Атомная энергетика Конструкционный расчет Технология проведения вибрационных испытаний ТВС РУ ВВЭР-1000 Анализ опасных и вредных производственных факторов, имеющих место при работе цехов по производству ТВС

Атомная промышленность и атомная энергетика

Неразрушающий контроль

Автоматизация ультразвукового контроля сварных и паяных соединений. Этапы автоматизации: автоматизированные установки на основе универсальных дефектоскопов с перьевой регистрацией; автоматизированные установки с использованием стандартного дефектоскопа с цифровой регистрацией; автоматизированные установки с цифровым дефектоскопом и компьютерным управлением параметрами контроля.

Цифровой дефектоскоп на базе микропроцессорной и компьютерной техники. Цифровой дефектоскоп состоит из следующих составных частей: приемного устройства; передающего устройства; процессорного устройства; компьютера; набора сканирующих устройств и иммерсионных ванн.

Специально разработанная программа позволяет выполнить: настройку режимов контроля; настройку режимов записи результатов; формирование сканограммы; отображение результатов контроля в реальном времени; замораживание использующее наблюдение волновой картины или одной строки сканограммы; хранение результатов контроля; изменение временного и амплитудного масштаба регистрируемой на экране монитора информации; отображение в цифровой форме амплитуды регистрируемого сигнала; обработку результатов контроля; подготовку протокола контроля и распечатку его.

Дефектоскоп входит в состав автоматизированной установки УЗ контроля. Использование цифрового дефектоскопа с компьютером дает возможность менять режим контроля, способ обработки и отображения информации путем изменения программного обеспечения без изменения приборной части.

Неразрушающий контроль качества точечной сварки (НК КТС). Качество точечной сварки оценивается по образцам свидетелям разрушающим методом (металлография, испытания на сдвиг). Такая оценка не защищает сварной шов. Для оценки качества каждого соединения, каждой сварной точки требуется контроль неразрушающим методом. Традиционные методы (УЗ, рентген) выявляют дефекты нарушения сплошности (поры, трещины), но не выявляют слипание. Поэтому для НК КТС потребовалось: разработать метод контроля; разработать методику; разработать аппаратуру. В основу разработанного метода положены регистрация и анализ в реальном времени энерговложения; корреляционная связь регистрируемых параметров с характеристиками сварной точки.

Для НК КТС разработаны: методика контроля; микропроцессорный регистратор качества КТС Л26; программное обеспечение. Регистратор Л26 регистрирует мгновенные значения тока и напряжения сварки; рассчитывает мощность и энергию сварки; по корреляционной зависимости по энергии сварки определяет диаметр литого ядра сварной точки. Регистратор также позволяет проводить диагностику сварочного оборудования КТС.

Автоматизированная система измерения и регистрации режимов аргонодуговой сварки. В интересах обеспечения надежности сварных конструкций разработана компьютеризированная система измерения и регистрации режимов аргонодуговой сварки Л21. Измеряемые параметры:

напряжение сварки, которое измеряется непосредственно на выходе сварочного выпрямителя;

ток сварки, измеряется на шунте схемы сварочного выпрямителя;

опорное напряжение сварки с задатчика пульта оператора;

ток сварки, измеряемый прибором пульта оператора;

скорость сварки, измеряемая тахогенератором двигателя привода установки либо специальным датчиком оборотов;

скорость подачи присадочной проволоки, измеряемая тахогенератором привода подачи.

Основные характеристики:

Возможность измерения и регистрации параметров как при сварке кольцевых, так и продольных швов.

Полное гальваническое разделение всех каналов измерения.

10-разрядное аналого-цифровое преобразование сигналов датчиков, с частотой дискретизации – 200 кГц.

Защита от воздействия высокого напряжения генерируемого осциллятором при запуске сварочной дуги.

Регистрация измеряемых параметров в течении всего цикла сварки.

Возможность представления зарегистрированных данных в виде таблиц и графиков.

Микропроцессорный прибор измерения толщин токопроводящих покрытий на токопроводящих немагнитных основаниях. Во ВНИИТФ разработан микропроцессорный вихретоковый толщиномер Л30. Толщиномер разработан на современной элементной базе. Использование микропроцессора позволило осуществить цифровую обработку сигнала, что повысило стабильность и метрологические показатели прибора, ввести автоматическую отстройку от влияния зазора, гальванического подслоя, дрейфа нуля.

Изготовлен и испытан опытный образец прибора. Испытания проведены для свинцового покрытия на титановой основе. Погрешность измерения в диапазоне от 60 до 2000 мкм – не более 2%. Прибор является базовым и может использоваться для других сочетаний материалов.

 

Исследовательский стенд нейтронного анализа для разработки методов обнаружения вредных и опасных веществ

Благодаря своей большой проникающей способности нейтроны являются перспективным видом излучения для проведения интроскопических исследований и создания аппаратуры для обнаружения различных вредных и опасных веществ в объектах значительных размеров.

Для решения таких задач активно развиваются нейтронно-радиационный и нейтронно-активационный методы анализа элементного состава вещества. Так, например, возможность применения элементного анализа для поиска взрывчатых веществ (ВВ) основана на том, что в отличие от обычных материалов большинство ВВ имеют уникальное сочетание высоких концентраций азота и кислорода, средние значения которых составляют 0.026 и 0.05 моль×см3, соответственно. В связи с этим, высокое содержание азота в контролируемом объекте служит признаком вероятного присутствия ВВ, а высокие концентрации азота и кислорода практически однозначно указывают на его наличие. Многие другие типы вредных и опасных веществ также содержат большие концентрации характерных элементов (или группы элементов).

К настоящему времени для обнаружения ВВ наибольшее развитие получили методы нейтронно-радиационного анализа с использованием тепловых (метод TNA - Thermal Neutron Analysis) и быстрых (метод FNA - Fast Neutron Analysis) нейтронов [Grodzins L. Nuclear techniques for finding chemical explosives in airport luggage/ Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. – 1991. – Vol. B56/57 – Р. 829-833; Вишневкин А.Б., Иванов Н.А., Коробков И.Н., Ольшанский Ю. И. Методы обнаружения взрывчатых веществ/ Препринт ПИЯФ – 2006. – №2693 – 29 с.]. Метод TNA позволяет определять содержание азота в контролируемом объекте путем регистрации гамма-квантов с энергией 10.83 МэВ, возникающих в результате реакции радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами 14N: 14N(n,γ)15N. Под действием быстрых нейтронов (метод FNA) происходит возбуждение атомных ядер 12С, 14N и 16О с последующим испусканием гамма-квантов, энергии которых фиксированы для каждого нуклида.

С использованием этих методов создан ряд опытных образцов стационарных и мобильных установок для обнаружения ВВ. Анализ применения опытных образцов установок показал, что они имеют ряд недостатков, наиболее существенными из которых являются высокий уровень ложных тревог и большая величина минимально обнаружимой массы ВВ [Olshansky Y.I., Filippov S.G., Kyzyurov V.S., Laykin A.I. The operational experience and prospect of development of the devices for detection of explosive substances by thermal neutron radiation analysis method/ In Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Detection of Explosives and Landmines – St. Petersburg – 9-14 September 2001. – NATO Science Series II. Mathematics, Physics and Chemistry – 2002. – Vol. 66 – P. 125–131]. Устранение этих недостатков требует проведения дополнительных исследований, направленных, главным образом, на изучение возможностей применения других методов нейтронного анализа, других типов источников нейтронов и детекторов гамма-излучения.

С целью улучшения технических параметров досмотровой техники и обеспечения разработок новых методов и установок нейтронного анализа в ПИЯФ проводится работа по созданию специализированного исследовательского стенда, который будет оснащен комплексом апробированных экспериментальных методик и программных продуктов. В рамках этой работы основные усилия сосредоточены на трех направлениях.

1. Создание экспериментального облучательного стенда для исследования и разработки методов обнаружения вредных и опасных веществ на основе метода нейтронного анализа с использованием тепловых и быстрых нейтронов. Для этих целей будет использоваться пучок тепловых нейтронов с плотностью потока 2×107 с-1×см-2, выводимый с помощью нейтроновода из реактора ВВР-М. Энергетический спектр нейтронов, измеренный по времени полета, не содержит ни эпитепловых, ни быстрых нейтронов. Наряду с фундаментальными исследованиями на этом пучке был выполнен ряд прикладных исследований [Егоров А.И., Крутова Р.И., Логинов Ю.Е., Малютенкова С.Э. Прикладные работы на нейтронном пучке реактора ВВР-М/ Препринт ПИЯФ – 2005. – №2624 – 18 с.].

Кроме того, возможно использование нейтронного генератора ПИЯФ – НГ-200М [Воронин Г.Г., Дюмин А.Н., Смолин В.А и др. Генератор нейтронов с выходом 10 12 с-1/ Атомная энергия – 1984.– т. 57 – вып. 4 – с. 268-270], способного обеспечить выход нейтронов с энергией 14 МэВ при интенсивности до 1012 с-1. В частности, на базе этого генератора отработана методика точного определения содержания кислорода в образцах малого объема с помощью измерения выхода радиоактивных нуклидов из реакций 16O(n,p)16N и 17O(n,p)17N под действием нейтронов с энергией 14 МэВ [Дюмин А.Н., Кондуров И.А., Смолин В.А и др. Ядерно-физические методы точного определения содержания кислорода в материалах/ Препринт ЛИЯФ – 1989. – №1533 – 16 с.]. Предполагается также разработка и создание универсального “фантома”, имитирующего различные по размеру и составу модели контролируемых объектов.

2. Создание комплекса детекторов для регистрации гамма-излучения. Основное содержание работ в этом направлении – отработка методики детектирования гамма-излучения в задачах обнаружения химических элементов, входящих в состав вредных и опасных веществ. Основной планируемый результат - создание детектирующей системы, обеспечивающей наибольшую эффективность регистрации гамма-излучения от реакций радиационного захвата и неупругого ядерного рассеяния нейтронов при использовании различных источников нейтронов.

Для измерения гамма-излучения, образующегося при облучении нейтронами вредных и опасных веществ, наибольший интерес представляют гамма-кванты с энергиями свыше 2 МэВ. Для регистрации таких квантов будут применяться спектрометры: сцинтилляционные NaJ(Tl) и BGO (германат висмута); полупроводниковые Si(Li) и Ge.

3. Разработка пакета программных средств, позволяющего моделировать работу исследуемых контрольных установок. Основное содержание работ в этом направлении – разработка компьютерных программ для моделирования процессов взаимодействия нейтронов с различными материалами и расчета угловых и энергетических спектров нейтронов и гамма-квантов, вылетающих из гетерогенных объектов. Основной планируемый результат - создание математической модели установок по обнаружению вредных и опасных веществ и разработка эффективного алгоритма обработки результатов измерений. Создаваемый пакет включает в себя, в первую очередь, программы расчета прохождения нейтронов и гамма-квантов с энергиями до 20 МэВ через гетерогенные среды различного размера и химического состава. Эти программы будут использоваться также для расчета спектра сигналов в детекторах гамма-излучения.

Важная роль отводится подготовке компьютерной базе данных по всем основным ядерным процессам в образце под действием нейтронов: нейтронный захват, неупругое рассеяние нейтронов, бета- и альфа-распады, деление. Наличие такой базы позволит быстро определить выходы характеристического гамма-излучения из сложных по составу образцов и оценить пороги чувствительности детектирующей аппаратуры. Специализированный стенд будет использоваться сотрудниками ПИЯФ в рамках своих программ научно-практических исследований и в программах совместных работ с другими организациями по разработке методик и аппаратуры различного назначения. Создание стенда даст возможность проведения экспериментальных работ на мировом уровне, позволит существенно уменьшить время и повысить качество исследований.

Энергетика представляет собой очень устойчивую и инерционную систему. В этой связи прогнозирование во многом сводится к анализу Неизбежного будущего, то есть к изучению данной системы выводов. Нефть сохранит свое значение ключевого ресурса в кратко- и среднесрочной перспективе.
Создание библиотеки нейтронно-физических констант