Способ определения изотопного состава топлива в ядерном реакторе и устройство для его осуществления

(51) б б 21 С 17 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г) О видетельств к авторск ергии Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Институт атомной эн им.И,В.Курчатова(56) Грошев Л,В. и др. Определение выгорания в ТВЭЛах при помощи полупроводникового германиев ого гамма-спектрометра, Атомная энергия, 1965, т,21, вып,5, с.412-414. 3 еленков А.Г, и др. Полный анализ выгоревшего топлива АЭС с ВВР, Атомная энергия, 1981, т.51, вып.1, с.53. Меп 1 оче Х.О. Кезопапсе Зе 1 ИЛнбсайоп ТесЬп 1 япе аког 1 зо 1 орс Аззау о 1 Р 1 зз 11 е Матепа 1 з, О Мцс 1. Арр 11 с, 1969. чо 1.6. р,401-410. Термализация нейтронов. Труды Брукхейвенской конференции, США (30.4- 5.3.1962 г.), М.: Атомиздат, 1964, с.320-330. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА ТОПЛИВА В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 19) Я.1 11) 1799181(57) Сущность изобретения; а канале работающего ядерного реактора вблизи от твэлов размещают рассеиватель с максимальным атомным номером, в нейтронном сечении которого не имеется резонансов в области энергий ниже 1000 эВ, Канал 4 размещен в замедлителе с возможностью перемещения вдоль исследуемого топливного элемента. Рассеиватель формирует в заданном направлении поток замедляющихся нейтронов, выходящих из твэлов, По методу (",)р времени пролета измеряют энергетический спектр замедляющихся нейтронов в области энергий 0-1000 эВ. Идентификацию изотопов проводят по положению провалов в измеренном спектре, а по площади провалов вычисляют содержание этих изотопов, 2 с.п.ф-лы 3 ил.3 1Изобретение относится к области прикладной ядерной физики и может быть использовано в ядерной энергетике для определения изотопного состава в активных зонах ядерных реакторов, а также для тестирования программ расчета реакторов.Цель изобретения - для способа и устройства, его реализующего, - повысить экспрессность измерения, обеспечить контроль всех элементов ядерного топлива в различных локальных частях активной зоны работающего реактора,На фиг. 1 приведена принципиальная схема измерения спектров замедляющихся нейтронов; на фиг. 2 - схема вывода нейтронного пучка из втулочного блока естественного урана в воде; на фиг. 3 участок спектра в области энергий нейтронов Е, = ЗэВ, Е, = 23 эВ, измеренный методом времени пролета,Устройство для определения изотопного состава топлива в ядерном реакторе содержит измерительный участок, включающий активную зону, с расположенными в ней в замедлителе (воде) твэлами 1, В работающий реактор 2 помещается трубка 3 для вывода пучка нейтронов, В нижнем торце трубки размещен рассеив атель 4 из тяжелого материала, например свинца, Рассеиватель нейтронов должен иметь максимальный атомный номер, в нем должны отсутствовать резонансные нейтронные уровни в области энергий 0-1000 эВ, Трубка 3 также выполняется из материала, слабо поглощающего нейтроны и не имеющего резонанса в вышеуказанной области энергий, Трубка проходит через отверстие в верхней крышке 5 и защите 6 реактора 2 и коллиматор 7 к механическому прерывателю 8 нейтронного пучка, последний далее направляется через следующий коллиматор к детектору нейтронов 9 с защитой 10 и после усиления и формирования на усилителе и формирователе импульсов 11 импульсы от нейтронного детектора поступают на ЭВМ 12, которая воспринимает и обрабатывает информацию о спектре нейтронов в пучке и выдает ее на принтер 13, дисплей 14 и графопостроитель 15,Нейтроны, выходящие из твэлов, рассеиваются на тяжелом рассеивателе (свинец) и по выводной трубке (алюминий, цирконий, сталь), которая расположена с возможностью перемещения вдоль пучка нейтронов, проходя систему коллиматоров, в виде узкого пучка падают на механический прерыватель, после которого короткие импульсы нейтронов (= 1-2 мкс) проходят расстояние = 5-10 м,799181регистрируются детектором и с помощью ЭВМ измеряется их время пролета ( энергия) и количество. Во время измерений ЭВМ производит сортировку и обработку получаемой экспериментальной информации и через 10-60 мин выдает полученные результаты в виде обработанного спектра на дисплей и графопостроитель и в виде таблиц по концентрациям - на дисплей и принтер.Поскольку трубка для вывода пучканейтронов размещена с возможностью перемещения вдоль твэлов пучка, можно проводить локальные измерения изотопного состава и концентрации по всему измерительному участку, а при размещении трубок по всей активной зоне между твэлами можно получать информацию по изотопному составу для реактора.Способ получения концентраций изотояовиз измеренных спектров замедляющихся нейтронов иллострируется на примере спектра нейтронов, выходящих из втулочного блока естественного урана, находящегося в воде, Схема вывода нейтронного пучка 16 из ограниченной области 17 втулочного блока 18 естественного урана в воде 19 приведена на фиг. 2. На фиг, 3 приведен участок спектра в области энергий нейтронов Е, 3 эВ, Е, = 23 эВ, измеренный методом времени пролета на сильноточном линейном ускорителе электронов. Из фиг, 3 видно, что спектр замедляющихся нейтронов отражает резонансную структуру полных нейтронных сечений изотопов, находящихся в момент изменений в блоке естественного урана ( У, У, 1).)Наиболее ярко проявляются, как видноиз фиг, 3, сильные Б-уровни 1.), содержание2 ЗВкоторого в блоке составляет 99,3 , Четко235проявляются также уровни 1.) (содержание 0,7 4) и слабые р-уровни ). Площадь провала в спектре нейтронов, обусловленная резонансным уровнем определенного изотопа, зависит от концентрации изотопа в блоке и параметров этого уровня (полной и частичных ширин Г, ГГ, Г,). Эта зависимость может быть найдена для конкретной геометрии путем монте-карловского расчета спектров,Для приближенных расчетов и оценкиконцентраций изотопов в случае слабых уровней используют диффузионное приближение, которое даетЙ - средний геометрический путь нейтроначерез блок при изотопном облучении блоканейтронами;- сечения за вата уВыражени 1 к полное сечение для уровня изотопа 1; гс60810сА Гс ко 1 с содержат Вычисляя для рядаее для 1- П,ПО тров плоПри этом ется как нных для гсст д 4 ссЛк окпк гк звестные вел зависимость А, уровней Е изот определения конц опа 1; определенным из щадей провалов концентрация и реднее из и о каждого из уров радиационна оответственн ие потенц ядра;на, отвечающая1; А, - атомный Использование изобретения даст возможность получать уникальную информацию о концентрации изотопов в любой области реактора и в любое время его работы, Эта информация является определяющей в осуществлении режима экономного и безопасного выжигания топлива в реакторе, предупреждения возможности образования локальных надкритичностей в процессе накопления плутония и трансплутониевых элементов, что очень важно для обеспечения ядерной безопасности реактора при его эксплуатации. Эта информация, а также непосредственно получаемые в измерениях спектры замедляющихся и тепловых нейтронов могут служить в качестве реперных для надежного тестирования разрабатываемых программ расчета реакторов,1+ 2 т + 1 а вес изото -спиновый 1- спин акто изото и интерфе полное се В пренебрежен ней при делении представить прибл и в- о ение м енно к пко(Е) =о 1 к Еок г чаях, когд УЛА ИЗОБРЕТЕН Ф площади провалов содержании соответствующих изотопов, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности измерений и обеспечения возможности локального анализа топлива в разных частях активной зоны работающего реактора, в локальном обьеме активной зоны вблизи от топливного тонного состава заключающийся спектров нейт- Л, по методу ации изотопов в измеренном ычислении по- полная ширина уровняГк+ 1,к + 1 аГ,Г 1, Г - - нейтроннаяи делительная ширинауровня с изотопа 1;4 = о,р = от(К) - - сеченного рассеяния;К, - эффективный радиус1- - длина волны нейтроэнергии уровня Е изотопа Для сильных уровней аксимальный сброс энерги1. Способ определения из топлива в ядерном реакторе, в измерении энергетических ронов, выходящих из ТВЭ времени пролета, идентифик по положению провалов энергетическом спектре,для А,(1, 2)ины, кроме и= А,(п,) от и,опа 1 используютентраций изотопаизмеренных спекуровней с - А,.зотопа 1 определяпределенных из даней с:ванный прерывателем пучка нейтронов, детектор нейтронов, соединенный с усилителем-формирователем импульсов нейтронов, отличающееся тем, что в нижней части канала для вывода нейтронов расположен рассеиватель нейтронов, канал размещен в замедлителе с возможностью перемещения вдоль исследуемого топливного элемента, а расстояние между каналом и топливным элементом меньше длины пробега нейтронов в замедлителе. 7 1799181 элемента размещают рассеиватель нейтронов из вещества, в нейтронном сечении которого отсутствуют резонансы в области энергий ниже 1000 эВ, с максимальным атомным номером, а спектр нейтронов в области энергий 0 - 1000 эВ.2. Устройство для определения изотопного состава топлива в ядерном реакторе, содержащее вертикальный канал для вывода нейтронного пучка, расположенный в замедлителе активной зоны реактора и оборудо