DE1954825C3 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Analyse von Kernbrennstoffen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Analyse von KernbrennstoffenInfo
- Publication number
- DE1954825C3 DE1954825C3 DE19691954825 DE1954825A DE1954825C3 DE 1954825 C3 DE1954825 C3 DE 1954825C3 DE 19691954825 DE19691954825 DE 19691954825 DE 1954825 A DE1954825 A DE 1954825A DE 1954825 C3 DE1954825 C3 DE 1954825C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- nuclear fuel
- neutron
- nuclear
- analyzed
- radiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Analyse von Kernbrennstoffen auf den Gehalt
an spaltbaren Isotopen, bei dem ein Neutronenstrahl als Primärstrahlung auf den zu analysierenden Kernbrennstoff
gelenkt wird, der diesen durchdringt und dabei in demselben durch Kernreaktionen eine Sekundärstrahlung
erzeugt die einen den Kernbrennstoff unmittelbar umgebenden Raum erreicht und dort gemessen
"wird und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Derartige Methoden sollen die technischen Voraus-Setzungen
dafür schaffen, daß die Verwendung von Kernbrennstoffen für nichtfriedHche Zwecke ausgeschlossen
werden kann, ohne daß Kontrolleure alle Teile einer nuklearen Anlage laufend inspizieren müssen.
Solche Verfahren, die sich auf eine instrumentierte Kontrolle des Spaitstotfflusses an ausgewählten strategischen
Punkten im Brennstoffzyklus stützen, bieten eine ausreichende Gewähr dafür, daß Kernbrennstoffe
nicht mißbräuchlich verwendet werden können.
Gleichzeitig Sind sie geeignet, VWbehahe gegen die
Kontrolle abzubauen, da die Zahl eventuell erforderlicher Kontrolleure und die Dauer der Anwesenheit derselben
wesentlich herabgesetzt werden kann, so daß eine wirtschaftliche Benachteiligung der Betreiber von
nukiearen Anlage« durch mißbräuchliche Verwendung von bei »manuellen« Kontrollen erlangten Kentnissen
weitgehend ausgeschlossen ist
Die wichtigste Voraussetzung für die Anwendbarkei; eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Analyse von
Kernbrennstoffen im Rahmen ein.es nuklearen Kontrollsystems
(Spaltstoffflußkontrolle) ist die absolute Si chertieit jede mögliche Verfälschung des Meßergebnisses
a priori auszuschließea
Passive Methoden, die auf dem Nachweis de.· Strahlung
beruhen, die verursacht ist durch den Kernzerfall infolge der natürlichen Radioaktivität im Kernbrennstoff
enthaltener schwerer Elemente, können eine solche Verfälschungssicherheit wegen der geringen Reichweite
dieser Strahlung und auftretender Selbstabschirmungseffekte nicht erreichen.
Aktive Methoden (beschrieben in der US-PS 34 56 ■ 13 und in Nuclear Instruments and Methods 73.
1969. S. 13 bis 33). bei denen von außen zugeführte Neutronen (Primärstrahlung) in dem Kernbrennstoff
Kernreaktionen einleiten und die dabei entstehende Strahlung (Sekundarslrahlung) an der Oberfläche des
Kernbrennstoffes gemessen wird, besitzen ebenfalls einen wesentlichen Nachteil, wenn das angewandte
Nachweisverfahren eine obere Grenze für die Neutronenenergie erfordert oder aus Intensitäts- oder anderen
Gründen auch niederenergetische Neutronen ausgenutzt werden sollen. Die Eindringtiefe der Primärstrahlung
(Durchdringungsfähigkeit) ist infolge von Abschirmeffekten begrenzt so daß von der Oberfläche
entfernt liegende Volumenelemente nicht erreicht werden. Insbesondere haben die verschiedenen im Kernbrennstoff
enthaltenen schweren Isotope unterschiedliche Absorptionsquerschnitte, die für vorbestimmte
Energiebereiche der Primärstrahlung (Resonanzenergie) besonders ausgeprägt sind, so daß die Primärstrahiung
nur eine düi'.ne an der Oberfläche gelegene
Schicht des Kernbrennstoffes mit hinreichender Intensität erreicht. Eine mögliche Anreicherung spaltbarer
Isotope im Zentrum eines Kernbrennstoffstabes könnte also bei Anwesenheit von Resonanzneutronen an Hand
der Sekundärstrahluing nicht nachgewiesen werden.
Es ist auch bekannt (GB-PS 11 03 924), einen Neutronenstrahl
durch ein Cadmiumfilter zu schicken, bevor er auf einen Kernbrennstab trifft, und danach die Sekundärstrahlung
aus dieser Probe mit Resonanzfiltern auszumessen.
Der Erfindung liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Kernbrennstoffe
auf einfache Weise zerstörungsfrei analysiert werden können und eine absolute Sicherheit gegen Verfälschungen
hinsichtlich der Zusammensetzung des Kernbrennstoffes und dessen Gehalt an spaltbaren Isotopen
erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geiöst.
daß der Neutronenstrahl derart moderiert wird, daß ein Neutronenbremsspektrum entsteht das in etwa
einem 1/E-Verlauf folgt und daß aus diesem Spektrum Neutronen ausgefiltert werden, deren Energie mit den
Resonanzenergien der Komponenten des zu analysierenden Kernbrennstoffes übereinstimmen.
Eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Analyse von Kernbrennstoffen auf den Gehalt an spaltbaren Isotopen,
mit einem von einer Neutronenquelle ausgehenden Neutronenstrahl als Primärstrahlung, der auf den
zu analysierenden Kernbrennstoff gerichtet ist, diesen durchdringt und in demselben durch Kernreaktionen
19
825
eine Sekundärstrahtung erzeugt, die einen den Kernbrennstoff
unmittelbar umgebenden Raum erreicht und dort mittels einer Meßeinrichtung meßbar ist, ist dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Neutronenquelle und dem Kernbrennstoff eine leichte Kiemente s
einhaltende Moderatorschdbe von einigen Zentimeisrn
Dicke zum Erzeugen eines »1«-Neutraüi:nbremsypektrums
sowie auswechselbare Filterscheiben, die aus im Kernbrennstoff enthaltenen Isotopen bestehen,
angeordnet sind.
Eine Weiterbildung der erfindungsgeroäßen Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichneL daß das leichte Element
der Moderatorscheibe Wasserstoff ist. und daß die Filterscheiben aus U 235, U 238 oder Pu 239 bestehen.
,5
Die in dem zu analysierenden Kernbrennstoff induzierte
Sekundärstrahlung besteht beispielsweise aus hochenergetischer Gammastrahlung oder prompten
oder verzögerten schnellen Neutronen. Die hochenergeusche Gammastrahlung entsteht beispielsweise bei
Absorptionsvorgängen durch Einfang von Neutronen, wobei nach Bildung eines Zwischenkernes dieser aus
einem angeregten in seinen Grundzustand übergeht und dabei die ihm zugeführte Energie in Form von
Gammaquanten abgibt [(π, γ)- Reaktion].
Eine andere Möglichkeit der Entstehung hochenergetischer Gammastrahlung ist der Zerfall von Spaltprodukten,
die durch induzierte Kernspaltung im Kernbrennstoff erzeugt werden. Bei der Kernspaltung selbst
entstehen auch schnelle Neutronen sowohl prompt als verzögert. Diese die Sekundärstrahlung im wesentlichen
bildende Gamma- und Neutronenstrahlung ist so energiereich, daß sie auch von den von der Oberfläche
des Kernbrennstoffes entfernten Volumenelementen ausgehend den die Brennstoffprobe umgebenden Raum
(Meßraum) mit Sicherheit erreicht. Diese Durchdringuii^MÜhigkeit
ist auch fur die Pnmärsirahlung dadurch
sichergestellt, daß der Kernbrennstoff nur mit Neutronen
beschossen wird, die keine Resonanzenergien besitzen. Somit ist der Wirkungsquerschnitt hinreichend
klein und die Neutronen des Primärstrahles erreichen das Zentrum einer Kernbrennstoffprobe mit voller Intensität.
Würde beispielsweise ein Brennelement inhomogener Zusammensetzung mit hochangereichertem
Material im Zentrum desselben mit dem Verfahren nach der Erfindung untersucht, so würde auch dieses
Material bei einem maximalen Meßfehler von der Größenordnung 1% vollständig nachgewiesen.
Wird dagegen als Primärstrahlung ein Neutronenstrahl
verwendet, der nicht eine entsprechend dem erfindungsgemäöen
Verfahren vorbestimmte Energieverteilung besitzt, so würde bei optimaler Anreicherung
von Spaltstoffen im Zentrum eines zu analysierenden Kernbrennstoffstabes für einen schnellen Brutreaktor
das Meßergebnis um bis zu 570% von der Wirklichkeit abweichen.
Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung liegen insbesondere darin, daß durch das Filiern des Neutronenstrahles
die Wirkungsquerschnitte für alle auf den Kernbrennstoff auftreffenden Neutronen hinreichend
klein gehalten werden und damit Verfälschungen der Zusammensetzungen des zu analysierenden Kernbrennstoffes
vollständig ausgeschlossen werden. Diese
Voraussetzung für eine bedeutende Reduzierung des personellen und finanziellen Aufwandes für eine wirksame
Spaltstoffflußkontrolle, bei der die Kontrolle nukiearer
Anlagen mit Mitteln der Meßtechnik auf ausgewählte strategische Punkte begrenzt wird-
Diese Tatsache trägt auch dazu bei, bestehende Vorbehalte
gegen solche Kontrollen abzubauen, weil Möglichkeiten,
bei der Kontrolle technische Erkenntnisse zu erlangen, die sich mißbräuchlich verwenden ließen und
dadurch zu einer wirtschaftlichen Schädigung des Kontrollierten führen würden, nahezu völlig beseitigt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
F i g. 1 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Meßeinrichtung zum Durchführen des
Verfahrens nach der Erfindung.
F i g. 2 Neutronenbremsspektrum im Resonanzbereich.
F i g. 3 Absorptionswirkungsquerschnitt und maximale Betrugsrate für oxydisches Pu 239 und U 238.
Die in F i g. 1 dargestellte Meßeinrichtung besteht aus einem Linearbeschleuniger !, der einen Elektronenstrahl
2 auf ein Target 3 beschleunigt in dem durch Kernreaktionen Neutronen erzeugt werden. Der Neutronenstrahl
4 durchdringt eine Moderatorscheibe 5 zum Erzeugen eines »1/Esx-Neutronenbremsspektrums.
Durch Filterscheiben 6 aus U 235, U 238, Pu 239 und/oder anderen in dem zu untersuchenden Kernbrennstoffstab
7 enthaltenden Stoffen werden aus dem Neutronenstrahl die Neutronen eliminiert, deren Energie
im Resonanzenergiebereich dieser Stoffe liegt. Die vom Kernbrennstoffstab 7 ausgehende Sekundärstrahlung
wird mit geeigneten Detektoren 8, z. B. Germanium-Detektoren
oder Natrium-Jodid-Zählern, gemessen. Brennstoffstab 7 und Detektoren 8 sind vom Linearbeschleuniger
1 durch eine geeignete Abschirmung 9 getrennt, die eine Bohrung für den Durchtritt des Neutronenstrahles
besitzt.
In F i g. 2 ist die Intensität des Neutronenflusses Φ als Funktion eier Neutronenenergie E im Resonanzbereich
dargestellt Der etwa einem 1/E-Gesetz folgende Verlauf von Φ stellt sich ein, wenn der Neutronenstrahl
4 aus der Moderatorscheibe 5 austritt. Durch die Filterscheiben 6 werden die Neutronen mit Resonanzenergie
eliminiert.
In Fig.3 ist im unteren Diagramm der Absorptionswirkungsquerschnitt
für Pu 239 und U 238 als Funktion der Neutronenenergie dargestellt.
Das obere Diagramm der F i g. 3 zeigt die sogenannte Betrugsrate ebenfalls als Funktion der Neutronenenergie.
Die Betrugsrate ist dabei diejenige Menge spaltba ren Materials {hier Pu 239), die bei optimaler heterogener
Struktur eines Kernbrennstoffstabes in diesem zusätzlich enthalten sein kann, ohne daß sich das Meßergebnis
von demjenigen eines Kernbrennstoffstabes homogener Struktur (hier 15% oxydisches Pu 239 und
85% oxydisches U 238; Dichte 1035 g/cm3) um mehr als 0,5% unterscheidet.
Da ferner der Wirkungsquerschnitt für U 238 eine deutliche Resonanzstruktur aufweist, lassen sich die Intensitäten
z. B. der Gammalinien von U 239 aus der (n, }>)-Reaktion relativ zu denen anderer Isotope durch
Wahl geeigneter Filterdicken derart verbessern, daß auch U 238 mit Sicherheit nachgewiesen werden
ιί3ΓΐΠ.
Am Elektronenlinearbeschleuniger können mit geeigneter
Filterung im Falle von Germanium-Detektoren bei der {n, yVReaktion alle Neutronenenergien unterhalb
etwa 5 KeV ausgenutzt werden. Bei Verwen-
dung von Natrium-Jodid-Zählern läßt sich ein Energiebereich
bis zu mehreren 100 KeV ausnutzen.
Im Falle von verzögerter Sekundärstrahlung unterliegt die Primärneutronenenergie überhaupt keiner Beschränkung.'
S
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
3612]
Claims (3)
1. Verfahren zur zerstörungsfreien Analyse von Kernbrennstoffen auf den Gehalt an spaltbaren lso- S
topen, -bei dem ein Neutronenstrahl als Primärstrahlung
auf den zu analysierenden Kernbrennstoff gelenkt wird, der diesen durchdringt und dabei in
demselben durch Kernreaktionen eine Sekundärstrahlung erzeugt, die einen den Kernbrennstoff unmittelbar
umgebenden Raum erreicht und dort gemessen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Neutronenstrahl (4) derart moderiert wird.
daS ein Neutronenbremsspektrum entsteht das in
etwa einem 1/E-Verlauf folgt und daß aus diesem Spektrum Neutronen ausgefiltert werden, deren
Energie mit den Resonanzenergien der Komponenten des zu analysierenden Kernbrennstoffes (7)
übereinstimmen.
2 Vorrichtung zur zerstörungsfreien Analyse von
Kernbrennstoffen auf den Gehalt an spaltbaren Isotopen, mit einem von einer Neutronenquelle ausgehenden
Neutronenstrahl als Primärstrahlung, der
auf den zu analysierenden Kernbrennstoff gerichtet ist diesen durchdringt und in demselben durch
Kernreaktionen eine Sekundärstrahlung erzeugt, die einen den Kernbrennstoff unmittelbar umgebenden
Raum erreicht und dort mittels einer Meßeinrichtung meßbar ist dadurch gekennzeichnet daß
zwischen Neutronenquelle und dem Kernbrennstoff (7) eine leichte Elemente enthaltende Moderatorscheibe
{5) von einigen Zentimetern Dicke zum Erzeugen
eines »1/Ew-Neutronenbremsspektrums sowie
auswechselbare Filterscheiben (6). aus im Kernbrennstoff
(7) enthaltenen Isotopen bestehen, angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das leichte Element der Moderatcrscheibe
(5) Wasserstoff ist. und daß die Filterscheiben (6) aus U 235. U 2io oder Pu 239 bestehen.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691954825 DE1954825C3 (de) | 1969-10-31 | Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Analyse von Kernbrennstoffen | |
GB1252230D GB1252230A (de) | 1969-10-31 | 1970-10-12 | |
FR7039253A FR2066786A5 (de) | 1969-10-31 | 1970-10-30 | |
US00085983A US3767919A (en) | 1969-10-31 | 1970-11-02 | Method and device for the non-destructive analysis of nuclear fuels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691954825 DE1954825C3 (de) | 1969-10-31 | Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Analyse von Kernbrennstoffen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1954825A1 DE1954825A1 (de) | 1971-05-06 |
DE1954825B2 DE1954825B2 (de) | 1975-12-11 |
DE1954825C3 true DE1954825C3 (de) | 1976-07-29 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2329105C2 (de) | Verfahren zum Messen der Konzentration von Wasser und eines spezifischen Bestandteils in einem Material | |
DE1923983A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur zerstoerungsfreien Untersuchung einer Kernbrennstoffmenge | |
DE2341758A1 (de) | Analysesystem | |
DE1275794B (de) | Verfahren zur Gewinnung von Rechenwerten fuer die zerstoerungsfreie und getrennte Bestimmung der Konzentration spaltbarer Stoffe, insbesondere in Kernreaktorbrennstoffelementen | |
DE3337768A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung des wasserstoffgehaltes einer substanz | |
DE2432305A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlung | |
DE69812935T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur messung des relativen anteils von uran und plutonium in einem körper | |
DE1005743B (de) | Verfahren zur Messung der Dicke von Auflagen aus Metall oder anderen Werkstoffen mittels einer Betastrahlenquelle | |
DE2122214A1 (de) | Verfahren zur quantitativen Messung der Konzentration einzelner Elemente, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
DE1912982A1 (de) | Vorrichtung zur zerstoerunsfreien und getrennten Bestimmung der Konzentrationen spaltbarer Stoffe in einem Pruefkoerper | |
US3767919A (en) | Method and device for the non-destructive analysis of nuclear fuels | |
DE1589444C3 (de) | Verfahren zur Messung des Dampf gehalts eines durch Brennelementkanale im Reaktorkern eines Kernreaktors ge leiteten Kuhlmittels | |
DE1954825C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Analyse von Kernbrennstoffen | |
DE3439845A1 (de) | Verfahren zur bestimmung der aussetzung eines koerpers gegenueber neutronen | |
DE1489685C3 (de) | Verfahren zur Unterscheidung von kugelförmigen Betriebselementen von Kernreaktoren nach ihren Neutronenwechselwirkungseigenschaften | |
DE1673162A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung fuer die Roentgenstrahlanalyse | |
DE1598584B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung von aktivierungs analysen | |
EP3839571A1 (de) | Stoffverbund zum detektieren freier neutronen mit einer effektiven kernladungszahl ähnlich menschlichem körpergewebe durch nutzung von berylliumoxid und/oder lithiumtetraborat; dosimeter; verfahren zum erfassen beziehungsweise detektieren freier neutronen | |
DE2613700A1 (de) | Vorrichtung zur zerstoerungsfreien bestimmung thermisch spaltbarer nuklide in ausgedehnten proben | |
DE102012023344A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Röntgenfluoreszenzanalyse von Kontrastmittelverteilungen | |
DE1648901B1 (de) | Vervahren und vorrichtung zur bstimmung von spaltbarem material in proben z.b in kernbrennstoffelementen | |
AT249815B (de) | Verfahren und Einrichtung zur zerstörungsfreien Untersuchung von Kernbrennstoffproben bzw. ganzen Brennstoffelementen | |
DE10215070A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur prompten zerstörungsfreien chemischen Analyse von Messobjekten | |
DE1598584C (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Durch fuhrung von Aktivierungsanalysen | |
DE4103448C2 (de) | Verfahren zur Schnellbestimmung von Sprengstoffen |