00Е-02 1,02Е-01 8,47Е-03 2,82Е-01 1,82Е+00
2,15Е-02 1,25Е-01 6,83Е-03 3,42Е-01 2,07Е+00
4,62Е-02 1,19Е-01 7,27Е-03 3,57Е-01 1,81Е+00
1,00Е-01 1,20Е-01 6,52Е-03 4,63Е-01 2,40Е+00
2,00Е-01 1,31Е-01 7,44Е-03 4,37Е-01 3,06Е+00
4,00Е-01 2,03Е-01 8,53Е-03 6,72Е-01 4,70Е+00
8,00Е-01 3,40Е-01 1,78Е-02 1,11Е+00 6,14Е+00
1,40Е+00 5,28Е-01 3,95Е-02 1,41Е+00 6,72Е+00
2,50Е+00 6,02Е-01 1,10Е-01 1,57Е+00 7,13Е+00
4,00Е+00 6,28Е-01 1,09Е-01 1,68Е+00 7,06Е+00
6,50Е+00 3,33Е-01 4,27Е-02 1,03Е+00 4,46Е+00
1,05Е+01 1,23Е-02 2,43Е-04 1,23Е-02 1,56Е-02
1,40Е+01 8,41Е-03 3,37Е-04 8,41Е-03 8,41Е-03
1,45Е+01 3,73Е-03 1,49Е-04 3,73Е-03 3,73Е-03
*1- спектр, ГО точка 4; 2 -спектр ГО помещение 1; 3 - спектр нейтронов утечки с на 1 м от поверхности ТК13 в бетонном коридоре; 4 - спектр нейтронов утечки с поверхности ТК13 в бетонном коридоре; 5 -Помещение 3, рядом с настроечным стендом, источник нейтронов в рабочем положении; 6 - там же на рабочем столе; 7- помещение 4, точка 1; 8 - помещение 5 точка 2.
На рисунке 9 приведены спектры нейтронов, в различие спектров в диапазоне 2-3 МэВ между
помещении 1 и в точке 4 (см. рис. 2), для сравнения настоящими измерениями и представленными в
приведен спектр, измеренный в точке 4 на 3-м работе [7] можно объяснить разным методическим энергоблоке Калининской АЭС. Небольшое
подходом к восстановлению спектра (различие в априорной информации).
Как было показано в работе [7] спектры нейтронов в помещениях ГО практически мало отличаются. На рисунке 10 приведено сравнение измеренной плотности потока нейтронов (помещение 1) и расчетной (точка 2, рис. 2) из работы [8]. Различие в «мягкой» части спектра между расчетом и измерением можно объяснить
разной геометрией, где выполнялись измерения и расчет.
На рис.11 приведены расчетные спектры утечки нейтронов из ТК13. В работе [9] показано, что спектры нейтронов вблизи ТК13 (на 1 м) практически не зависят от ситуации, находится ли ТК13 в бетонном транспортном коридоре или на открытой площадке, что объясняется размерами контейнера.
Рисунок 9 - Спектры нейтронов, в помещении 1 и точки 4 (рис.2) для сравнения приведен спектр «К»- на 3-м энергоблоке Калининской АЭС
Рисунок 10 - плотность потока нейтронов
«измерение» спектр ГО помещение 1» , «расчет» -расчет спектра точка 2 (рис. 2).
На рис 12 приведены спектры нейтронов в помещении 2 вблизи источника нейтронов (работа персонала при перегрузке источника из контейнера
в установку) и на рабочем месте персонала. Спектры различаются вкладом рассеянного излучения (нейтроны ниже 0,1 МэВ).
Рисунок 11 - Плотность потока нейтронов, спектр 3 (ТК 1м) и 4 (ТК13 поверхность) из таблицы 2.
Рисунок 12 - Плотность потока нейтронов в помещении 3; 1- вблизи источника; 2- на рабочем месте. (рис. 3)
На рис. 13 приведены спектры нейтронов в помещениях 4 (точка 1) и помещение 5 (точка 2, рис. 4-6), где находятся установки по измерению концентрации бора в 1 -м контуре реактора. Точки
измерения выбраны в тех местах, где обычно находится персонал, при настройке приборов. В работе [9] показано, что спектры в этих помещениях не сильно отличаются друг от друга.
ю7 ю-6 ю5 ю4 ю3 ю2 ю1 10° ю1
энергия нейтронов, МэВ
Рисунок 12 - Плотность потока нейтронов в помещениях 3, 4, 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенной работы получены спектры нейтронов в помещениях постоянного и временного пребывания персонала Балаковской АЭС. Спектры нейтронов можно сгруппировать в 3 группы: в помещениях гермообъема, в помещениях для работ с радионуклидными нейтронными источниками, помещения и зоны, где находятся транспортные контейнеры с ОЯТ. Учитывая это, в рекомендациях по проведению индивидуального дозиметрического контроля предложено вводить единую поправку при измерениях индивидуальной дозы нейтронов с помощью альбедных нейтронных дозиметров для всех работ для каждой из этих трех групп помещений [10].
Работа выполнена в рамках контракта ООО «АтомПромИнжиниринг» и Балаковской АЭС, при поддержке А.Ю.Соколова (ген. директора ООО «АПИ»). Отдельная благодарность Е.А.Зотову (начальнику лаборатории БалАЭС) за помощь в измерениях, В.А.Пикалову и Н.Н.Бараненкову за проведение измерений.
ССЫЛКИ:
1.«Дозиметрия. Определение индивидуальной эффективной дозы нейтронного излучения». Методические указания МУ 2.6.5.052-2017. Методическое обеспечение радиационного контроля в атомной отрасли. Том.5. Москва. 2018.
2.А.Г.Алексеев, П.А.Алексеев, А.А.Янович-Измерение спектров нейтронов за биологической защитой реакторов и ускорителя НИЦ «Курчатовского института»-DOI: 10.31618^^2413-9335.2019.6.67.378- Журнал «Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) №10,(67), 2019 стр.10-16.
3.А.Г.Алексеев, В.А.Пикалов, О.В.Суманеев, Е.В.Косьяненко, Г.И.Бритвич, Е.Г.Спиров, Н.В.Кирякова, С.А.Глазунов, В.В.Александров,
С.Ф.Пономарев, А.П.Куликов, П.Ф.Масляев/ "Измерение спектров нейтронного излучения на рабочих местах разделительного производства завода по обогащению урана", журнал "АНРИ", №4, 2005г., стр.49-60.
4.Denise B. Pelowitz, MCNPX User's ManualVersion 2.6.0, April 2008 LA-CP-07-1473.
5.А.В. Курындин «Информационная система поддержки принятия регулирующих решений при транспортировании ОЯТ реакторов типа ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и РБМК-1000» /Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук,/ Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности, Москва - 2013г,с.- 109
6.Характеристика ОЯТ и задачи радиохимической технологии URL: https://studylib.ru/doc/4945260/1-harakteristika-oyat---tomskij-politehnicheskij-universitet (дата обращения 01.02.2020)
7.А.Г.Алексеев, Е.В.Косьяненко, О.В.Суманеев , В.П.Крючков. -"Измерение спектров нейтронного излучения при пуске 3-го блока Калининской АЭС", в журнале АНРИ, №2 , стр.55-61, 2006г.
8.«Установка реакторная В-320. Расчет радиационной защиты. Источники и уровни излучений при номинальном режиме. 320.00.00.00.000 РР20" ОКБ "Гидропресс", 1987.
9. Спектры нейтронов на рабочих местах Балаковской АЭС -Отчет№1/Бал-12. ООО «АПИ», Протвино,2019г.
10.Рекомендации об объеме и способах контроля индивидуальных доз облучения нейтронным и слабопроникающим (бета-, фотонным) излучениями персонала Балаковской АЭС, мощностей доз нейтронного и слабопроникающего (бета-, фотонного) излучения-Отчет № 2/Бал -12. ООО «АПИ», Протвино, 2019г.
