РАЗВИТИЕ ВНУТРИРЕАКТОРНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ

На многих реакторах РБМК-1000 в качестве внутриреакторных датчиков СУЗ или СКУЗ используются малогабаритные триаксиальные камеры деления (МТКД), обладающие благодаря особенностям своей конструкции повышенной надежностью, простотой изготовления и способностью работать длительное время при высоких температурах, интенсивных полях нейтронного и гамма-излучения. Основная особенность МТКД - конструктивное исполнение линии связи и чувствительной части, как единого целого, на основе триаксиального кабеля. В результате собирающий электрод МТКД по всей длине (включая рабочий объем) отделен от корпуса охранным электродом. На рис.7 показана токовая МТКД типа КТВ-17, используемая в системах ЛАР и ЛАЗ [12]. Камера имеет интегральную конструкцию, поскольку центральный электрод камеры является продолжением центральной жилы триаксиального кабеля линии связи, а охранный электрод камеры - продолжением промежуточной оболочки кабеля. Материалом электродов камеры служит коррозионно-стойкая сталь, а изоляцией -спрессованный оксид магния. Три участка наружной оболочки кабеля длиной по 50 мм, равномерно распределенные по высоте активной зоны, электрически соединены изолированными от охранного электрода перемычками с центральным электродом камеры и служат в качестве собирающего электрода; поверхность этих участков (площадью ~25 см2) покрыта слоем урана толщиной 0,1 мг/см² с обогащением по U235 1,4 %. Последнее выбрано для обеспечения максимальной стабильности чувствительности камеры в течение срока службы.

Рисунок 7 Схема малогабаритной триаксиальной камеры деления: 1 - втулка биологической защиты; 2 - линия связи; 3 - переходник; 4 - собирающий электрод; 5 - охранный электрод; 6 - перемычка; 7 - корпус камеры; 8 - дистан-ционирующий изолятор; 9 - защитная трубка; 10 - разъем с герметизирующими изоляторами; 11 - низкоомный измеритель тока; 12 - источник питания

На охранном электроде автоматически поддерживается с точностью до ± 5 мВ тот же потенциал (75 В), что и на собирающем электроде. Таким образом устраняются возможные фоновые токи между собирающим и охранным электродами. Сигнал КТВ-17 составляет на номинальном уровне мощности около 100 мкА. Срок службы КТВ-17 в РБМК-1000 достигает 10 лет. Интенсивность отказов не превышает 6 % в год.

Дальнейшее совершенствование и создание новых типов внутриреакторных датчиков для РБМК определялось стремлением снизить их стоимость, повысить надежность и срок службы, уменьшить паразитное поглощение нейтронов в материалах, освободить занимаемые датчиками каналы СУЗ с целью размещения в них дополнительных стержней регулирования, сохранив при этом безынерционный контроль распределений энерговыделения по радиусу и высоте активной зоны.

В последовательности развития внутриреакторных детекторов РБМК после 1978 г., когда были внедрены малогабаритные камеры деления КТВ-17 систем ЛАР и ЛАЗ, следует в первую очередь сказать о безынерционных ДКЭВ 1-го и 2-го энергоблоков ИАЭС, а также 3-го энергоблока САЭС, где, начиная соответственно с 1983, 1987 и 1989 гг., используются для безынерционного контроля аксиальных распределений плотности потока нейтронов гамма-камеры в "каналах-конвертерах n - γ". Гамма-камеры расположены в 20 каналах СУЗ на расстоянии 25 см от ближайших ТВС и сигнал их в основном (на 98 %) определяется реакцией n - γ в материалах канала и камер, что делает эти гамма-камеры практически безынерционным детектором плотности потока нейтронов. В циркониевом канале СУЗ с внутренним диаметром 82 мм размещен полый цилиндрический вытеснитель, изготовленный из коррозионно-стойкой стали. По длине вытеснителя расположены четыре "сухие" трубки для размещения четырех сборок гамма-камер типа КТ-21 и четыре резервные трубки. В центре вытеснителя размещена "сухая" трубка для размещения малогабаритной камеры деления типа КТ-19, предназначенной для периодической калибровки чувствительности гамма-камер η к плотности потока тепловых нейтронов. В верхней части вытеснителя размещены герметичные разъемы для соединения сборок гамма-камер с линиями связи. Изменение η за счет "выгорания" элементов конструкции вытеснителя составит за 30 лет примерно 10 %.

Рисунок 8 Схема сборки МТКД: 1 - ниппель; 2 - колпачок; 3 - заглушка; 4 - дистанциионирующий элемент; 5 и 14 - собирающие электроды; б - перемычка; 7 - корпус; 8 - центральные жилы; 9 - милливольтметр; 10 - наружный электрод кабеля; 11 - промежуточный (охранный) электрод кабеля; 12- источник питания; 13- крышечка

Каждая сборка гамма-камер типа КТ-21 (рис.8) содержит две чувствительные секции длиной 10 см. Сборка гамма-камер имеет общий герметичный корпус 7, общий охранный электрод 11, общую изоляцию и общий рабочий объем. Сборки изготавливаются на основе двужильного триаксиального кабеля, имеющего две центральные жилы 8, изолированные друг от друга и от охранного электрода. Каждая жила с помощью изолированной перемычки подключается к своей секции собирающего электрода. Диаметр сборки в активной зоне 7 мм, рабочее напряжение -100 В.

Сборки продемонстрировали максимальную стабильность характеристик (чувствительности и вольтамперных характеристик) при использовании в качестве наполняющего газа азота и меж-электродной изоляции из оксида алюминия. Срок службы таких сборок не менее 10 лет. В качестве их недостатка можно рассматривать большое паразитное поглощение нейтронов и использование ячейки активной зоны, что препятствует увеличению ДКЭВ в активной зоне.

Следующим этапом развития внутриреакторных детекторов для реакторов РБМК было создание и внедрение с 1996 г. на ряде РБМК-1000 (1-м и 2-м энергоблоках ЛАЭС и 1-м энергоблоке КАЭС) четырех секционных безынерционных эмиссионных датчиков аксиального распределения плотности потока нейтронов с эмиттером из HfO₂, предназначенных для установки в центральную "сухую" гильзу ТВС. Четыре чувствительных секции датчиков длиной 173 см каждая, выполненные из того же кабеля КДМС(ГФ), что и чувствительный элемент ДКЭР, равномерно распределены по высоте активной зоны в заполненной аргоном герметичной гильзе наружным диаметром 6 мм. Сигналы от оболочки эмиттера каждой секции передаются до разъема датчика на выходе из ТВК и далее коаксиальным кабелем типа КНМСС наружным диаметром 1,5 мм. От нижнего края каждой секции до границы активной зоны с отражателем размещены отрезки линии связи, центральная жила которых подсоединена к оболочке эмиттера чувствительного элемента, что обеспечивает уменьшение погрешности в измерениях аксиального оффсета (высотного перекоса распределения энерговыделения), связанной с погрешностью оценки гамма-чувствительности кабеля линии связи. Планируется оснащение такими детекторами всех реакторов РБМК-1000 в составе комплексной системы контроля, управления и защиты реактора.