Приложение 4. Технические, метрологические и эксплуатационные требования к средствам контроля радиационной обстановки в аварийных условиях

Приложение 4

(справочное)

ТЕХНИЧЕСКИЕ, МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

К СРЕДСТВАМ КОНТРОЛЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ

В АВАРИЙНЫХ УСЛОВИЯХ

1. Системы аварийной сигнализации о возникновении самоподдерживающейся цепной реакции (САС СЦР) должны быть обеспечены повсюду, где предполагается, что их использование приведет к снижению общего риска в условиях, указанных в п. 6.8 данных МУ. Требования к САС СЦР приведены в следующих документах:

ПБЯ-06-10-99 Отраслевые правила проектирования и эксплуатации систем аварийной сигнализации о возникновении самоподдерживающейся цепной реакции и организации мероприятий по ограничению ее последствий (ПБЯ)

IEC 60860 ed. 2.0 2014-06, Radiation protection instrumentation - Warning equipment for criticality accidents (МЭК)

ISO 7753-1987 Nuclear Energy - Performance and testing requirements for criticality detection and alarm systems (ИСО)

ANSI/ANS-8.3-1997 Criticality Accident Alarm System, Approved 2003-06-12 (АНСИ)

Термины будут даны по ПБЯ и стандарту МЭК. Требования к техническим характеристикам САС СЦР будут даны по ПБЯ с указанием отличий в других документах, когда они есть.

Термины ПБЯ

самоподдерживающаяся цепная реакция деления (СЦР) - процесс деления нуклидов с испусканием ионизирующих излучений и выделением энергии, при котором число нейтронов, образующихся в процессе деления ядер за какой-либо интервал времени, равно или больше числа нейтронов, убывающих из системы вследствие утечки и поглощения за этот же интервал времени;

ядерноопасный делящийся материал (ЯОДМ) - материал, при работе с которым не исключена возможность возникновения СЦР;

ядерноопасная зона (ЯОЗ) - часть производственной территории, в пределах которой при возникновении первого пика СЦР с числом делений 10¹⁸ поглощенная доза от мгновенного нейтронного и фотонного излучения составляет не менее 0,1 Гр (10 рад). Радиус ЯОЗ - не менее 50 м вокруг места возникновения СЦР в отсутствие поглощения излучений;

полная радиационная защита от последствий СЦР - условно принятая полной при обеспечении ядерной безопасности; гарантирует ослабление поглощенной дозы при возникновении СЦР с числом делений 10¹⁸ до значения менее 10 рад, а также предотвращает поступление радиоактивных газоаэрозолей в обслуживаемые персоналом помещения до уровней, соответствующих получению дозы не более 1 рад в течение 1 часа после возникновения СЦР.

Термины МЭК

3.1.2 сигнализация - способ уведомления о критической ситуации;

3.1.5 критическая ситуация - выделение энергии в окружающую среду вследствие случайно произошедшей самоподдерживающейся или нарастающей нейтронной цепной реакции;

3.1.6 система сигнализации о критической ситуации - все части сборки, узы, функциональные блоки и компоненты, которые вместе составляют работоспособную систему, в том числе все цепи, сигнализации, связи, кабели, датчики и вспомогательные узлы. Система сигнализации о критической ситуации содержит, по меньшей мере, следующие узлы:

- блок детектирования, в том числе соответствующую электронику;

- блок предупреждения, включая логическое устройство и устройство сигнализации;

3.1.7 ложная аварийная сигнализация - включение аварийной сигнализации в отсутствии критической ситуации.

Определения функции САС

ПБЯ: 1.4. САС - это совокупность технических средств, размещенных на производственных площадях, предназначенная для выполнения двух главных функций:

- обнаружение СЦР на ядерноопасных участках;

- выдача аварийных сигналов о необходимости эвакуации работников из ядерноопасной зоны.

МЭК: 4.1. Основные функции системы сигнализации о критической ситуации заключаются в следующем:

- обнаружение аварии по критичности, как только она происходит в зоне контроля детектора(ов);

- приведение в действие сигнализации с минимальной задержкой;

- обеспечение высокой степени надежности, которая требуется в соответствии с классификацией безопасности оборудования, и низкой вероятности ложной тревоги;

- безаварийность конструкции и возможность выявления сбоев - единичный отказ должен быть указан, но при нем не должны происходить отключение системы и потеря результата обнаружения аварии по критичности;

- защищенность от несанкционированного изменения.

Дополнительные функции САС

ПБЯ: 1.5. Правила не требуют от САС других функций, кроме двух главных, указанных в п. 1.4. Допускается использовать технические средства САС ... например, постоянного контроля мощности дозы гамма-излучения ... Расширение функций САС ... не должно ухудшать надежность выполнения системой двух главных функций ...

МЭК: 4.1. Общие характеристики ... Дополнительные функции системы сигнализации о возникновении критической ситуации должны устанавливаться по согласованию между производителем и пользователем. В состав рекомендуемых дополнительных функций должна входить возможность измерения уровня излучения во время аварии с возникновением критической ситуации и после ее завершения. Должна быть предусмотрена возможность протестировать отклик и характеристики системы аварийной сигнализации, не вызывая эвакуацию персонала.

ИСО, АНСИ: нет требований.

Требования по установке САС

ПБЯ: 1.7. Не требуется устанавливать САС:

1.7.1 ... если суммарная масса ²³⁵U, ²³³U и изотопов плутония ... не превышает 300 граммов на любой момент времени.

МЭК: нет требований.

ИСО: 3.2.1 Потребность в системах ... должна оцениваться для всех видов деятельности ... (при осуществлении которой масса используемых изотопов) ... превышает 700 г ²³⁵U, 520 г ²³³U, 450 г делящихся изотопов плутония или 450 г любого соединения этих изотопов.

АНСИ: 4.2.1. Потребность в системах ... должна оцениваться для всех видов деятельности ... ... (при осуществлении которой масса используемых изотопов) ... превышает 700 г ²³⁵U, 520 г ²³³U, 450 г делящихся изотопов плутония или 450 г любого соединения этих изотопов.

Эталонное излучение

ПБЯ: 3.1. Разработчик технических средств САС должен провести испытания образцов ... включая испытания образцов на импульсных реакторах ...

МЭК: 5.4. Эталонное излучение. Эталонное излучение должно создаваться источниками ⁶⁰Co и ²⁵²Cf, если производитель и пользователь не согласовали использование других источников (например, ¹³⁷Cs). ⁶⁰Co является более предпочтительным как гамма-источник, чем ¹³⁷Cs, так как его энергия ближе к энергии гамма-излучения во время критической ситуации.

ИСО, АНСИ: нет требований.

Энергетическая зависимость к гамма-излучению

ПБЯ: нет требований.

МЭК: 6.2. Энергетическая зависимость чувствительности детекторов должна быть такой, чтобы система могла реагировать на любое рассматриваемое событие с помощью детектирования излучения заданного типа. 6.2.1. Детекторы гамма-излучения 6.2.1.1. Требования. Измеренное значение дозы в интервале энергий от 0,1 МэВ до 3 МэВ должно находиться в интервале (-35%, +50%) относительно условно истинной дозы.

ИСО, АНСИ: нет требований.

Энергетическая зависимость к нейтронам

ПБЯ: нет требований.

МЭК: 6.3.2. Нейтронные детекторы 6.2.3.1. Требования. Так как в системах сигнализации о возникновении критичности могут использоваться различные типы детекторов, обладающие различными энергетическими характеристиками, то можно дать только общие рекомендации по их использованию. Отклик всех детекторов нейтронов должен определяться с использованием эталонного излучения (нейтроны деления ²⁵²Cf или другой подходящий источник).

ИСО, АНСИ: нет требований.

Угловая зависимость

ПБЯ: 2.2.10. Угловая зависимость эффективности блоков детектирования ... должна быть не более 25% и приведена в документации ...

МЭК: 6.5. Зависимость отклика от угла падения 6.5.1. Требования. Должна быть определена зависимость отклика от угла падения излучения. 6.5.2. Метод испытаний. Результаты должны быть представлены в виде полярной диаграммы.

ИСО, АНСИ: нет требований.

Перегрузочные характеристики

ПБЯ: 2.2.8. Блоки детектирования и другие элементы ... должны ... сохранять работоспособность после воздействия дозы смешанного нейтронного и гамма-излучения от СЦР не менее 100 Гр.

МЭК: 6.6. Характеристики при перегрузке 6.6.1 Требования ... Блок детектирования должен быть испытан при значении мощности дозы не менее 1 кГр·ч^-1 в течение, как минимум, 1 мин.

ИСО: 3.5 Надежность 3.5.4. Детекторы должны безотказно запускать аварийную сигнализацию при воздействии на них мощного излучения, превышающего 1000 Гр/ч.

АНСИ: нет требований.

Ложные сигнализации

ПБЯ: 2.5.1 ... Количество ложных срабатываний на систему, связанных с отказами элементов САС, не должно превышать двух в год. 2.5.2. Предприятия, эксплуатирующие САС, должны регистрировать каждый случай ложного срабатывания с указанием его причин. Предприятие в ежегодном отчете по безопасности, направляемом в ДБЧС Минатома России, должно сообщать о случаях ложных срабатываний САС.

МЭК: 4.4. В ходе проектирования системы сигнализации о возникновении критичности особое внимание должно быть уделено минимизации вероятности ложных срабатываний.

ИСО: 3.1 Общие положения. Системы аварийной сигнализации должны быть обеспечены повсюду, где предполагается, что их использование приведет к снижению общего риска. Необходимо провести анализ рисков, являющихся результатом сигналов ложной тревоги.

АНСИ: 4.1.3 Целью системы аварийной сигнализации является снижение риска для персонала. При оценке общего риска необходимо признать, что опасность может быть вызвана ложными аварийными сигналами и последующим внезапным прерыванием работ и перемещением персонала.

Снижение частоты ложных сигнализаций

ПБЯ: 2.5.9. Для снижения частоты ложных срабатываний САС допускается применение схем совпадений аварийных сигналов с двух любых блоков детектирования из трех.

МЭК: 4.4. Ложные сигнализации. Одним из методов, используемых для минимизации ложных сигнализаций, является использование систем с избыточностью, когда требуется реакция, по меньшей мере, двух детекторов из трех.

ИСО: 3.5.1. Во избежание появления сигналов ложной тревоги можно обеспечить отдельные надежные детекторные каналы или установить требование, чтобы сигнал тревоги запускался одновременным срабатыванием двух или нескольких детекторных каналов.

АНСИ: 4.4.1. Во избежание появления сигналов ложной тревоги можно предусмотреть отдельные надежные детекторные каналы или установить требование, чтобы сигнал тревоги запускался одновременным срабатыванием двух или нескольких детекторов.

Время отклика

ПБЯ: 2.4. Устройства звуковой и световой сигнализации 2.4.2. Интервал времени от момента срабатывания блока (блоков) детектирования до момента достижения номинального уровня звучаний аварийной сигнализации не должен быть более 0,5 с.

МЭК: 6.3. Время реакции 6.3.1. Требования. Система должна выдавать сигнал о критичности в пределах 0,3 с после обнаружения соответствующего события.

ИСО: 3.4 Аварийная сигнализация 3.4.3. Сигнал об эвакуации должен зазвучать сразу же после регистрации аварии.

АНСИ: 5.5 Время отклика. Конструкция системы должна обеспечивать генерацию аварийного сигнала о возникновении критического состояния за полсекунды с момента регистрации детектором критического состояния.

Минимальная длительность СЦР

ПБЯ: 2.2.1 ... При разработке технических средств САС необходимо принять минимальную продолжительность СЦР, равную 10^-3 с (1 мс).

МЭК: 4.2. Критерий обнаружения ... При разработке детекторов излучения можно предположить, что минимальная продолжительность всплеска излучения составляет 1 мс.

ИСО: 4.3. Чувствительность измерительного прибора. Можно предположить, что минимальная продолжительность переходных изменений излучения составляет 1 мс.

АНСИ: 5.7. Чувствительность 5.7.1 ... Можно предположить, что минимальная продолжительность переходных изменений излучения составляет 1 мс.

Уровень сигнализации

ПБЯ: 2.4.3. Уровень звучания должен быть не менее 90 дБ на расстоянии в 1 м от генератора звука.

МЭК: 4.14.1. Сигнализация. Уровень звука должен составлять 90 - 115 дБ на расстоянии 1 м от сигнального устройства. Звуковая и визуальная сигнализация должны быть непрерывными, пока они не отключены вручную.

ИСО: 4.6.2. Испытания каждого генератора звуковых сигналов должны проводиться, как минимум, один раз в три месяца. Слышимость сигнала поверх фонового шума на всех участках, с которых необходимо эвакуировать людей, должна устанавливаться наблюдениями на местности.

АНСИ: 4.3.6 Генераторы звуковых сигналов тревоги должны генерировать сигналы, результирующий уровень звукового давления которых составляет, как минимум, 75 дБ, но не менее 10 дБ выше максимального уровня шума окружающей среды, ... характерного для каждой зоны, подлежащей охвату звуковой сигнализацией. 4.3.7. ... необходимо, чтобы уровень шума по шкале A, создаваемый генераторами звуковых сигналов тревоги около уха человека, не превышал 115 дБ.

Критерий регистрации по нейтронам

ПБЯ: 2.2.4. Если система основана на регистрации мощности дозы нейтронного излучения, то порог срабатывания не должен превосходить 1/r² мГр/с, где r - расстояние в метрах от места возможного возникновения СЦР до блоков детектирования (r - не менее 1 м), при этом доза нейтронного излучения до момента срабатывания блока детектирования должна быть не более 3/r² мГр.

Пороги срабатывания в единицах плотности потока нейтронов должны определяться с учетом энергетической зависимости их спектра и чувствительности блоков детектирования. При значениях r не более 30 м порог срабатывания по плотности тепловых нейтронов не должен превосходить для блоков детектирования тепловых нейтронов - 3 · 10⁵ см^-2·с^-1, для блоков детектирования быстрых нейтронов с энергией 1 МэВ - 5 · 10⁴ см^-2·с^-1.

МЭК, ИСО АНСИ нет отдельных требований.

Критерий регистрации по дозе

ПБЯ: 2.2.2. Порог срабатывания САС определяется требованием обнаружения минимальной СЦР, которая создает на расстоянии 1 м от места возникновения в отсутствие поглощающих экранов дозу, равную 0,25 Гр (25 рад) в течение не более 60 с.

МЭК: 4.2. Критерий обнаружения ... за минимальное событие можно принять такое, при котором эквивалент поглощенной дозы нейтронного и гамма-излучения в воздухе составит 0,2 Гр за 60 секунд на расстоянии 2 м от материала, в котором происходит реакция.

ИСО: 4.2. Критерий регистрации ... в результате минимальной критической аварии поглощенная доза нейтронного и гамма-излучения в воздухе, равная 0,2 Гр, передается за 60 с на расстояние 2 м от реагирующего вещества.

АНСИ: 5.6. Критерий регистрации ... в результате минимальной критической аварии на расстояние 2 м от реагирующего вещества передается эквивалент мощности поглощенной дозы в воздухе, равный 0,2 Гр/мин (20 рад/мин).

Критерий регистрации по мощности дозы

ПБЯ: 2.2.3. Если система основана на регистрации мощности дозы гамма-излучения, то порог срабатывания блока детектирования не должен превосходить 0,3/r² мГр/с, где r - расстояние в метрах от места возможного возникновения СЦР до блоков детектирования (r - не менее 1 м), при этом доза гамма-излучения до момента срабатывания блока детектирования должна быть не более 1/r² мГр. Это соответствует порогу срабатывания 0,3 мкГр/с и дозе 1 мкГр при значениях r - не более 30 м.

МЭК: нет требований по мощности дозы: 6.4. Порог обнаружения для срабатывания сигнализации 6.4.1. Требования ... Порог обнаружения для срабатывания сигнализации должен быть таким, чтобы ... оборудование ... было способно обнаруживать излучение с эквивалентной или поглощенной дозой нейтронного и гамма-излучения в воздухе ... 0,2 Гр за 60 секунд на расстоянии 2 м от материала, в котором происходит реакция ... 6.4.2. Метод испытаний ... Испытания следует проводить с импульсами излучения различной длительности, в диапазоне примерно от 1 мс до 3 с.

ИСО: 3.5.4. Детекторы должны безотказно запускать аварийную сигнализацию при воздействии на них мощного излучения, превышающего 1000 Гр/ч.

АНСИ: 5.6. Критерий регистрации ... С этой целью можно предположить, что в зонах проведения работ или обработки делящихся материалов, имеющих только расчетную защиту, в результате минимальной критической аварии на расстояние 2 м от реагирующего вещества передается эквивалент мощности поглощенной дозы в воздухе, равный 0,2 Гр/мин ...

Изменение порога срабатывания

ПБЯ: 2.2.6. В случае невозможности устранить значительное поглощение излучения от места возможного возникновения СЦР до блоков детектирования последние необходимо приблизить к контролируемому оборудованию или снизить порог срабатывания системы таким образом, чтобы удовлетворились требования п. 2.2.2, п. 2.2.3 или п. 2.2.4. Значения порогов срабатывания и максимальных расстояний от блоков детектирования до оборудования в зависимости от вида поглощающего материала и его толщины приведены в табл. 1 и 2.