Способ и устройство для определения местоположения и величины скорости течи радиоактивного вещества из емкости, находящейся под давлением

011326 Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано для обнаружения утечки радиоактивного вещества из емкости, находящейся под давлением на начальной стадии утечки, а также определения местоположения и величины скорости течи. Известна акустическая система "ALUS Akustisches Leck-Uberwachungs system" для контроля течи(патент Германии DE 3336245 Al, G01M 3/24, 1985 г.). Указанное решение основано на возникновении акустической волны, появляющейся при истечении жидкости или газа из трубопровода. Эти акустические волны измеряют звуковыми преобразователями или приемниками звука, которые расположены на поверхности контролируемого трубопровода в определенном порядке. Недостатком этого решения является недостаточная достоверность определения местоположения течи и сложность интерпретации результатов измерений. Известна система влажностного контроля течи трубопровода атомной электростанции, которая содержит устройство отбора и транспортировки воздуха из воздухопроницаемой теплоизоляции трубопровода под кожухом, проходку в гермооболочке АЭС и устройство измерения влажности воздуха, включающее датчик влажности и измерительно-вычислительный комплекс. Устройство отбора и транспортировки воздуха из воздухопроницаемой теплоизоляции трубопровода под кожухом выполнено в виде патрубка, нижний торец которого сочленен через отверстие в кожухе с воздухопроницаемой теплоизоляцией трубопровода. Датчик измерения влажности воздуха установлен внутри патрубка с зазором по отношению к внутренней боковой поверхности патрубка и соединен через электрические проходки электрическими линиями связи с измерительно-вычислительным комплексом (патент РФ RU 2271045 C1, G21C 17/00, G01M3/04, F17D 5/02, 2006 г.). Недостатки этого решения следующие: невысокая заявленная чувствительность (3,8 л/ч); неопределенность по времени доставки паровоздушной смеси через теплоизоляцию, сильно зависящая от распределения плотности материала теплоизоляции и местоположения течи; расположение детектора в одной из точек по образующей трубопровода, что приводит к существенному снижению эффективности определения величины скорости течи, особенно при ее малых величинах, и диаметрально противоположной ориентации сквозного дефектного участка; неоднозначная геометрия доставки течи к детектору, что приводит к соответственной неопределенности при вычислении координат течи. Прототипом предлагаемого изобретения является способ и устройство обнаружения течи теплоносителя из трубопровода первого контура реакторной установки, содержащее проницаемый для обнаруживаемого (детектируемого) вещества коллекторный трубопровод. Коллекторный трубопровод соединен с измерительной камерой, в которой установлены датчик-влагомер и детектор объемной активности реперного нуклида в газопаровой смеси. Устройство содержит также газовые насосы, обратные клапаны и два управляемых запирающих клапана (патент Германии DE 19612947 С 1, G21C 17/017, 1997 г.). При открытых клапанах начинает работать нагнетающий насос. Поток газопаровой смеси по коллектору направляют в датчик-влагомер, затем, при наличии влаги, от давления течи срабатывает обратный клапан и запирается клапан, отсекающий нагнетающий насос от коллектора; далее включается всасывающий насос, который подает газопаровую смесь из коллектора в измерительную камеру, где посредством гамма-детектора регистрируют радиоактивность вещества. Местоположение течи вычисляется по отрезку времени с момента срабатывания запирающего клапана до начала отсчета гамма-детектора, принимая скорость продвижения потока известной и равной постоянной величине или с известной функциональной зависимостью от времени. Недостатками прототипа являются отсутствие контроля и измерения течи по образующей трубопровода, что приводит к потере информации как о величине, так и о местоположении, особенно в случае малой величины течи; использование пористых входов с размером пор 0,5-1,0 мкм, которые могут быть заглушены самой теплоизоляцией; избыточное давление, создаваемое нагнетающей помпой, делает принципиально невозможным определение величины малых течей, так как запирает вход по давлению, тем самым, делает невозможным и определение места течи; учитывая, что направление распространения паровоздушной смеси от течи внутри теплоизоляции не имеет привилегий, а сама теплоизоляция не герметична, большая часть влаги и активности будет потеряна для целей измерения и уйдет в гермообъем, что делает эффективность метода невысокой; в случае течи повышение давления приводит к запиранию ближайшего обратного клапана, что может привести к сбою системы, а именно: запирание обратного клапана может привести к несрабатыванию датчика-влагомера и, тем самым, к несрабатыванию клапана аспирационной помпы и самой помпы. Задачей изобретения является снижение нижнего предела измерения для величины скорости течи радиоактивного вещества из емкости, находящейся под давлением (в частности, из трубопровода), а также повышение точности определения местоположения течи. Сущностью изобретения является то, что в способе определения местоположения и величины скорости течи радиоактивного вещества из емкости, находящейся под давлением, согласно которому поток-1 011326 газа-носителя по коллектору направляют в измерительную камеру, где измеряют объемную активность реперного радионуклида в газопаровой смеси, согласно изобретению выбирают контролируемые участки емкости, как наиболее опасные с точки зрения возникновения течи, плотно опоясывают эти участки коробами, поток газа-носителя через втулки направляют на поверхность контролируемых участков, и, далее, после обтекания всей поверхности контролируемых участков направляют через открытые, управляемые клапаны в коллектор и далее в измерительную камеру. При обнаружении течи путем индикации наличия реперного нуклида все клапаны закрывают, затем их последовательно открывают и радиоактивную газопаровую смесь по коллектору доставляют в измерительную камеру. По измеренной величине объемной активности реперного нуклида вычисляют величину скорости течи, а местоположение течи определяют по заданной топологии управляемых клапанов. В предпочтительном варианте исполнения клапанами управляют заданным алгоритмом. Сущностью изобретения является также то, что предложено устройство для определения местоположения и величины скорости течи радиоактивного вещества из емкости, находящейся под давлением,содержащее насос, управляемые клапаны и коллектор, соединенный с измерительной камерой, в которой установлен измеритель объемной активности реперного нуклида в газопаровой смеси, в котором, согласно изобретению контролируемые участки емкости, выбранные, как наиболее опасные, с точки зрения возникновения течи, плотно опоясаны коробами, каждый короб имеет диаметрально противоположно расположенные втулки для входа и выхода газа-носителя, выходные втулки через управляемые клапаны соединены с коллектором, а аспирационный насос установлен на выходе измерительной камеры. В предпочтительном варианте исполнения емкостью, находящейся под давлением, является трубопровод первого контура АЭС, а клапаны электромагнитные. Также в предпочтительном варианте исполнения короб может содержать направляющие для равномерного обтекания контролируемой поверхности, а контролируемые участки могут быть теплоизолированными дополнительно паропроницаемым материалом. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого устройства. Ниже приводится реализация предлагаемого способа. Согласно предлагаемому способу определения местоположения и величины скорости течи радиоактивного вещества из емкости, находящейся под давлением, выбирают контролируемые участки емкости, как наиболее опасные с точки зрения возникновения течи (например, сварные швы, фланцевые соединения и т.д.). Эти участки плотно опоясывают коробами с входными и выходными втулками, а поток газа-носителя через втулки направляют на поверхность контролируемых участков. После обтекания всей поверхности контролируемых участков поток газа-носителя направляют через открытые, управляемые электромагнитные клапаны в коллектор, а оттуда направляют в измерительную камеру, где измеряют(одноканальным или многоканальным спектрометром) наличие в газопаровой смеси реперного нуклида,который однозначно поступает из первого контура (например, N16). При обнаружении течи все клапаны закрывают, затем их последовательно открывают, и радиоактивную газопаровую смесь по коллектору направляют в измерительную камеру, при этом время перемещения смеси составляет 4 с при длине 50 м, а объем измерительной камеры 12 л. По измеренной величине объемной активности реперного нуклида вычисляют величину течи, а местоположение течи определяют по заданной топологии управляемых клапанов, причем клапанами управляют заданным алгоритмом. Для контроля тенденции течи может быть предусмотрено сохранение базы данных, относящихся к активности реперного нуклида. По предлагаемому способу нижний предел определения величины скорости течи составляет 510-4 л/ч, что значительно ниже, чем в известных способах (обычно более чем 20,0 л/ч). Способ реализован посредством устройства, приведенного на чертеже. Устройство для определения местоположения и величины скорости течи радиоактивного вещества из емкости (трубопровода) (1), находящейся под давлением, содержит коллектор (2), соединенный с измерительной камерой (3) (например, цилиндром), в которой установлен измеритель (4) объемной активности реперного нуклида в газопаровой смеси (например, одноканальный или многоканальный спектрометр на основе кристалла NaI). Контролируемые участки трубопровода, выбранные, как наиболее опасные с точки зрения возникновения течи (т.е. участки максимального риска появления сквозных дефектов, подтвержденных расчетами, конструкционными или технологическими особенностями оборудования, например сварные швы, фланцевые соединения), плотно опоясаны коробами (5), представляющими собой бандажные пояса, ограничивающие эти участки. Короба (5) могут быть изготовлены, например, из нержавеющей стали или термостойкой пластмассы. Каждый короб имеет диаметрально противоположно расположенные втулки для входа (6) и выхода (7) газа-носителя. Выходные втулки (7) через управляемые электромагнитные клапаны (8) соединены с коллектором (2). На выходе измерительной камеры (3) установлен аспирационный насос (9). Короба (5) могут быть снабжены направляющими (на чертеже не показаны) для равномерного обтекания газа-носителя всей поверхности контролируемых участков.-2 011326 Контролируемые участки могут быть дополнительно теплоизолированы паропроницаемым материалом (10), что позволит избежать дополнительных тепловых потерь. Устройство работает следующим образом. При включенном насосе (9) газ-носитель через входные втулки (6) поступает в короба (5) и благодаря направляющим (на чертеже не показано) равномерно обтекает всю поверхность контролируемых участков трубопровода (1). Затем через выходные втулки (7) и через открытые управляемые электромагнитные клапаны (8) газ-носитель поступает в коллектор (2), а оттуда - в измерительную камеру, где проверяют (одноканальным или многоканальным гамма-спектрометром), содержится или нет в газопаровой смеси реперный радионуклид (например, N16). При обнаружении течи (по реперному радионуклиду) все клапаны (8) закрывают, затем их последовательно открывают и радиоактивную газопаровую смесь по коллектору (2) направляют в измерительную камеру (3). По измеренной величине объемной активности реперного радионуклида вычисляют величину течи, а местоположение течи определяют из заданной топологии управляемых клапанов. К измерительной камере (3) могут быть одновременно подсоединены несколько коллекторов. В этом случае на коллекторах, до измерительной камеры (3), дополнительно устанавливают электромагнитные клапаны. Последовательно открывая эти клапаны, можно опросить все коллекторы со своими трубопроводами. Наличие точных данных о местоположении и величине течи на ранней стадии утечки позволяет принимать оптимальные решения и контролировать возможное увеличение утечки. Данный способ можно, при необходимости, распространить на всю поверхность по длине трубопровода. Способ может быть использован для контроля герметичности трубопроводов первого контура АЭС при гидроиспытаниях, а также при переработке жидких радиоактивных отходов на АЭС и специализированных предприятиях. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения местоположения и величины скорости течи радиоактивного вещества из емкости, находящейся под давлением, согласно которому поток газа-носителя по коллектору направляют в измерительную камеру, где измеряют объемную активность реперного нуклида в газопаровой смеси,отличающийся тем, что наиболее опасные для возникновения течи участки плотно опоясывают коробами, поток газа-носителя через втулки направляют на поверхность этих участков и далее направляют через открытые управляемые клапаны в коллектор и далее в измерительную камеру, а при обнаружении течи путем индикации наличия реперного нуклида все клапаны закрывают, затем их последовательно открывают и радиоактивную газопаровую смесь по коллектору газом-носителем доставляют в измерительную камеру, где по измеренной величине объемной активности реперного нуклида вычисляют величину скорости течи, а местоположение течи определяют из заданной топологии управляемых клапанов. 2. Устройство для определения местоположения и величины скорости течи радиоактивного вещества из емкости, находящейся под давлением, содержащее насос, клапаны и коллектор, соединенный с измерительной камерой, в которой установлен измеритель объемной активности реперного нуклида в газопаровой смеси, отличающееся тем, что наиболее опасные для возникновения течи участки емкости плотно опоясаны коробами, имеющими диаметрально противоположно расположенные втулки для входа и выхода газа-носителя, при этом выходные втулки через управляемые клапаны соединены с коллектором,а насос установлен на выходе измерительной камеры. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что емкостью, находящейся под давлением, является трубопровод. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что клапаны элекромагнитные.