Статья посвящена анализу возможности разработки устройства для радиационного модифицирования полимеров с использованием отработавших ТВС.Практическая значимость состоит в создании уникальных полимерных композиционных материалов при помощи радиационных технологий, которые отвечают основным принципам «зеленой» химии.
Ключевые слова: ядерный реактор, ТВС, ВВЭР-ц.
Введение
Исследовательский ядерный реактор ВВР-ц [1] мощностью 15 МВт эксплуатируется в ФГУП «НИФХИ им. Л. Я. Карпова» (г. Обнинск) с 1964 г. и представляет собой гетерогенный водо-водяной исследовательский реактор, специализированный для проведения широкого круга работ в области радиационной химии, структурных и материаловедческих исследований, активационного анализа, нейтронного легирования полупроводников и т. д. В статье исследуется возможность разработки устройства для радиационного модифицирования полимеров с использованием отработавших ТВС реактора ВВР-ц.
Расчет дозных полей с источником излучения в виде отработанных ТВС.
Одной из основных задач при расчетах радиационно-химических (радиационно-биологических установок) является определение гамма-излучения. Мощность поглощенной дозы (МПД) гамма-излучения определяется по общеизвестным формулам для изотопов, испускающих гамма-кванты с одной или двумя энергиями, например: 137 Cs (Е = 0,661 МэВ), 60 Co (E = 1,17МэВ) и другие.
Определение МПД гамма-излучения от изотопов, испускающих гамма-кванты с большим числом разных энергий, представляет большую трудность. К подобным изотопа относятся: 116 In (Е = 2,12; 1,77; 1,52; 1,30; 1,11; 0,82; 0,42; 0,13 МэВ) в сочетании с изотопами, например, Ga, Sn и др.; 56 Mn (E = 3,39; 2,96; 2,66; 2,52; 2,12; 1,81; 0,845 МэВ) и другие, а также отработанные ТВС ядерных реакторов, содержащие большое число радиоактивных изотопов со сложным спектром. В отличие от спектра изотопов, например, 116 In и 56 Mn, у которых сложный спектр гамма-излучения не изменяется со временем выдержки при облучении их в реакторе или со временем выдержки их в радиационной установке. Спектр ТВС значительно изменяется, что создает трудности при расчетах МПД.
При проведении радиационно-химических и радиационно биологических процессов в блочных системах (в отличие от защиты) толщины облучаемых объектов обычно составляют 1–2 длинны свободного пробега [2]. Проведенные эксперименты и расчеты показали возможность и целесообразность создание одногрупповой методики, существенно упрощающей определение дозных полей гамма-излучения от источников со сложным спектром. В [3] получены значения эффективных энергий для ТВЭЛов в зависимости от толщины облучаемого материала и времени работы реактора. Согласно этой методике, находятся значения эффективных энергий для различных продуктов деления 235 U.
Экспериментальные исследования спада активности ТВС реактора, работавших в нестационарном режиме.
Существенной особенностью при использовании отработанных ТВС реактора, работавших в нестационарном режиме, является определение спада их активности.
Из реактора долгое время, работавшего в нестационарном режиме, было выгружено 10 ТВС. При этом исследование спада активности всех ТВС производилось после двухдневного охлаждения их в бассейне. Относительный спад активности ТВС определялся по соответствующему спаду мощности гамма-излучения ТВС.
Данные по активностям ТВС, представленные в таблице 1, показывают, что для ТВС, загруженных в гамма-установку через два дня после остановки реактора, активность колеблется в интервале 8000–10000г-экв. радия.
Таблица 1
Активность ТВС после выгрузки из реактора.
|
№ ТВС |
Активность (г-экв. радия) |
Время выдержки (дней) |
|
1 |
10000 |
2 |
|
2 |
8150 |
2 |
|
3 |
8150 |
2 |
|
4 |
8860 |
2 |
|
5 |
7870 |
2 |
|
6 |
4930 |
4 |
|
7 |
6200 |
4 |
|
8 |
7400 |
4 |
|
9 |
5545 |
4 |
|
10 |
6980 |
4 |
Быстрый спад активности является одной из трудностей при использовании отработавших ТВС. Одной из особенности ОТВС, как источник гамма-излучения, является неравномерное распределение активности по его длине. А при проведении радиационных процессов необходимо знать распределение по объёму аппарата [4].
Разработка радиационно-химического контейнера для проведения экспериментов.
На рисунке 1 представлена схема радиационно-химического контейнера, который разработан для облучения полимеров. ОТВС реактора ВВР-ц является мощным источником гамма-излучения. Этот принцип лежит в основе разработанного устройства, в котором происходит процесс получения экспериментальных данных на полимерных образцах.
Рис. 1. Схема радиационно-химического контейнера (РХК)
Сверху РХК расположены 2 клапана для создания вакуума и откачки воздуха, в связи с его окислительной активностью, и заполнения контейнера газами (азот, ацетилен). На крышке расположен вакуумный монометр для регулирования давления в контейнерах. В контейнере располагаются образцы полимера (Например, сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Он проявляет уникальные механические свойства, обладает высокой износостойкостью, стойкостью к удару, превосходя по данным качествам другие полимеры и многие сорта стали.) и пленочные дозиметры для контроля мощности поглощенной дозы. Разработанный контейнер погружается во временное хранилище отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС). Время нахождения контейнера в хранилище варьируется от нескольких часов до суток.
Заключение
На сегодняшний день ведутся эксперименты по облучению различных материалов в разработанном устройстве. Подбирается такой режим облучения образца, чтобы увеличить его прочностные характеристики без потери эластичности.
Литература:
- Кочнов, О. Ю. Реактор ВВР-Ц: опыт эксплуатации и перспективы развития / О. Ю. Кочнов, Н. Д. Лукин, Л. В. Аверин // Ядерная и радиационная безопасность. — 2008. — № 1(47). — С. 18–25. — EDN ISIAXH.
- Брегер А. Х. (ред.). Основы радиационно-химического аппаратостроения. — Атомиздат, 1967.
- Дунаев Л. М., Дроздов В. Е., Орленко Н. И. Одногрупповая методика расчета дозных полей от источников γ-излучения со сложным спектром // Атомная энергия. Том 28, вып. 6. — 1970. — С. 493.URL https://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t28–6_1970/0012/
- Смирнов С. В. Разработка экспериментальных приборных средств и методик их применения для поиска и характеризации источников ионизирующего излучения в сложной радиационной обстановке: дис. — Автореферат диссертации кандидата физико-математических наук.–Москва, 2010.–104 с, 2010.
