بخشی از مقاله
خلاصه
سوخت هسته ای به عنوان منبع تولید انرژی در نیروگاه های هسته ای از درجه اهمیت بالایی برخوردار است، به طوری که قسمت اعظم توجه، در فرآیند تولید انرژی در این نیروگاه ها به نحوه تعامل با سوخت، استفاده و نگهداری آن معطوف شده است. تهیه و تدوین کتب، نرم های استاندارد، تعریف حدود ایمن بهره برداری و بهره برداری نرمال، تعیین دستورالعمل یکپارچه و آن هم تحت نظارت نهادها و ارگان های عالی بین المللی، بی شک نمایش دهنده جایگاه ویژه سوخت هسته ای در نیروگاه های هسته ای است.
امروزه کنترل و نظارت بر وضعیت سوخت به عنوانولینا لایه ایمنی در نیروگاه های هسته ای، باعث بوجود آمدن شاخه ایی کاملاَ تخصصی در این زمینه شده است اما بی شک مطالعه سوخت و نظارت بر شرایط آن بدون در نظر گرفتن میله سوخت بعنوان جز اصلی در برگیرنده آن امری غیر ممکن است.در حال حاضر کنترل غلاف میله سوخت به عنوان یک فرآیند پیچیده و تخصصی در مدل های مختلف در نیروگاه های هسته ای صورت می گیرد . در این مقاله سعی شده است "کنترل نفوذ ناپذیری غلاف میله های سوخت"، را بطور اختصار شرح داده و فواید، مضرات انجام آن زمان توقف کامل راکتور و یا انجام آن پس از اتمام پروسه تعمیرات نیمه اساسی در نیروگاه هسته ای بر شمرده شود.
مقدمه
کنترل نفوذ ناپذیری غلاف میله های سوخت، به عنوان روشی به جهت کنترل دومین سد ایمنی1 در نیروگاه های هسته ایی از اهمیت بالایی برخوردار است. اصولاَ کنترل نفوذناپذیری غلاف میله های سوخت به مجموعه روش های کنترلی، نظارتی روی میله سوخت، با استفاده از متد های علمی، برنامه های نرم افزاری و برپایه اصول آمار و ریاضی اطلاق می گردد.
در این روش ها بطور کل، از طریق محاسبات آماری و برمبنای احتمال، وضعیت غلاف سوخت در شرایط مختلف کار راکتور از زمان وارد شدن به فاز قدرت تا زمان تغییرات مختلف قدرت و نهایتاَ، کاهش قدرت راکتور به جهت توقف کامل راکتور برای انجام تعمیرات نیمه اساسی و یا تعویض سالیانه پارتی سوخت هسته ای مصرفی، مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد .
کنترل نفوذ ناپذیری غلاف میله های سوخت - Fuel Cladding -
در کلیه نیروگاه های هسته ای فرآیند کنترل نفوذناپذیری غلاف سوخت در دو رژیم بهره برداری بهشرح زیر انجام میشود:
.1کنترل نفوذناپذیری غلاف میله های سوخت در زمان کار راکتور
.2کنترل نفوذناپذیری غلاف میله های سوخت در زمان توقف راکتور
کنترل نفوذناپذیری غلاف سوخت از منظر انجام در شرایط کار و یا توقف کامل راکتور دارای ویژه گی های متفاوتی است .روش ها ،اصول ، دستورالعمل ها و در نهایت تجهیزات بکار برده در دو وضعیت فوقکاملاَ متفاوت است. امروزهغالباَ کنترل نفوذناپذیری غلاف میله های سوخت در زمان کار راکتور، با تعیین حدود و میزان مجاز رشد اکتیویته کل رادیو نوکلید های عنصر ید - 135،134،133،132، - 131، صورت می پذیرد و بر این مبنا با تعیین مرزهای بهره برداری نرمال2 و ایمن3، میزان مجاز، رشد اکتیویته این رادیونوکلید ها درسیال خنک کننده مدار اول - - the cooling water، نیروگاه مورد کنترل قرار می گیرند.
اگر چه در این مقاله به شرح فرآیند انجام این متد و روشهایی که هدف، کنترل نفوذ ناپذیری غلاف میله های سوخت در زمان کار راکتور، است نخواهیم پرداخت.اما به جهت تازه بودن اساس مطلب در کشورمان ،ابتدا به بیان چند جمله، مختصر در خصوص ماهیت کنترل نفوذناپذیری غلاف سوخت خواهیم پرداخت و درادامه به ارائه مستندات موضوع اصلی اکتفا می نمائیم.
.1 کنترل نفوذناپذیری غلاف میله های سوخت در زمان کار راکتور
با درنظر نگرفتن موضوع تنش های حرارتی - - Thermal stress، وارد بر مجتمع های سوخت مستقر در قلب راکتور، می توان عمده صدمات میله های سوخت را ناشی از برخورد محصولات خوردگی 4 - Corrision prodactions - ، درون سیال مدار اول به سطح میله های سوخت فرض نمود. اصولاَ میله های سوخت در قلب راکتور در رژیم بهره برداری نرمال5، تحت فشار بیرونیMPa 15.5، متوسط دمایی حدود 320 C از سوی سیال برداشت کننده حرارت آب مدار اول قرار دارند، در این شرایط برخورد محصولات خوردگی به سطح میله های سوخت موجب بوجود آمدن سایش های تدریجی شده و در نهایت موجب از بین رفت میله می گردد.
نمونه فرسایش سطح غلاف سوخت دریک نیروگاه WWER-440
در شرایط کار راکتور در توان جاری خود، به دلیل وجود اختلاف فشار زیاد مابین داخل و خارج میله سوخت، امکان خروج پارههای شکافت گازی شکل از درون میله و از طریق نقاط صدمه دیده به درون سیال خنک کننده مدار اول وجود ندارند، به همین دلیل در صورت معیوب بودن غلاف سوخت حدود %80 پاره های حاصل از شکافت درون میله سوخت باقی می مانند.
اما در صورت افت شدید قدرت راکتور - بیش از - %20، سیال مدار اول از طریق محل های نشتی میله سوخت می تواند به درون میله نفوذ کرده و سبب رقیق شدن محصولات گازی شکل و نهایتاَ خروج آنها از میلههای سوخت معیوب شود - اثر اسپایک - ، در زمانیکه راکتور با توان نامی خود و در وضعیت پایدار درحال بهره برداری است اساساَ برای میله های صدمه دیده شرایطی وجود دارد که عمده محصولات شکافت توان خروج از نقاط نشتی راه نمی یابند . وجود نیروهای محوری از درون غلاف و توسط انرژی تولید شده توسط پاره های شکافت از یک سو و فشار خارجی 15.5 MPa سیال مدار اول از سمت دیگر مانع از خروج پاره های شکافت از درون میله می شود اما در کاهش قدرت این رویه تغییر نموده و سیال مدار اول قابلیت نفوذ به درون میله را پیدا می نماید و باعث تماس آن با ترکیبات سوخت می گردد.
این شرایط فرصت تعیین احتمال وجود میله های معیوب را درون قلب، فراهم می سازد که به آن پدیده اسپایک گفته می شود - . - Spaike-effect به این ترتیب افزایش میزان تغییرات اکتیویته سیال مدار اول می تواند به عنوان اولین نشانه های صدمه دیدن احتمالی میله های سوخت بیان گردد. امروزه کنترل نفوذناپذیری غلاف میلههای سوخت بر پایه روشهای طیف سنجی انرژی برخی از پاره های شکافت هسته ای و نفوذ این ذرات به سیال خنک کننده آب مدار اول نیروگاه انجام می پذیرد.
دراین خصوص کنترل میزان تغییرات اکتیویته رادیو نوکلید هایی که دارای نیمه عمر بالای نسبتاَ خوبی هستند از اولویت بسزایی برخوردار است. ید و رادیو نوکلیدهای آن بعنوان یکی از مهمترین عناصر تولید شده در واکنش سوخت هسته ای،با نیمه عمر نسبتاَ بالا و با در نظر گرفتن صدمات ناشی از افزایش آنها در فرآیند تولید و از دیدگاه حفاظت در برابر اشعه، توان این عنصر در ایجاد تاثیرات مخرب بر کارکنان و مردم در زمان انتشار از طریق سیال و یا هوا را بوجود آورده است.
در متدهای کنترل نفوذ ناپذیری غلاف سوختعمدتاَ رادیونوکلیدهای ید 135 - ،134،133،132، - 131 ،این عنصر سهم بسزایی دارند به همین دلیل در اکثر متدهای کنترل نفوذناپذیری غلاف سوخت ، کنترل تغییرات میزان اکتیویته آنها در درجه اهمیت است. امروزه عناصر دیگری همچون xe،kr ، CS - 134-137 - نیز با این هدف بکار می روند.
