proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Авторские права
  Агентство  ПРоАтом. 27 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[11/10/2005]     Новые приборы для сортировки РАО в реабилитационных работах в РНЦ КИ

А.Г.Волкович, В.Г.Волков, А.С.Данилович, О.П.Иванов, С.В.Смирнов, В.Е.Степанов, ФГУ РНЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия

Введение

В РНЦ "Курчатовский институт" проводятся работы по реабилитации территории временных хранилищ радиоактивных отходов (ВХРАО). На территории располагалось 11 временных хранилищ с РАО. В настоящее время идут работы по ликвидации последнего хранилища, представляющее собой бетонно-кирпичную траншею в земле, в которую были помещены РАО, залитые бетонным раствором. Для поддержания нормальной дозовой обстановки на площадке проведения работ вокруг этого хранилища было сооружено дополнительное защитное укрытие из бетонных блоков с перекрытиями бетонными плитами. Разборка хранилища производится сверху с помощью механических средств, для чего сдвигается одна из плит перекрытия. РАО выгружаются либо в металлические контейнеры (низкоактивные РАО), либо в бетонные контейнеры (среднеактивные РАО) с помощью радиоуправляемых роботов. Для дистанционного измерения характеристик радиоактивных загрязнений (и сортировки РАО) применяется комплекс приборов и систем, который был разработан и изготовлен для использования совместно со средствами робототехники при проведении аварийных, дезактивационных и реабилитационных работ с радиоактивными источниками или отходами.

Комплекс включает следующие системы и приборы:
– компактную гамма-камеру "Гаммавизор" для получения гамма изображений в условиях сильного гамма-излучения;
– пороговые коллимированные детекторы для сортировки РАО и оповещении персонала о превышении установленного порога МЭД.

Новые приборы применялись в этих работах совместно со стандартными измерительными средствами (гамма- и бета-радиометры, индивидуальные дозиметры и т.д.).

Данные разработки выполнены в рамках реализации проекта "Реабилитация". Государственным заказчиком этого проекта является Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом).

Гаммавизор

При проведении реабилитационных работ, а также работ по выводу ядерных установок из эксплуатации требуется проводить картирование распределения загрязнения элементов оборудования, стен и пола помещений гамма радионуклидами. Для таких измерений возможно применение приборов и систем основанных на дистанционных методах получения информации о радиоактивных источниках. В последнее десятилетие рядом фирм и лабораторий разработаны различные приборы для дистанционного определения распределений радиоактивных загрязнений [1,2], в том числе для получения гамма изображений исследуемых объектов [3,4].

Для сопровождения работ по реабилитации территории временных хранилищ РАО в РНЦ КИ и, в частности, для контроля за выгрузкой радиоактивных отходов из хранилищ, был разработан прибор для получения гамма-изображений – гаммавизор [5,6]. Схема гаммавизора приведена на рис.1. Прибор состоит из блока детектирования гамма-излучения 5, помещенного в свинцовую защиту 7, со сменным двуконусным коллиматором 6 для формирования гамма-изображения и черно-белой видеокамеры 1, закрепленной на корпусе защиты.

Толщина свинцовой защиты 20 мм. Защитный корпус крепится на поворотном устройстве, установленном на подставке (треноге). Блок детектирования состоит из сцинтилляционного кристалла СsI(Tl) (толщиной 3мм и 40 мм) 2; масштабирующей волоконно-оптической пластины (фокона) 3; усилителя света на основе МКП 5 и цифровой видеокамеры с объективом для считывания изображения с экрана МКП 8, и ввода его в компьютер. Прибор соединяется с управляющим компьютером кабелями (кабель управления и кабель видеокамеры) длиной 50 м. В качестве управляющего компьютера применяется персональный компьютер, смонтированный в едином блоке в виде переносного чемодана.



Рис. 1. Фото и схема прибора для получения гамма изображений.

Гаммавизор имеет набор сменных двуконусных коллиматоров, позволяющий менять полный угол зрения и пространственное разрешение прибора. Сменные коллиматоры имеют размеры 18х20 мм и выполнены из вольфрамового сплава с содержанием вольфрама 96% (плотность 17,2 г/см3). Параметры коллиматоров – размеры 18 мм х 20 мм, углы зрения – 300, 450, 600, диаметры отверстий коллиматоров – 1.8 мм, 5 мм, 2.2 мм соответственно.

Принцип работы гаммавизора заключается в следующем: двуконусный коллиматор формирует на плоском сцинтилляционном кристалле гамма-изображение объекта. Световое изображение, возникающее в кристалле, передается по фокону на входное окно усилителя света на основе МКП. Усиленное световое изображение считывается с выходного окна усилителя цифровой видеокамерой и передается в компьютер. Разработанное программное обеспечение позволяет выбирать время экспозиции кадра, суммировать эти кадры, вычитать фоновые кадры, проводить математическую обработку изображений в процессе работы прибора. Полученные и обработанные гамма-изображения отображаются в псевдоцветах и накладываются на черно-белые видеоизображения объекта, передаваемые с внешней видеокамеры гаммавизора для идентификации наиболее активных источников.

Пороговые коллимированные детекторы

Для сортировки РАО по активности были разработаны и изготовлены пороговые коллимированные детекторы (ПКД) на основе датчиков сцинтиллятор – фотодиод, работающих в токовом режиме.

ПКД состоит из детектора гамма излучения, помещенного в свинцовую защиту, и измерительного блока со звуковой и световой сигнализацией (рис.2). Детектор гамма-излучения состоит из сборки сцинтиллятор CsI(Tl) (50 см3) + фотодиод и предусилителя сигнала, размещенной в едином корпусе. Сигнал с детектора поступает в блок управления прибора. Показания прибора соответствуют МЭД, создаваемой источниками, попадающими в поле зрения прибора. Прибор имеет регулируемый порог срабатывания, при превышении которого включается сигнализация прибора.

Два ПКД были установлены на средства спецтехники (экскаваторы). Также были изготовлены ПКД в виде автономных приборов для установки на треноге. На рис.3 представлены фотографии этих приборов. Питание прибора осуществляется от бортовой сети транспортного средства, на которое он устанавливается, или от аккумулятора – при работе прибора в автономном режиме. Измерительный блок прибора устанавливается в кабине.



Рис. 2. а) Схема ПКД: 1 –свинцовая защита, 2 – угол коллимации прибора, 3 – детектор сцинтиллятор фотодиод, б) Внешний вид блока управления прибора.



Рис. 3. а) ПКД установленный на треноге, б) ПКД установленный на экскаваторе.

 
Основные технические параметры ПКД:
Детектор  	 		 	сцинтиллятор + фотодиод
Тип сцинтиллятора 	 	 	CsI(Tl)
Объем сцинтиллятора 	 	 	50см3
Размеры детектора (с предусилителем) 	53х95 мм
Толщина свинцовой защиты 	 	3 см
Минимальный порог срабатывания 	 	0.15 мР/ч
Максимальный порог срабатывания 	5 мР/ч
Диапазон регулировки порога 	 	30 раз
Индикация 	 	 		цифровое значение напряжения 
 	 	 	 	 	с датчика (пропорционально МЭД)
Сигнализация 	 	 		звуковая и световая 
Вес детектора с защитой 	 	12 кг
Принцип работы прибора состоит в следующем. Прибор устанавливается таким образом, чтобы область проведения работ попадала в поле зрения коллиматора. Как только в поле зрения коллиматора прибора появляется источник излучения, активность которого выше пороговой активности (сигнал от источника превышает установленное пороговое значение), включается звуковая и световая сигнализация прибора.

Применение новых приборов для сортировки РАО

Временное хранилище РАО представляет собой бетонно-кирпичную траншею в земле, в которую помещались РАО (в основном различные части реакторного оборудования, загрязненные радиоактивными веществами) и заливались бетоном. Для создания нормальной дозовой обстановки на площадке проведения работ, вокруг разбираемого хранилища было сооружено дополнительное защитное укрытие из бетонных блоков с перекрытиями бетонными плитами (рис.4). Разрушение хранилища производилась сверху с помощью гидромолота, для чего сдвигалась одна из плит перекрытия.

В зависимости от их активности РАО загружают в различные контейнеры. Низкоактивные отходы в металлические контейнеры типа КРАД, среднерадиоактивные отходы в бетонные контейнеры типа НЗК, высокоактивные – в специальные металлические контейнеры с внутренней бетонной вставкой (толщина бетонной стенки –25 см). Для транспортировки данных контейнеров установлены нормы по МЭД, измеряемой на стенке контейнера и на расстоянии 1 м от стенки. Исходя из этих норм, можно оценить активность РАО, которые могут быть загружены в контейнер.

РАО выгружались в контейнеры с помощью радиоуправляемых роботов или экскаватора. Для наблюдения за ходом работ и определения наиболее активных элементов РАО гаммавизор был установлен на подставке за бетонной стеной защиты. Для уменьшения фоновой засветки детектора, он был помещен в дополнительную свинцовую защиту толщиной 5 см (на рисунке не показана). Регистрация гамма-изображений проводилась через отверстие в стене. В приборе использовался коллиматор с углом зрения 300, что позволяло видеть практически всю область проведения работ. В режиме наблюдения получались последовательные гамма-изображения; время получения одного гамма-изображения – 160сек.



Рис. 4. Схема проведения работ и размещения приборов.1 – уровень земли,2 – дополнительное защитное укрытие из бетонных блоков с перекрытием из бетонных плит,3 – экскаватор для выгрузки РАО из хранилища, 4 – РАО подготовленные к загрузке в контейнеры,5 – угол зрения порогового коллимированного детектора, 6&10 – пороговый коллимированный детектор,7 – поле зрения гаммавизора,8 – гаммавизор, установленный на подставке на входе в хранилище,9 – усиленный контейнер для высокоактивных РАО.

Работы по извлечению РАО из хранилища с применением гаммавизора проводились следующим образом. Сначала получали гамма изображение хранилища и по совмещенному гамма и видео изображению на экране компьютера прибора определяли наиболее активные элементы РАО. После этого оператор радиоуправляемого робота, используя полученное изображение, помещал выбранные элементы РАО в соответствующие контейнеры. Прибор в это время работал в непрерывном режиме получения гамма изображений, и оператор мог следить за изменением распределения наиболее активных источников.

При появлении нового активного источника работы приостанавливались, проводились измерения его активности, и принималось решение об его извлечении. Измерения активности источника проводилась с помощью ПКД, установленного внутри хранилища. Источник помещался на специальную подставку, расположенную на заданном расстоянии от прибора. В зависимости от активности источника выбирался тип контейнера для его размещения.

Низкоактивные отходы вынимались с помощью экскаватора через проем в защитном перекрытии хранилища и упаковывались в контейнеры КРАД.

На рис.5 приведены последовательные гамма-изображения, полученные во время работ по извлечению РАО из хранилища и загрузки их в контейнеры. На рис.5а видно, что наиболее активным источником является трубка с сильным радиоактивным загрязнением – показана стрелкой. На рис.5в показан процесс переноса трубки роботом в контейнер хранилища. После удаления трубки из поля зрения прибора самым ярким источником на изображении является группа пеналов в развале хранилища (рис.5с).

Порог срабатывания для ПКД, установленного на экскаваторе, рассчитывался по величине значения МЭД, создаваемой РАО допустимой активности для металлического контейнера с расстояния 5 м (расстояние от прибора до ковша экскаватора). При превышении порога срабатывания РАО помещались в бетонный контейнер. ПКД на треноге размещался на расстоянии 3 м от проема в защитном сооружении хранилища (см. рис.4). При извлечении РАО из хранилища ковш экскаватора останавливался в поле зрения коллиматора прибора. Сортировка отходов происходила таким же образом. Порог срабатывания устанавливался из расчета, что расстояние от источников излучения до прибора 3 м.

Нахождение, с помощью визуализации, и удаление в первую очередь наиболее активных отходов, значительно (в 2-5раз), снижало МЭД внутри дополнительного защитного сооружения, что позволяло извлекать экскаватором низкоактивные РАО через верхнее перекрытие защитного сооружения.

Заключение

Приборы применялись в течение всего цикла проведения работ по выгрузке РАО из временных хранилищ. Применение гаммавизора совместно со средствами робототехники МЧС России (роботы BROKK различных типов) позволило дистанционно локализовать и извлекать наиболее активные источники излучений, что приводило к значительному снижению МЭД как внутри хранилища, так и снаружи защитного сооружения. Специальную модификацию гаммавизора можно установить на робот и использовать его как средство радиационной разведки и поиска источников, передавая данные с прибора на пульт оператора.

Приборы для получения гамма-изображений применяются для обследования загрязненных радиоактивными веществами элементов оборудования и помещений на стадии подготовки этого оборудования к разборке. Впервые для приборов такого класса, он применялся в режиме реального времени непосредственно в процессе работ с РАО, причем располагался в сильном поле гамма-излучения.

Использование ПКД показали большую эффективность их использования для сортировки отходов. После загрузки контейнеров на площадке ВХРАО производилась характеризация контейнеров (определение радионуклидного состава отходов и суммарной активности РАО, загруженных в контейнер) с помощью гамма-спектрометрического комплекса "ORTEC". Измерения показали, что активность РАО, загруженных в контейнеры разных типов, не превышали нормативные значения. Установленная на приборах звуковая и световая сигнализация предупреждала персонал о превышении пороговых значений МЭД, что позволило значительно снизить дозовые нагрузки на персонал и исключить влияние "человеческого фактора" при работе с РАО.

Результаты, полученные при применении новых приборов и средств диагностики, разработанных и изготовленных в рамках проекта "Реабилитация", показали большую эффективность их использования в работах по разборке временных хранилищ РАО в РНЦ "Курчатовский институт".



Рис. 5. Гамма изображения хранилища, полученные при извлечении РАО и загрузки их в контейнеры.

Литература:
1.Large scale testing program in USA http://www.fetc.doe.gov/dd/sitemap/sitemap.htm
2.A.N.Sudarkin, O.P.Ivanov, V.E.Stepanov et al./High Energy Radiation Visualizer (HERV).A New System for Imaging in X Ray and Gamma Ray Emission Regions.–IEEE Trans.on Nuc.Sci.v.43,N4, p.2427, 1996.
3.M.Gmar, O.Gal, C.Le Goaller, O.P.Ivanov, V.N.Potapov, V.E.Stepanov, F.Laine, F.Lamadie./Development of coded aperture imaging with a compact gamma camera –IEEE NSS MIC conference record on CD,Portland,Oregon,October 19 25,2003.
4.O.P.Ivanov, A.N.Sudarkin, V.E.Stepanov and L.I.Urutskoev /Portable Digital X Ray and Gamma Ray Imaging with Coded Mask –Performance Characteristics and Methods of Image Reconstruction –Nuclear Instruments &Methods in Physics Research, A 422 (1999), 729 734
5.O.P.Ivanov, V.E.Stepanov, V.G.Volkov, A.G.Volkovich, S.V.Smirnov, A.S.Danilovich./New Portable Gamma Camera for Nuclear Environment and its Application at Rehabilitation Works –Book of abstracts IEEE NSS MIC Conference,Rome,Italy, October 16 23,2004, p.89.
6.V.N.Potapov, O.P.Ivanov, S.M.Ignatov, N.K.Kononov, V.E.Stepanov, V.G.Volkov /New Instruments and Radioactivity Measurement Methods Applied in Rehabilitation Activities at RWDS of RRC Kurchatov Institute –Book of abstracts WM'05 Conference,February 27 –March 3, 2005, Tucson, AZ


По материалам конференции «Безопасность ядерных технологий: экономика безопасности и обращение с ИИИ»  

 
Связанные ссылки
· Больше про Экология
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Экология:
Радиоактивность углей и продуктов их сжигания

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 5
Ответов: 1


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

Извините, комментарии не разрешены для этой статьи.





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.09 секунды
Рейтинг@Mail.ru