AT338385B

AT338385B - Verfahren zur messung der leistungsverteilung in thermischen reaktorkernen

Info

Publication number: AT338385B
Application number: AT68475A
Authority: AT
Original assignee: Fleck Carl M Dr
Priority date: 1975-01-29
Filing date: 1975-01-29
Publication date: 1977-08-25
Also published as: ATA68475A

Description

Die Messung der Leistungsverteilung in thermischen Reaktoren wird derzeit vorwiegend durch die Messung der Verteilung des thermischen Neutronenflusses durchgeführt, etwa durch Spaltkammern, in denen die durch thermische Neutronen ausgelösten Kernspaltungen ein Stromsignal erzeugen, das einer Messung zugeführt wird, oder durch die Aktivierung einer Kugelmesssäule durch thermische Neutronen nach dem sogenannten Kugelmesssystem.

Diese Vorgangsweise gibt wegen der hohen thermischen Spalt- oder Aktivierungs- querschnitte und dem hohen thermischen Fluss ein grosses Ansprechvermögen der Messeinrichtung und somit einen kleinen statistischen Fehler in der Messung.
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L (x), d. h. im wesentlichen die Spaltrate
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zurückzureohnen. Dabei bedeuten i > schneller Fluss als Funktion des Ortes x s eth thermischer Spaltquerschnitt für das i-te Nuklid th
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Spaltquerschnitt Ni (x) schwere Nuklide als Funktion des Ortes x.

Dazu müssen vor allem die Anzahl der spaltbaren Nuklide Ni und die dazugehörigen Spaltquerschnitte bekannt sein. Diese Grössen ändern sich, aber nicht nur in den einzelnen Zonen des Kernes, sondern auch während des Abbrandes, einerseits durch Abbrand und Aufbau verschiedener Nuklide, anderseits durch Änderung des Neutronenspektrums mit dem Abbrand und durch Änderung der Neutronenabsorber im Kern.

Daher gehen die Fehler in den Nuklidkonzentrationen und den dazugehörigen Wirkungsquerschnitten direkt in die Messung ein.
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verteilung stark lastabhängig ist und dadurch das Bremsvermögen ausserordentlich stark verändert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfacheres und genaueres Verfahren zur Messung der Leistungsverteilung in thermischen Reaktoren zu entwickeln.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht nun darin, dass die Flussdichte der schnellen Neutronen an verschiedenen Stellen des Reaktorkernes mit innerhalb des Kernes befindlichen Detektoren gemessen und die so ermittelte Flussdichteverteilung der Leistungsverteilung zugeordnet wird.

Erfindungsgemäss wird somit dem schnellen Fluss Os die örtliche Leistung zugeordnet, da er der Spaltrate F direkt proportional ist. Es ergibt sich dabei folgende Beziehung für den örtlichen schnellen Fluss :
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wobei die Grösse v angibt, wieviel schnelle Neutronen pro Spaltung frei werden. Zwar ist auch v für die verschiedenen Uran- und Plutoniumisotope verschieden, aber die Korrektur lässt sich leichter durchführen, da der Mittelwert v von v lautet :
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oder bei Berücksichtigung der Schnellspaltung
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Die Grössen Ni und ui sind sowohl im Zähler als auch im Nenner enthalten und Fehler dieser Grössen gehen nur über die Mittelwertsbildung als Korrekturen zweiter Ordnung ein.

Daher ist nicht nur der Fehler der Messung kleiner, sondern auch der Risikofaktor bei falscher Kernbeladung (gleichbedeutend mit falschem Ni im Rechner) verschwindet, da ein Kernelement höherer Anreicherung in einer Zone hohen Flusses sofort durch erhöhte Abgabe schneller Neutronen bemerkt wird. Ebenso geht die Spektrumsänderung (hier durch die Änderung des Grobspektrums /-angedeutet) im Zähler und Nenner des Proportionalitätsfaktors mit s th ähnlichen Gewichten ein und wird daher ebenfalls zu einer Korrektur zweiter Ordnung.

Die erfindungsgemässe Messung der Leistungsverteilung in thermischen Reaktoren lässt sich daher mit schnellen Neutronen in gleicher Weise durchführen wie mit thermischen Neutronen, wobei man zweckmässigerweise Spaltkammern mit U-238, Pu-240 verwendet, die nur mit schnellen Neutronen spalten. Die Spaltrate in den Kammern ist zwar dadurch kleiner aber damit ebenso der Abbrand der Spaltkammern, was von grossem Vorteil beim Betrieb von Leistungsreaktoren ist. Ein weiterer Vorteil liegt in der grösseren Reichweite der schnellen Neutronen. Die Detektoren ermitteln über grössere Kernzonen die Leistung, und die Problematik unentdeokter örtlicher Flussspitzen, wie sie bei thermischen Flussdetektoren auftritt, verliert ihre Bedeutung.

Bei der bekannten Messung der Leistungsverteilung mit Hilfe des thermischen Flusses muss aus dem von den Spaltkammern gelieferten Messwert auf einen Messwert in die Brennelementen-Mitte rückgerechnet werden. Die Struktur der thermischen Flussverteilung ist jedoch in hohem Masse von dem umgebenden Material (Moderator, Borsäure, Regelstäbe, Dampfblasen, Strukturmaterial, Brennstoff, abbrennbare Gifte und Spaltprodukte) abhängig und kann nur rechnerisch korrigiert werden.

Für die bekannte Messung des thermischen Flusses wird die räumliche Auflösung im Kerngitter durch die mittlere Diffusionslänge bestimmt, die wesentlich kleiner ist als der Abstand zweier Messstellen. Daher
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sowohl einen grösseren örtlichen Bereich, da die Relaxationslänge des schnellen Flusses wesentlich über jener das thermischen ist, als auch eine höhere Unempfindlichkeit gegen Änderungen der Umgebung (Dampfblasen, Borsäure, Regelstäbe, Brennstoff, abbrennbare Gifte und Spaltprodukte), wegen der kleinen Wirkungsquerschnitte im schnellen Bereich.

Die Relation zwischen schnellem Fluss und Leistungsdichte L ist ausserordentlich direkt, da sich als abbrandabhängige Veränderliche im wesentlichen nur das Verhältnis von mittlerer Energiefreisetzung pro Spaltung
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oder bei Berücksichtigung der Schnellspaltung
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zu der mittleren Neutronenfreisetzung pro Spaltung
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oder bei Berücksichtigung der Schnellspaltung
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ergibt und somit das Messsignal des sohnellen Detektors mit der Leistungsdichte wie folgt proportional ist
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oder bei Berücksichtigung der Schnellspaltung
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Die Mittelwerte der Energiefreisetzung pro Spaltung a und der Anzahl der freiwerdenden schnellen Neutronen pro Spaltung v ändern sich während des Abbrandes

gleichsinnig mit der Zunahme des Pu-Gehaltes im Brennstoff. Durch die Verhältnisbildung kompensieren sich die Änderungen weitestgehend im Gegensatz zur Leistungsdichtebestimmung durch Messung des thermischen Flusses.

Vorzugsweise wird das Messsignal durch Spaltkammern gewonnen, die mit Spaltstoffen belegt sind, die vorwiegend mit schnellen Neutronen spalten. Um zu verhindern, dass das Messergebnis durch thermische Neutronen verfälscht wird, sind die Spaltkammern zweckmässigerweise mit einem thermische Neutronen absorbierenden Stoff oder mit dem in den Kammern befindlichen Stoff umgeben. Weiters ist es vorteilhaft, wenn in den Spaltkammern ein Spaltstoff verwendet wird, der durch Brutprozesse keine mit thermischen Neutronen spaltende Stoffe bildet.

Nicht nur mit Spaltkammern, sondern auch mit dem bekannten Kugelmesssystem ist eine Messung des sohnellen Flusses durchaus möglich. Die Messung wird durch entsprechende Wahl des Kugelmaterials und der Ausmesszeiten durchgeführt. Grundsätzlich sind zwei Methoden möglich.

1. Man misst eine Aktivität, die durch eine Kernreaktion eingeleitet wird, die eine Energieschwelle Es besitzt, unter der die gewünschte Aktivität nicht gebildet wird. Dann ist es nur notwendig, die übrigen störenden Aktivitäten abklingen zu lassen, und/oder nach ihrer Zerfallsenergie oder Strahlenart zu unterscheiden, oder zwei Messungen zu verschiedenen Zeiten zu machen, da die unterschiedlichen Halbwertszeiten dann eine Entfaltung erlauben.

2. Man misst eine Aktivität, die auch durch thermische Neutronen gebildet werden kann. Dann braucht man eine zweite, in Zerfallsart und/oder Halbwertszeit unterseheidbare Aktivität, deren Aktivierungsbeiträge von thermischen und epithermischen Neutronen von der der ersten unterschiedlich sind. Man misst wieder beide Aktivitäten und berechnet aus ihnen den epithermischen bzw. schnellen Fluss.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Messung der Leistungsverteilung in thermischen Reaktorkernen durch Messung von
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system zur Messung des schnellen Flusses verwendet wird.

3. Verfahren nachAnspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktivierte Kugelsäule zu zwei verschiedenen Zeiten ausgemessen wird.

Claims

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktivierte Kugelsäule nach ihrer Zerfallsart trennbare Aktivitäten besitzt, aus denen der sohnelle bzw. epithermische und/oder thermische Fluss ermittelt wird.

S. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens naohAnspruoh1, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektoren Spaltkammern verwendet werden, die mit Spaltstoffen belegt sind, die vorwiegend mit schnellen Neutronen spalten. EMI3.4 mit einem thermische Neutronen absorbierenden Stoff oder mit dem in den Spaltkammern befindlichen thermischen Spaltstoff umgeben sind. <Desc/Clms Page number 4>

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Spaltstoff der Spaltkammern durch Brutprozesse keine mit thermischen Neutronen spaltende Spaltstoffe bildet.