Принципы размещения датчиков фотонного излучения во внешней среде

Рассмотреный в Приложения 14, П.1 принцип размещения постов контроля в С33 целесообразен лишь при условии, что примеси при нештатной работе или аварийной ситуации выбрасываются из вентиляционных труб АЭС. В этом случае наиболее важные параметры выброса, такие, как начальные температуре T₀ и давление P₀ струи, мощность выброса P_в, нуклидный состав примесей или спектральный фотонного излучения, могут быть измерены специальными датчиками или их совокупностью, установленными в устье венттрубы.

Иная ситуация возникает при несанкционированном выбросе примесей в виде перегретой газовой струи из отверстий, клапанов, неплотностей сосудов, рваных отверстий или щелей, возникающих в случае взрыва или разрыва резервуаров, находящихся под высоким давлением и высокой температурой. В этом случае экспериментально почти невозможно определить ни параметры струи, выбрасываемой из отверстий, ни объемную активность примесей, ни их радиационные характеристики, поскольку не известен спектр или средняя энергия фотонного излучения, и, в конечном итоге, невозможно определить масштабы радиоактивного загрязнения окружающей среды и оценить его экологические последствия, так как подобные аварии являются крайне редкими и не могут быть прогнозируемыми. Разработка же универсальной аппаратуры, которую можно было бы использовать для определения указанных параметров и характеристик в любых ситуациях, - задача почти невыполнимая и, кроме того, может привести к резкому удорожанию АЭС.

Тем не менее радиоактивное загрязнение окружающей среды в случае мощного нестационарного импульсного выброса примесей через отверстия может быть успешно оценено при использовании показаний технологических датчиков, устанавливаемых в сосудах и определящих температуру и давление среды, и показаний датчиков АСКРО, определяющих мощность дозы внешнего облучения от облака, образовавшегося в результате выброса. При этом датчики на промплощадке и в санитарно - защитной зоне должны быть расположены по определенному правилу, которое требует, чтобы расстояние от возможного источника радиационной опасности (АЭС) до любого датчика было строго различно см. рис. 13.2. Чтобы убедиться в этом, достаточно рассмотреть в общем случае выражение для мощности дозы в точках Р_i,j,k = P(x_i, y_j, z_k), расположенных на подстилающей поверхности, от объемного источника (облака) с распределением объемной активности в нем q(x,y,z):

, (13.1)

где a(E) – зависимость чувствительности детектора от энергии фотонного излучения примесей в облаке; m_a(Е), m(Е) - коэффициенты поглощения энергии и линейного ослабления фотонного излучения в воздухе соответственно; B(Е,R) = 1 + a(Е)m(E)Rеxр[b(Е)m(E)R] - фактор накопления; a(Е), b(Е) - известные функции энергии; j(E) - подлежащий определению дифференциальный спектр фотонного излучения примесей; x, y, z - текущие координаты; x_i, y_j, z_k - координаты датчиков АСКРО; V – об-

ласть интегрирования и dv = dxdydz; Предполагая кратковре-

менность выброса, можно пренебречь его смещением относительно оси симметрии. Требование кратковременности существенно упрощает метод оценки мощности дозы, создаваемой облаком, тогда как оценка мощности дозы в динамическом режиме распространения требует учета не только деформации облака, но и учета метеорологических факторов атмосферы, особенностей подстилающей поверхности и т.д. Координаты центра масс облака определяют следующим образом:

; ; ;

Полагая, что расстояние R_i,j,k = от точки

центра масс до любого поста контроля АСКРО значительно больше характерного размера облака, объемную активность q(x,y,z) представим в виде:

q(x,y,z) = Q_Vd(x-x₀)d(y-y₀)d(z-z₀), (13.2)

где d(x) – дельта функция. Проводя интегрирование по объему в выражении (13.1), с q(x,y,z) вида выражения (13.2), получаем:

, (13.3)

где R_i,j,k º R_i; i = 1,2,3...N_д; N_д - достаточное число g-датчиков системы АСКРО.

Уравнение (13.3) относительно функции j(E) представляет собой уравнение Фредгольма первого рода и относится к классу некорректных задач при заданной погрешности DD измерения g-датчиков. Нетривиальное решение этого уравнения возможно, если R_i ¹ R_i+1 ¹ R_i+2...¹ . Уравнение решают заменой j(E) групповым спектром, аппроксимацией интеграла конечной суммой и, таким образом, при различных i задачу сводят к системе линейных алгебраических уравнений, т.е. решают систему вида:

(13.4)

где есть матрица N_д‰M (N_д ³ M); с матричным элементом равным

, (13.5)

где - вектор искомого решения с компонентами j_j, j = 1, 2, 3,...M; - заданный вектор результатов измерений с компонентами D_i, =D(R_i) /Q_V. На рис. 13.2 приведено возможное размещение датчиков системы АСКРО в на промплощадке и в СЗЗ в соответствии с приведенными выше математическими требованиями. Подробнее о методах решения системы уравнений, описываемых уравнением (13.4) см. в Приложения 14, П.2.