способ определения содержания примесей в газе под оболочкой тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов

Формула изобретения

1. Способ определения содержания примесей в газе под оболочкой тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов, заключающийся в том, что нарушают целостность оболочки ТВЭЛ внутри вакуумной камеры, из которой откачан воздух, с обеспечением попадания газа, заполнившего вакуумную камеру и содержащего гелий и примеси, в газовый анализатор, регистрируют показания анализатора, характеризующие газы, входящие в состав газовой смеси в ТВЭЛ, и по показаниям анализатора определяют содержание примесей в газе, отличающийся тем, что подают в вакуумную камеру, из которой откачан воздух, особо чистый (ОСЧ) гелий под давлением, равным давлению в вакуумной камере после нарушения целостности оболочки ТВЭЛ, и аналогично проводят регистрацию показаний анализатора и определение содержания примесей в ОСЧ гелии, а при определении содержания примесей в газе под оболочкой ТВЭЛ учитывают содержание этих примесей в ОСЧ гелии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газового анализатора используют хроматограф, в качестве его показаний регистрируют пики газов, а определение содержания примесей в газе под оболочкой ТВЭЛ и в ОСЧ гелии осуществляют путем измерения площадей хроматографических пиков, вычитания из величины площади хроматографического пика каждой примеси газа под оболочкой ТВЭЛ величины аналогичной площади той же примеси ОСЧ гелия и сравнения полученных величин с известной градуировочной характеристикой хроматографа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют хроматограф с двумя измерительными каналами с детекторами по теплопроводности.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют хроматограф с термохимическим детектором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим элементам (ТВЭЛ) ядерных реакторов.

Известен способ определения содержания примесей в газе под оболочкой тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), заключающийся в том, что нарушают целостность оболочки ТВЭЛ внутри вакуумной камеры, из которой откачан воздух, с обеспечением попадания газа, заполнившего вакуумную камеру и содержащего гелий и примеси, в газовый анализатор, регистрируют показания анализатора, характеризующие газы, входящие в состав газовой смеси в ТВЭЛ, и по показаниям анализатора определяют содержание примесей в газе. В качестве газового анализатора используют хроматограф (В.Ф.Корюк, А.Я.Саверский, Е.В.Фролов, «Установка для измерения характеристик атмосферы тепловыделяющих элементов энергетических реакторов», 2001, http://rvs.itsoft.ru/article/sart.html?id=237&conf_id=4).

Недостатком известного способа является наличие больших погрешностей измерений.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерений.

Технический результат достигается тем, что в способе определения содержания примесей в газе под оболочкой тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов, заключающемся в том, что нарушают целостность оболочки ТВЭЛ внутри вакуумной камеры, из которой откачан воздух, с обеспечением попадания газа, заполнившего вакуумную камеру и содержащего гелий и примеси, в газовый анализатор, регистрируют показания анализатора, характеризующие газы, входящие в состав газовой смеси в ТВЭЛ, и по показаниям анализатора определяют содержание примесей в газе, согласно изобретению подают в вакуумную камеру, из которой откачан воздух, особо чистый (ОСЧ) гелий под давлением, равным давлению в вакуумной камере после нарушения целостности оболочки ТВЭЛ, и аналогично проводят регистрацию показаний анализатора и определение содержания примесей в ОСЧ гелии, а при определении содержания примесей в газе под оболочкой ТВЭЛ учитывают содержание этих примесей в ОСЧ гелии.

Предпочтительно в качестве газового анализатора использовать хроматограф, в качестве его показаний регистрируют пики газов, а определение содержания примесей в газе под оболочкой ТВЭЛ и в ОСЧ гелии осуществляют путем измерения площадей хроматографических пиков, вычитания из величины площади хроматографического пика каждой примеси газа под оболочкой ТВЭЛ величины аналогичной площади той же примеси ОСЧ гелия и сравнения полученных величин с известной градуировочной характеристикой хроматографа.

Предпочтительно использовать хроматограф с двумя измерительными каналами с детекторами по теплопроводности.

Предпочтительно использовать хроматограф с термохимическим детектором.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), где:

1 - форвакуумный насос;

2 - запорный клапан;

3 - вакуумная камера;

4 - ТВЭЛ;

5 - устройство герметизации вакуумной камеры;

6 - узел нарушения целостности оболочки ТВЭЛ;

7 - хроматограф.

Способ определения содержания примесей в газе под оболочкой тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов осуществляется следующим образом.

Форвакуумным насосом 1 откачивают воздух из вакуумной камеры 3, затем нарушают целостность оболочки ТВЭЛ 4 внутри вакуумной камеры 3. Нарушение целостности оболочки осуществляют при помощи узла 6 нарушения целостности оболочки ТВЭЛ 4. При этом обеспечивают попадание газа, содержащего гелий и примеси, заполнившего вакуумную камеру 3 (при давлении газа в пределах 0,2-30 бар), в газовый анализатор - хроматограф 7. Затем регистрируют показания анализатора, характеризующие газы, входящие в состав газовой смеси в ТВЭЛ 4, а по показаниям анализатора определяют содержание примесей в газе.

Ввод газа, содержащего гелий и примеси, производят из вакуумной камеры 3 в измерительный канал хроматографа 7. На записывающем устройстве регистрируют хроматографические пики газов, входящих в состав газовой смеси в ТВЭЛ 4. Эта операция считается одним параллельным измерением. Параллельных измерений выполняется столько, сколько необходимо в соответствии с утвержденной методикой проведения измерений (не менее двух). При этом регистрируют пики газов:

На первом параллельном измерении:

S_{Газ1паралл.1}, S_{Газ2паралл.1} , S_{Газ3паралл.1} и т.д.

На втором параллельном измерении:

S_{газ1паралл.2}, S_{Газ2паралл.2} , S_{Газ3паралл.2} и т.д.

Измеряют площади под хроматографическими пиками газов при анализе газа из ТВЭЛ 4. Затем измеренные пики газов сравнивают с известной градуировочной характеристикой, определяют содержание примесей в газе (например, кислород, азот, водород и т.д.).

После чего снова откачивают воздух из вакуумной камеры 3 и подают в нее особо чистый (ОСЧ) гелий под давлением, равным давлению в вакуумной камере 3 после нарушения целостности оболочки ТВЭЛ 4 (в переделах 0,2-30 бар). И проводят анализ состава гелия аналогично тому, как проводится анализ газовой смеси в ТВЭЛ 4 (количество параллельных измерений при анализе гелия должно совпадать с количеством параллельных измерений при анализе газовой смеси в ТВЭЛ 4). Регистрируют пики газов:

На первом параллельном измерении:

S_{НеГаз1паралл.1}, S_{НеГаз2паралл.1}, S _{НеГаз3паралл.}1 и т.д.;

На втором параллельном измерении:

S_{НеГаз1паралл.2}, S_{НеГаз2паралл.2} , S_{НеГаз3паралл.2} и т.д.

Затем вычитают из величины площади хроматографического пика каждой примеси газа под оболочкой ТВЭЛ 4 величину аналогичной площади той же примеси ОСЧ гелия:

S_{Газ1паралл.1ут}=S_{Газ1паралл.1} -S_{НеГаз1паралл.1} и т.д.;

S_{Гaз2пapaлл.1yт} =S_{Газ2паралл.1}-S_{НеГаз2паралл.1} и т.д.;

S_{Газ1паралл.2ут}=S_{Газ1паралл.2} -S_{НеГаз1паралл.2} и т.д.;

S_{Газ2паралл.2ут} =S_{Газ2паралл.2}-S_{НеГаз2паралл.2} и т.д.

Полученные величины сравнивают с известной градуировочной характеристикой хроматографа.

Для сокращения времени измерений хроматограф комплектуется двумя измерительными каналами с детекторами по теплопроводности (ДТП). Время анализа остается прежним, но одновременно регистрируются два сигнала, пропорциональных содержанию анализируемой примеси в гелии. То есть время измерений сокращается в два раза по сравнению с известным способом определения содержания примесей в газе.

Окончательный результат анализа определяется путем усреднения результатов, полученных при параллельных измерениях. Количество параллельных измерений определяется методикой проведения измерений.

Результаты, полученные при параллельных измерениях, сравниваются между собой по критериям, заложенным в методике проведения измерений. Они не должны различаться между собой более чем на значение, определяемое методикой (критерий сходимости параллельных измерений). При последовательном проведении параллельных измерений за время проведения первого параллельного измерения происходит диффузия воздуха в анализируемую пробу, поэтому результат второго параллельного измерения получается завышенным. Это ухудшает сходимость результатов. Анализ газовой смеси одновременно на двух каналах устраняет эту погрешность и значительно улучшает показатель сходимости параллельных измерений.

С целью улучшения точностных характеристик измерения содержания водорода в газовой смеси хроматограф может быть дополнительно укомплектован термохимическим детектором (ДТХ), который по сравнению с ДТП имеет большую (в 120 раз) чувствительность по водороду.