УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМИ КОНТРОЛЮ ГЕРМЕТИЧНОСТІ ОБОЛОНКИ ТЕПЛОВИДЕЛЯЮЧОГО ЕЛЕМЕНТА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Abstract

У статті показано, що в сучасних системах контролю герметичності оболонки (КГО) тепловиділяючого елемента (ТВЕЛ) тепловиділяючої збірки ядерного реактора атомної електростанції, застосовуються різні методи контролю, які мають характерні недоліки, які не дозволяють визначати місцезнаходження, тип та розміри дефектів пошкодження та руйнування на поверхні оболонки ТВЕЛ. Показано, що у всіх методах контролю, які на сьогодні застосовуються в системах КГО ТВЕЛ, безпосередньо визначається лише активність груп реперних радіонуклідів у теплоносії: потік нейтронів, що запізнюються, питома активність ізотопів йоду, об'ємна активність радіоактивних благородних (інертних) газів, а не ступінь герметичності оболонки ТВЕЛ. Виявлено, що для розрахунків оцінки критеріїв стану поверхні матеріалу оболонки, як правило, вводяться обмеження та припущення щодо геометричних прирощень, що призводять до наближених і неточних характеристик у використовуваних системах КГО ТВЕЛ, оскільки не враховується структурно-фазовий стан структури матеріалу оболонки ТВЕЛ, отже до зниження рівня надійності та безпеки при їх експлуатації. Проаналізовано, що застосування існуючих методів контролю поверхні матеріалу оболонки ТВЕЛ, для виявлення поверхневих та внутрішніх дефектів у вигляді локальної неоднорідності, мікро та макропор, різноманітних тріщин, відрізняється малою ефективністю, представляє трудомісткий процес, що вимагає додаткової обробки поверхні матеріалу оболонки ТВЕЛ. Запропоновано в системах КГО ТВЕЛ ядерного реактора, застосувати принципово новий метод контролю якості поверхні матеріалу оболонки ТВЕЛ, з урахуванням сучасних наукових досягнень, на основі використання фрактально – кластерної теорії. Обґрунтовано, що в якості основи, пропонованого методу КГО ТВЕЛ, використовувати фрактальні властивості структури матеріалу оболонки та кількісну фрактальну величину – фрактальну розмірність, яка дозволяє визначити ступінь розгерметизації ТВЕЛ, шляхом визначення місцезнаходження, типу і розміру дефектів пошкодження і руйнування поверхні оболонки ТВЕЛ. Запропоновано для реалізації та застосування фрактального методу контролю, провести удосконалення структурно-функціональної схеми системи КГО ТВЕЛ, шляхом впровадження інформаційно-вимірювального обчислювального модуля виявлення дефектів, який забезпечує обробку даних та їх передачу в автоматизовану систему управління технологічними процесами енергоблоку атомної електростанції на основі розроблених етапів алгоритму фрактального методу, у яких визначено послідовність виконання вимірювальних та обчислювальних операцій з розрахунку показників фрактальної розмірності, для встановлення місця, типу та розміру дефекту на аксіальних сегментах висоти ТВЕЛ.

The article shows that in modern control systems for the tightness of the shell (KGO) of the heat-releasing element (TVEL) of the heat-releasing assembly of the nuclear reactor at the nuclear power plant, various control methods are used, which have characteristic shortcomings that do not allow determining the location, type and size of damage and destruction defects on the surface of the TVEL shell. It is shown that in all control methods currently used in KGO TVEL systems, only the activity of reference radionuclide groups in the coolant is directly determined: the flow of delayed neutrons, the specific activity of iodine isotopes, and the volume activity of radioactive noble gases, but not the degree of tightness of the shell TVЕL. It was found that for the calculations of the assessment criteria of the surface condition of the shell material, as a rule, restrictions and assumptions are introduced regarding geometric increments, which lead to approximate and inaccurate characteristics in the used KGO TVEL systems, since the structural-phase state of the structure of the TVEL shell material is not taken into account, and, therefore, to a decrease in the level of reliability and safety during their operation. It was analyzed that the use of existing methods of controlling the surface of the TVEL shell material to detect surface and internal defects in the form of local heterogeneity, micro- and macropores and various cracks is characterized by low efficiency and seems to be a time-consuming process that requires additional surface treatment of the TVEL shell material. It is proposed to apply a fundamentally new method of controlling the surface quality of the material of the TVEL shell in the KGO TVEL systems of the nuclear reactor, taking into account modern scientific achievements, based on the use of the fractal-cluster theory. It is substantiated that the fractal properties of the structure of the shell material and the quantitative fractal value – the fractal dimension which allows determining the degree of depressurization of the TVEL by determining the location, type and size of the defects of damage and destruction of the surface of the TVEL shell, – are used as the basis of the proposed method of KGO TVEL. For the implementation and application of the fractal method of control, it is proposed to improve the structural and functional scheme of the KGO TVEL system by introducing an information and measurement computing module for detecting defects, which ensures data processing and their transfer to the automated system for controlling the technological processes of the power unit of the nuclear power plant based on the developed stages of the fractal algorithm of the method, in which the sequence of performing measurement and calculation operations for the calculation of fractal dimensionality indicators is defined, to establish the location, type and size of the defect on the axial segments of the TVEL height.