Ferngesteuerte Systeme für Unterwassermessungen

Schlüsselfaktoren:

Im Zuge eines D&D-Projekts sind Unterwassermessungen in der Regel in verschiedenen Situationen erforderlich, z. B. bei der Entkernung der Reaktoren und der Lagerbecken, bei in Becken gelagerten Altlasten und bei kontaminierten natürlichen Standorten (Flüsse, Teiche, Meer....).

Nukleare Unterwassermessungen haben normalerweise eine geringere Genauigkeit als Luftmessungen, da Wasser eine höhere Gammadämpfung aufweist und die Probenbeschaffenheit schwieriger sein kann.

SMOPY- und ROVING BAT-Systeme wurden für Unterwassermessungen bei der Charakterisierung von aktivierten Abfällen, Betonwänden oder Reaktorkomponenten entwickelt.

• Sicherheit:
  • Risikobeherrschung bei der Verbringung der Abfälle in das Zwischenlager
  • Sicherstellen, dass das Aktivitätsniveau der Abfälle in dem Bereich bleibt, der für die Auslegung des Lagers zulässig ist
  • Kontrolle der kritischen Risiken von Nuklearmaterial und Abfällen.
• Schutzmaßnahmen:
  • Meldung der spaltbaren Massen und der Kernmaterialaktivitäten an die Behörden und an die Nationale Agentur für radioaktive Abfälle, um Kosten und Szenarien für die künftige Endlagerung zu prognostizieren.
• Hochaktive Nuklearabfälle:
  • Messung des Aktinids, der Spaltprodukte, der Isotope und der Masse.

Ziele

Mirion verfügt über weitreichende Erfahrungen bei der Lieferung von Hochleistungsdetektoren im Verbund mit ferngesteuerten Systemen.

• Charakterisierung von abgebrannten Brennstäben aus abgeschalteten Kernkraftwerken, bevor sie als mittelradioaktiver Abfall verpackt, transportiert und gelagert werden.
• Lokalisierung und Charakterisierung von kontaminierten Hotspots und Bereichen auf Unterwasserwänden und Böden.

Fernsysteme

Festwinkel-Unterwasserüberwachungssystem

Technische Beschreibung

• Das Festwinkel-Unterwasserüberwachungssystem kann von einem Kran aufgehängt werden, um das Gammaspektrum entlang eines mit aktivierten Abfällen gefüllten Fasses zu messen (siehe Abbildung unten).

Wichtigste Vorteile

• Einfache Bedienung.
• Unterwasser-Gammaspektrometrie-Messungen mit guter Raum- und Energieauflösung.
• Es können verschiedene Typen von CZT-Detektoren ausgewählt werden, mit denen ein breites Spektrum hoch radioaktiver Abfälle untersucht werden kann.
• Kopplung von Gamma- und Neutronenmessungen in einem einzigen kompakten Gerät.
• Spezielle Software, die verschiedene Messsequenzen ermöglicht.

Ferngesteuerte Unterwasser-3D-Freiwinkelmessung

Die nachstehende Abbildung zeigt das ROV mit einem Gammaspektroskopiesystem.

• Bis 200 m Tiefe.
• Kontaminationsmessungen in Ablagerungen.
• LaBr-Sonde mit Gegenmaßnahmen zur Behandlung von Abschirmungsproblemen in der Wassersäule.
• USBL-Kabel zur Steuerung des Detektors für die Positionierung unter Wasser vom Boot aus.

Die Kalibrierung der Detektoren innerhalb des ferngesteuerten Systems wird im Trockenen und im Schwimmbad oder im Meer durchgeführt. Die Proben sind gut bekannt und quantifiziert, wie Beton, 60Co usw.

Versiegelte Detektoren für die ultimative Unterwasserspektroskopie-Messung

Technische Beschreibung

• Das abgedichtete Canberra-Sondensystem besteht aus einem koaxialen HPGe-Detektor mit 20 % Wirkungsgrad, der in einem Ultrahochvakuum-Kryostat (UHV) gekapselt ist. Die Standardkonfiguration besteht aus einem IP68-Druckgehäuse, das an die Aufgaben des Benutzers angepasst werden kann (z. B. Dicke und Material an die Wassertiefe angepasst, Verstärkung an der Vorderseite, um Bohrlocheinsätzen standzuhalten). Der Gesamtdurchmesser der Sonde beträgt 80 mm und ihr Gewicht beträgt weniger als 10 kg.
  Ein robustes, leicht zu reinigendes und leicht zu dekontaminierendes Kabel ist durch einen wasserdichten Anschluss mit dieser Sonde verbunden. Die Kabellänge kann sich bis auf 100 m belaufen.
  Dieses Kabel ist mit einer Erfassungsstation verbunden, die Steuerungen und einen Canberra Lynx^® DSP enthält; die Station kann sich bei Bedarf an der Oberfläche oder in der Nähe des Detektors befinden.

Anwendungsbeispiele

• Reaktorspeicherpool für die Spektrometrie.
• Betrieb im Freien, wo Wasser vorhanden ist, z. B. bei Regen, in Bohrlöchern mit sich überlagernden Schlamm- oder Grundwasserschichten, für Umweltkontaminationsuntersuchungen oder D&D.
• Im Meer, für ozeanografische oder physikalische Experimente, wobei der Detektor stationär (Boje) oder an einem Boot befestigt sein kann.
• Bohrlochprotokollierungsmessungen.

Wichtigste Vorteile

• Die kryogene Kühltechnologie hat sich weiterentwickelt und bietet ein Höchstmaß an Kompaktheit und Zuverlässigkeit.
• Die Abkühlzeit beträgt weniger als 8 Stunden.
• Die UHV-Verkapselung ermöglicht unvollständige Wärmezyklen. Im Gegensatz zu HPGe-Labordetektoren kann das abgedichtete Sondensystem unabhängig von der Temperatur des HPGe-Detektors jederzeit abgekühlt werden, was die Ausfallzeit im Betrieb erheblich reduziert.
• Ähnliche Leistungen wie unter Laborbedingungen.
• Leicht von Staub, Kontamination oder Hüllen zu reinigen.

Anwendungen

Brennstoffablagerungsmessung mit Neutronendetektor und/oder Gammaspektrometrie

Technische Beschreibung

Mirion verfügt über zahlreiche Techniken zur Charakterisierung von Brennstoffablagerungen.

Mit diesen Techniken lassen sich Uran und Plutonium sowie Spalt- und Aktivierungsprodukte quantifizieren. Die gebräuchlichsten Messsysteme für Brennelemente oder hochaktive Abfälle sind eine Kombination aus Gammaspektrometrie und Neutronenmessung.

Gammaspektrometrie:

• Einige der im Brennstoff enthaltenen Isotope haben spezielle Gammaenergien, die dank der Gammaspektrometrie nachgewiesen und quantifiziert werden können. Einige der Uran- und Plutoniumisotope setzen Gammastrahlen im niedrigen bis mittleren Energiebereich frei, während die wichtigsten Spalt- und Aktivierungsprodukte Gammastrahlen im mittleren bis hohen Energiebereich ausgeben.
• Für Uran- und Plutoniumisotope wurden spezielle Algorithmen zur Bestimmung des U- und Pu-Isotopenverhältnisses entwickelt, die hauptsächlich auf den Niedrigenergie-Peaks basieren (unter bestimmten Bedingungen jedoch unter Verwendung der Mittelenergie-Peaks). Gammaspektren können mit der Mehrgruppenanalyse (MGA) und der Software (MGAU) oder FRAM analysiert werden.
  • Relative Plutonium- und Uranisotopenkonzentration.
  • Bestimmung anderer Actinide wie ²³⁵U, ²³⁹U, ²³⁷Np und ²⁴¹Am.
• Für Spaltungs- und Aktivierungsprodukte wird die Standardspektrometrie-Gammaanalyse entweder mit der Standard-Genie 2000-Software oder der NDA 2000-Software durchgeführt.
• Bei Isotopen, die nicht direkt gemessen werden können, können, sofern Brennstoffdaten (aus dem Verarmungscode) verfügbar sind, diese anhand von Korrelationen zwischen den direkt gemessenen Spaltprodukten und den betreffenden Isotopen bestimmt werden. Der zu verwendende Detektor kann ein HPGE mit Kollimatoren und Bildschirm sein, wenn eine hohe Auflösung erforderlich ist, oder ein CZT-Typ, wenn keine Präzision erforderlich ist.

NEUTRONENDETEKTION

• Typischerweise eine Spaltkammer oder ³He-Proportionalröhren mit einer hohen Neutronendetektionseffizienz.
• Das Neutronenprofil der Brennstofftrümmer ist anzugeben.
• Bestimmung der effektiven Masse von ²⁴⁰Pu durch Nachweis von Spaltneutronen im Summen- oder Koinzidenzmodus.

Charakterisierung einer Betonwand in einem Pool mit ROVING BAT

Genaue Kernmessung mit einem ROVING BAT

Technische Lösung

• Standard ROVING BAT (High-End-U-Boot, das auf der Teichwand kriechen kann), ausgestattet mit einer speziell entwickelten Sonde (CZT) und verbunden mit der Software Genie 2000 über ein elektronisches Canberra-System.
• Gekoppelt mit einem Algorithmus, der mit früheren Erfahrungen kalibriert wurde und Kernprobenahmen zur Berechnung des Tiefenprofils berechnet.

Radioaktivitätskartierung

• Die Kartierung der Kontamination an den Teichwänden ist für die Erfassung der zu dekontaminierenden Bereiche unerlässlich.
• Die 3D-Radioaktivitätskartierung ermöglicht eine präzise Abfallerzeugung während des Kriechvorgangs.
• Nach der Krigeage-Methode mit Standardsoftware.
• Besondere Fachkenntnis am Gebiet der Krigeage-Ergebnisanalyse.

Kontaminationstiefenprofil

• Die Wanderung von Radionukliden in Betonwänden ist das Hauptproblem, da sie mit einer normalen Kernmessung nicht sichtbar ist.
• Auf der Grundlage von Experimenten in einem Teich wurde ein Algorithmus zur Erfassung der Wanderung während einer Kernmessung entwickelt.
• Ist das Tiefenprofil der Teichwände bekannt, können genaue Szenarien für eine präzise Ausgrabung vorbereitet werden.

Erfolgreiche Implementierungen

Charakterisierung der mittel-/hochaktiven Abfälle in einem Pool vor der Entsorgung mit dem SMOPY-Gerät (Safeguards MOx PYthon)

Ziele:

• Im Speicherbecken von KPPs wird Lagerplatz benötigt.
• Verbesserte Daten zur Abfallcharakterisierung sind erforderlich, um die Verbringung aus dem Teich zu ermöglichen.
• Messung von Brennstäben, die in eine neue Anlage verbracht werden sollen (Lagerung für aktivierte Abfälle)
  • Aktivitätsprofil von ^110mAg, ¹⁰⁸mAg und ⁶⁰Co
  • Gesamtaktivität
  • Kein spaltbares Material in den Behältern durch Neutronenmessung
• Fässer mit 150 bis 230 Brennstäben.
• Machbarkeitsstudie: Verschiedene Protokolle wurden getestet und die Methode wurde zur Erstellung der Charakterisierungsdaten eingesetzt.
• Kollimation ermöglicht eine genaue Messung einer Schicht von etwa 2 cm bis 5 cm und ein Scannen des Fasses liefert ein vollständiges Aktivitätsprofil.

Mirion-Lösung:

• Ein CZT-Detektor für die Gammaspektrometrie, eine Spaltkammer für den Neutronennachweis und ein tragbarer MCA mit der Genie 2000-Software.
• Bestimmung der Gesamtaktivität und des Aktivitätsprofils mittels Gammaspektrometrie

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