STRUČNĚ O PROJEKTU

Název projektu
Nedestruktivní kontrola betonu biologického stínění

Bezpečnostní hrozba
průmyslové havárie a selhání technologií

Příjemce
Centrum výzkumu Řež s.r.o.

Doba realizace
1. 9. 2015 – 30. 4. 2019

Projekt byl zaměřen na vývoj nedestruktivních metod, kterými bude možné sledovat kvalitu betonu kolem tlakové nádoby jaderného reaktoru. Biologická ochrana slouží jako bariéra proti úniku radioaktivních zplodin, ale také k ochraně personálu jaderné elektrárny před radiací. Projekt se skládal ze dvou hlavních částí: vývoj diagnostické metody a její ověření pomocí robotického manipulátoru.

Projekt byl podpořen dotací ve výši 6 463 000,- Kč.  
  
 

PODROBNĚ O PROJEKTU

autor: Ing. Zbyněk Hlaváč, Ph.D., Centrum výzkumu Řež s.r.o.

Projekt Nedestruktivní kontrola betonu biologického stínění byl realizován v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky na léta 2015 – 2020. Vlastní řešení projektu probíhalo v letech 2015 až 2019.

Projekt byl zaměřen na vývoj nedestruktivních metod, kterými bude možné sledovat kvalitu betonu kolem tlakové nádoby jaderného reaktoru. Biologická ochrana slouží k ochraně personálu jaderné elektrárny před radiací. Projekt se skládal ze dvou hlavních částí: vývoj metody a její ověření pomocí robotického manipulátoru.

V průběhu řešení projektu byla vyvinuta metodika nedestruktivní kontroly betonu pomocí dvoufrekvenčního směšování dvou různých ultrazvukových signálů. Byl také vyvinut, vyroben a otestován mechanický manipulátor ovládaný pneumatickým a táhlovým manipulačním systémem. Manipulátor slouží k inspekci betonu biologického stínění jaderných reaktorů typu VVER, provozovaných na jaderných elektrárnách východního bloku a Finska.

Manipulátor Horymír je určen k nesení 3 širokopásmových sond (piezoelektrických měničů), z nichž dvě vysílají signál o různé frekvenci a jedna přijímá výsledný signál, zkreslený průchodem konstrukcí reaktorové šachty. V průběhu doby řešení projektu byly sestaveny převodní vztahy, pro přepočet amplitud přijatých a vyslaných signálů na základní mechanické veličiny, pevnost v tlaku, pevnost v tahu, modul pružnosti betonu či Poissonův součinitel. Na základě nedestruktivního měření ve svislém ionizačním kanále reaktorové šachty pomocí manipulátoru Horymír je pak možné stanovit případný stupeň poškození betonu, a to zejména radiací či napjatostí způsobenou teplotním gradientem.

Metodika nedestruktivní kontroly je aktuální od té doby, co se světové mocnosti začaly přiklánět k záměru prodlužování životnosti jaderných bloků ze 40 na 60, 80 i více let. Beton biologické ochrany, navržený na 40 let, tak musí být posouzen stejně jako i ostatní komponenty jaderných bloků, jestli prodlouženou životnost přežije bez zásadních zásahů do konstrukce. V případě reaktorové šachty sloužící k zamezení průniku neutronů a ochraně personálu jaderné elektrárny i jejího okolí nelze připustit jakékoliv narušení její struktury během testů. Zároveň je velmi komplikované se přiblížit do místa jednak s největším teplotním gradientem, jednak s nejvyšším výskytem neutronů. V projektu byla vybrána taková nedestruktivní metoda, která může posoudit vlastnosti betonu, především jeho celistvost a možné narušení trhlinami a mikrotrhlinami, aniž by se přístroj potřeboval dostat do přímého styku s tímto betonem.

Ultrazvukové vlny vyslané ze 2 akustických sond manipulátoru projdou přes ocelovou výstelku ionizačního kanálu, pokračují betonem biologického stínění, kde se spojí a jako jedno složené vlnění doputují zpět do manipulátoru. Piezoelektrický krystal převede tento akustický vzruch na elektrický signál, jež se odešle do řídícího bodu v bezpečné vzdálenosti od aktivní zóny reaktoru. Tam operátor manipulátoru a operátor ultrazvukové aparatury ovládají zařízení a provádí měření. Jeden operátor řídí manipulátor a jeho sondy, přikládá je, pootáčí kolem svislé osy, druhý řídí vysílání, příjem a analýzu signálů. Součástí této práce náročné na koordinaci je samozřejmě radiační ochrana obou operátorů a dekontaminace po skončeném měření.

Tlaková nádoba reaktoru VVER 1000 v reaktorové šachtě (převzato ze stránek ČEZ a.s.)
 

Příprava manipulátoru Horymír před umístěním do reaktorové šachty
 

Obsluha ultrazvukové aparatury a manipulátoru Horymír
 

Manipulátor při měření
 

Rozbor signálu získaného z výřezu reaktorové šachty 5. bloku jaderné elektrárny NORD u východoněmeckého městečka Greifswald. Měření prokázalo, že zkoumaný beton nebyl provozem jaderného reaktoru poškozen.