Способ определения выгорания изотопов в поглощающих элементах ядерного реактора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 849 9) (11) Срг 1)щитОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ НИЯ ВЫГОРАНИЯ ИЗ ЭЛЕМЕНТАХ ЯДЕРНО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Баранов В.И. и др. Определение содержания бора в образцах горных пород нейтронным методом. - Атомная энергия, 1957, т.2, вып.Ф 3, с.292.Беленький Б,В.и др, Использование комплекса нейтронноактивационногоана лиза сразными источникамиоблучения дл определения характеристик элементног состава стандартов горных пород. - В кн.: Труды 1-го Всесоюзного совеща ния по метрологии нейтронного излуче ния/ Под. ред. Р.Д.Васильева. М.: Изд-во стандартов, 1972, с.289. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕТОПОВ В ПОГЛОЩАЮЩИХ.ГО РЕАКТОРА(57). Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к материаловедению ядерных реакторов и может быть использовано для определения выгорания изотопов в поглощающих элементах ядерных реакторов, а также для определения содержания этих изотопов в средах. Целью изобретения является снижение трудоемкости анализа и повышение его оперативности при определении выгорания изотопов гадолинияи -157. Цель изобретения достигается тем, что поглощающий элемент облучают нейтронами и одновременно регистрируют спектр мгновенного гамма-излучения возбуждающих ядерСд иЫ . В интервале энергий 180-200 кэВ определяют площади Ьотопиков и их отношение. Отноше- йф ние площадей фотопиков дает количественную инФормацию о соотношении ядер двух изотопов гадолиния. С измеренной градуировочной кривой одного из изото- С пов сравнивают число импульсов в Фото- пике этого изотопа и определяют соотг ношение двух изотопов в поглощающем1элементе. Сопоставляя исходный и измеренный изотопный состав, определяют выгорание изотопов И и Ы.55 ю 740 45 50 55 выражение Изобретение относится к атомнойЮэнергетикеа именно гк материаловеде нию ядерных реакторов, и может быть использовано для определения выгорания изотопов в поглощающих элементах (ПЭЛах) ядерных реакторов, а также для определения содержания этих изотопов в средах.Цель изобретения - снижение трудоемкости анализа и повышение его оперативности при определении выгорания изотопов гадолиния 155 и 157.П р и м е р. Способ был опробован в лабораторных условиях для определения количеств изотопов гадолиния 155 и 15 Ф.в материале стержня выгорающего поглотителя реактора состоящего из наполнителя (707.) и гадолиния (ЗОБ), Использовались нейтроны, полученные от Ро-Ве источника интенсивностью 10 Н/с, замедленные в парафиновом блоке телщиной 10 см, Из материала стержня выгорающего поглотителя изготовили образец весом 1,2 г. Материал в виде порошка засыпали в полиэтиленовую 4-секционную чашечку площадью 18 см 2 (возможно исследование и целого участка поглощающего элемента при наличии соответствующих по Форме эталонов и более мощного источника нейтронов).Образец облучали нейтронами и одновременно регистрировали спектр мгновенных гамма-квантов с помощью спектрометра с полупроводниковым Седетектором объемом 32 см и многоканальным анализатором типаНокияНа Фиг,1 представлен спектр мгновенных-квантов, полученный от исследуемого образца, спектр от самого Ро-Ве источника (Фон) и разница этих двух спектров, где оцениваются площади Фотопиков с энергиями 182 и 199 кэВ и определяется их отношение.Обработка спектров - вычитание Фона, определение площадей Фотопиков проводили автоматически по специальной программе Ргобадля анализатора Нокия", За 30 мин получили средние для нескольких замеров величины площадей за вычетом бона: для Е182 кэВ 5 = (2370+130) имп для Е, = 199 кэВ 5 = (540+40) имп,0Для отношения концентраций ядер изотопов Сд и 514 справедливо 5 10 15 20 25 30 35 п 7 5765(1)и 5 бает -5 5где индексы "5" и "Ф" относятся ксоответствующему изотопу гадолиния;и - концентрация ядер;эффективность регистрациидетектора;5 - площадь фотопика в импульсах:5 - сечение поглощения для тепловых нейтронов, равное 60 и 255 т,бндля бд и бд соответственно,155 151В нашем случае Я Ъ с Таким образом и/и =. ,03,1.Для получения абсолютной величиныколичества двух изотопов надо воспользоваться предварительно измеренной., например, для изотопа Ы гра 57дуировочной кривой, Градуировочная .кривая (см.фиг 2) получена с эталонными образцами (с теми же геометрическими размерами и формой как уисследуемых образцов), содержащимиразное количество изотопа " Сд в наполнителе, с использованием того жесамого источника нейтронов, на котором проведены основные измерения, Поградуировочной кривой определяют ко.личество изотопа, соответствующееплощади Фотопика равной 2370+130, По 157лучают вес изотопа Сд равный (52ф 4) мг. Зная соотношение концентраций изотопов и /и = 1,03, определяют, что вес изотопа 5 бд равен(50.4) мг. Химический анализ показалсоответствующие количества6 д157(54+5) мг и . Сд (51+5) мг. Для более быстрого и качественного анализа желательно использовать пучок тепловых нейтронов (например, из тепловой колонны реактора), который имеет большой запас по интенсивности и, вероятно, более простой-спектр в исследуемой энергетической области по сравнению со спектром от Ро-Ве источника.Выбор энергии нейтронов обусловлен необходимостью проникновения нейтронного пучка на полную глубину исследуемого материала. При этом следует учитывать, что в стержнях выгорающих поглотителей изотопы гадолиния обычно не используются в чистом виде, а разбавляются наполнителем, у которого поглощающие и рассеивающие свойства совсем другие. Таким образом, критерием выбора энергии нейтронов служит. диаметр поглощающего стержня, 1320849его плотность и соотношение наполнителя,и поглотителя - гадолиния. В то же время желательно, чтобы используемый энергетический диапазон был достаточно узок для определенности выбора .нужных опорных сечений. Следовательно, для облучения ПЭЛа можно использовать фотонейтронные источники, ускорители, реакторные пучки с фильтрами и т.д.Предлагаемый способ определения выгррания изотопов И и И в ПЭЛах ядерного реактора дает следующие преимущества: Материал ПЭЛа можно исследовать без его разрушения, отбора пробы и ее химической подготовки, Это делает способ простым и оперативным.Способ не чувствителен к примесям в материале ПЭЛа и в его оболочке, так как измерительная аппаратура выделяет и регистрирует только мгновенные гамма-кванты возбужденных ядер И и дИ с определенной энергией.Регистрируемое гамма-излучение имеет статистическую природу, поэтому точность определения количеств изотопов гадолиния в исследуемой среде может быть достаточно высока. Она определяется временем экспозиции, интенсивностью нейтронного источника, отношением эффекта к фону.Детектирование гамма-квантов ядер И и "И дает возможность детально измерять истинное распределение содержания изотопов гадолиния по высоте ПЭЛа. Предлагаемый способ улучшает условия труда и техники безопасности, так как нет длительных прямых контактов с радиоактивной оболочкой, пылью раздробленного материала, содержащего гадолиний, с химически вредными реагентами.10 Формула изобретенияСпособ определения выгорания изотопов в поглощающих элементах ядерного реактора, включающий взанмодейст Б вие нейтронов с поглотителем и регистрацию продуктов взаимодействия,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью снижения трудоемкости анализа и повышения его оперативности при 2 п определении выгорания изотопов гадолиния 155 и 157, поглощающий элементоблучают нейтронами, проходящими наполную глубину исследуемого материала, и во время облучения регистриру ют спектр мгновенного гамма-излучения возбужденных ядерИ ив кИ в спектре выделяют два фотопика в интервале энергий 180200 кэВ и определяют отношение их Зо площадей, из которого получают количественную информацию о соотношенииядер двух изотопов гадолиния, затемсравнивают число импульсов в фотопикеодного из изотопов с предварительно измеренной градуировочной кривой.для этого изотопа и определяют содержание двух изотопов в поглощающем .элементе, по изменению изотопногосостава по сравнению с исходным судят 41 о выгорании изотопов И и И.51320849 Ф)0 Составитель К.Косоуроведактор Н.Киитулинец Техред А.Кравчук Корректор С,Черн Заказ 36 роизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектная,Тираж 394 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 13035, Москва, Ж, Раушская