JPS6138432B2 - - Google Patents
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- JPS6138432B2 JPS6138432B2 JP53000374A JP37478A JPS6138432B2 JP S6138432 B2 JPS6138432 B2 JP S6138432B2 JP 53000374 A JP53000374 A JP 53000374A JP 37478 A JP37478 A JP 37478A JP S6138432 B2 JPS6138432 B2 JP S6138432B2
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- Japan
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- neutron
- concentration
- shielding material
- gadolinia
- fuel rod
- Prior art date
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Links
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は核燃料棒中に含まれる高濃度のガドリ
ニア（Gd2O3）の濃度を測定する方法と装置に関
する。
ニア（Gd2O3）の濃度を測定する方法と装置に関
する。
初期炉心においてはすべての燃料棒が中性子の
照射をまだ受けない新しい状態にあるため、初期
炉心を制御するには平衡炉心よりもかなり大きい
余剰反応度を与えるよう設計しなければならな
い。これは引抜自在な制御棒と補助的にバーナブ
ルポイズン（burnable poison）の結合効果を利
用することによつて達成される。ここにポイズン
とは中性子を無駄に吸収し従つて炉内で中性子を
各分裂反応から除去することによつて反応度を減
少させる物質である。補助的なバーナブルポイズ
ンとしてはたとえばガドリニアがあり、各燃料バ
ンドル中の数本の燃料棒内にUO2と混合される。
その濃度はポイズンが約１年の運転サイクルで燃
えつきるよう選ばれる。バーナブルポイズンの空
間的分布によつて原子炉の出力分布を改善するこ
とができるのでガドリニアはバーナブルポイズン
として広く使用されている。
照射をまだ受けない新しい状態にあるため、初期
炉心を制御するには平衡炉心よりもかなり大きい
余剰反応度を与えるよう設計しなければならな
い。これは引抜自在な制御棒と補助的にバーナブ
ルポイズン（burnable poison）の結合効果を利
用することによつて達成される。ここにポイズン
とは中性子を無駄に吸収し従つて炉内で中性子を
各分裂反応から除去することによつて反応度を減
少させる物質である。補助的なバーナブルポイズ
ンとしてはたとえばガドリニアがあり、各燃料バ
ンドル中の数本の燃料棒内にUO2と混合される。
その濃度はポイズンが約１年の運転サイクルで燃
えつきるよう選ばれる。バーナブルポイズンの空
間的分布によつて原子炉の出力分布を改善するこ
とができるのでガドリニアはバーナブルポイズン
として広く使用されている。
このようなバーナブルポイズンを含む燃料棒の
製造の過程の品質管理として燃料棒の各位置のバ
ーナブルポイズンの濃度を非破壊的に精度良く短
時間に測定する必要がある。
製造の過程の品質管理として燃料棒の各位置のバ
ーナブルポイズンの濃度を非破壊的に精度良く短
時間に測定する必要がある。
従来各燃料棒中のガドリニアの濃度は、中性子
を燃料棒に照射してその即発中性子およびガンマ
線をコインシデンス法によつて検出して求めてい
たが、中性子源からの照射中性子によるバツクグ
ラウンド計数率を即発中性子の計数率に比べて十
分小さくすることが困難なため、ガドリニアの濃
度が約2w／０以上の高濃度のガドリニア混合燃
料に対しては濃度の変化に対する計数率の変化が
ほとんどなくなり、測定不可能で、それ以下の濃
度の場合にのみ有効であつた。
を燃料棒に照射してその即発中性子およびガンマ
線をコインシデンス法によつて検出して求めてい
たが、中性子源からの照射中性子によるバツクグ
ラウンド計数率を即発中性子の計数率に比べて十
分小さくすることが困難なため、ガドリニアの濃
度が約2w／０以上の高濃度のガドリニア混合燃
料に対しては濃度の変化に対する計数率の変化が
ほとんどなくなり、測定不可能で、それ以下の濃
度の場合にのみ有効であつた。
本発明の目的は、核燃料棒中に濃度約10％程度
までの高濃度ガドリニアが混合している場合その
濃度を精度よく測定しうる方法および装置を提供
するにある。
までの高濃度ガドリニアが混合している場合その
濃度を精度よく測定しうる方法および装置を提供
するにある。
すなわち本発明は、濃度約10％までの高濃度の
ガドリニアの混入している核燃料棒に熱中性子を
照射し、その後燃料棒を軸方向に移動させて、前
記熱中性子を照射する中性子源から離れた位置で
照射部位の核燃料物質の核分裂によつて生じた遅
発ガンマ線を検出し、その計数率からガドリニア
の濃度を非破壊的に測定することにより、核燃料
棒中に濃度約10％程度までの高濃度ガドリニアが
混合している場合その濃度を精度よく測定できる
ようにしたものである。
ガドリニアの混入している核燃料棒に熱中性子を
照射し、その後燃料棒を軸方向に移動させて、前
記熱中性子を照射する中性子源から離れた位置で
照射部位の核燃料物質の核分裂によつて生じた遅
発ガンマ線を検出し、その計数率からガドリニア
の濃度を非破壊的に測定することにより、核燃料
棒中に濃度約10％程度までの高濃度ガドリニアが
混合している場合その濃度を精度よく測定できる
ようにしたものである。
以下Gd3O3−UO2燃料棒についての本発明の濃
度測定方法の原理について説明する。
度測定方法の原理について説明する。
Gd2O3−UO2燃料棒に中性子束Φ０を照射した
ときの燃料棒中の平均の中性子束Φは近似的に次
式で与えられる。
ときの燃料棒中の平均の中性子束Φは近似的に次
式で与えられる。
Ａ≡１−ｅ−〓ａＲ／ΣａＲ (2)
Σａ＝Ｎgσag＋N238σa 238
＋N235σa 235
また核分裂数Ｆは中性子エネルギーをＥとすれ
ば、 Ｆ∝∫Σfφ（Ｅ）dE (3) ここにＲ＝燃料棒の半径 Ｎg，N238，N235＝Gd，U238， U235の原子数密度 σag，σa 238，σa 235 ＝Gd，U238， U235の中性子吸収断面積 Σａ＝燃料棒中のGd，U238， U235の巨視吸収断面積の和 Σｆ＝燃料棒中のU235の巨視核分裂断面積 燃料の核分裂を測定するには、燃料の核分裂の
結果放射される即発または遅発またはその両方の
ガンマ線、ベータ線、中性子等の放射線を検出す
る方法がある。それらの放射燃料からの放射線を
測定する際に中性子源または核燃料物質自身から
の放射線が混入する可能性がある。
ば、 Ｆ∝∫Σfφ（Ｅ）dE (3) ここにＲ＝燃料棒の半径 Ｎg，N238，N235＝Gd，U238， U235の原子数密度 σag，σa 238，σa 235 ＝Gd，U238， U235の中性子吸収断面積 Σａ＝燃料棒中のGd，U238， U235の巨視吸収断面積の和 Σｆ＝燃料棒中のU235の巨視核分裂断面積 燃料の核分裂を測定するには、燃料の核分裂の
結果放射される即発または遅発またはその両方の
ガンマ線、ベータ線、中性子等の放射線を検出す
る方法がある。それらの放射燃料からの放射線を
測定する際に中性子源または核燃料物質自身から
の放射線が混入する可能性がある。
燃料の核分裂による放射線の計数率のGd濃度
および中性子エネルギーによる変化を考察するた
めに、中性子エネルギーＥを1eVを境にしてＥ≦
１とＥ＞１の２つの領域に分ける。実際の値を代
入して(2)式のＡの値を計算するとＥ＞1eVの中性
子に対してはGd濃度に無関係にＡ≒１となりほ
ぼ一定である。Ｅ≦1eVの中性子に対しては平均
の中性子エネルギーをEnとすると検出される放
射線の計数率ＣはGdの濃度ＧとエネルギーEnの
関数の次式で与えられる。
および中性子エネルギーによる変化を考察するた
めに、中性子エネルギーＥを1eVを境にしてＥ≦
１とＥ＞１の２つの領域に分ける。実際の値を代
入して(2)式のＡの値を計算するとＥ＞1eVの中性
子に対してはGd濃度に無関係にＡ≒１となりほ
ぼ一定である。Ｅ≦1eVの中性子に対しては平均
の中性子エネルギーをEnとすると検出される放
射線の計数率ＣはGdの濃度ＧとエネルギーEnの
関数の次式で与えられる。
Ｃ（Ｇ，En） Ａ（Ｇ，En）＋Ｂ (4)
ここにＢ＝1eV以上の中性子による核分裂で放
射される放射線および燃料の核分裂以外の
放射線の寄与でGd濃度Ｇに無関係な定数 Gd濃度Ｇの一定変化に対する放射線計数率Ｃ
（Ｇ，En）の変化率の平均中性子エネルギーEn
への依存性を調べるために、一例としてＲ＝CC
（4G，En）／Ｃ（6G，En）の値を(2)式と(4)式よ
り求め、Ｂの値をパラメータとして第１図に示し
た。ここでＣ（×Ｇ，En）は×ｗ／０のGdを含
む燃料棒の主にEnのエネルギーの中性子束の照
射に対する放射線計数率を示すものである。
射される放射線および燃料の核分裂以外の
放射線の寄与でGd濃度Ｇに無関係な定数 Gd濃度Ｇの一定変化に対する放射線計数率Ｃ
（Ｇ，En）の変化率の平均中性子エネルギーEn
への依存性を調べるために、一例としてＲ＝CC
（4G，En）／Ｃ（6G，En）の値を(2)式と(4)式よ
り求め、Ｂの値をパラメータとして第１図に示し
た。ここでＣ（×Ｇ，En）は×ｗ／０のGdを含
む燃料棒の主にEnのエネルギーの中性子束の照
射に対する放射線計数率を示すものである。
第１図から、Ｂ＝０のときは中性子エネルギー
Enが小さくほど、計数比Ｒの値が大きく、熱中
性子（En＝0.025eV）に対しては、Ｒ≒1.5であ
る。すなわち、Gd濃度が4w／０と6w／０の燃料
に対し約50％の計数率変化が見込まれる。Ｂ＞０
のときは熱中性子よりもむしろ熱外中性子に対し
てＲが最大になるが、最大値はＢ＝０の場合に比
較して小さいことがわかる。
Enが小さくほど、計数比Ｒの値が大きく、熱中
性子（En＝0.025eV）に対しては、Ｒ≒1.5であ
る。すなわち、Gd濃度が4w／０と6w／０の燃料
に対し約50％の計数率変化が見込まれる。Ｂ＞０
のときは熱中性子よりもむしろ熱外中性子に対し
てＲが最大になるが、最大値はＢ＝０の場合に比
較して小さいことがわかる。
以上説明したように、本発明によるGd2O3−
UO2燃料棒中のガドリニア濃度の測定方法は、次
のように要約される。
UO2燃料棒中のガドリニア濃度の測定方法は、次
のように要約される。
熱中性子が少なく主に熱中性子からなる中性子
束をGd2O3−UO2燃料棒に照射し、照射中または
照射後に燃料による放射される遅発ガンマ線を検
出し、その計数率からガドリニアの濃度を測定す
る。それにはガドリニア濃度が既知の標準燃料棒
を使用し一定条件の下で測定を行い、ガドリニア
濃度と放射線計数率の関係を求めておけば、ガド
リニア濃度が既知の燃料棒については前と同一条
件の下で測定を行い得られた放射線計数率から、
ガドリニア濃度を求めることができる。
束をGd2O3−UO2燃料棒に照射し、照射中または
照射後に燃料による放射される遅発ガンマ線を検
出し、その計数率からガドリニアの濃度を測定す
る。それにはガドリニア濃度が既知の標準燃料棒
を使用し一定条件の下で測定を行い、ガドリニア
濃度と放射線計数率の関係を求めておけば、ガド
リニア濃度が既知の燃料棒については前と同一条
件の下で測定を行い得られた放射線計数率から、
ガドリニア濃度を求めることができる。
本発明による上記測定方法では、燃料の核分裂
による以外の放射線（中性子源からの中性子とガ
ンマ線、核燃料物質自身からのガンマ線、エツキ
ス線、ベータ線等およびその他のバツクグラウン
ド放射線）の計数率をできるだけ小さくするこ
と、および照射する中性子束は主に熱中性子と
し、熱外中性子束をできるだけ小さくすることが
重要である。
による以外の放射線（中性子源からの中性子とガ
ンマ線、核燃料物質自身からのガンマ線、エツキ
ス線、ベータ線等およびその他のバツクグラウン
ド放射線）の計数率をできるだけ小さくするこ
と、および照射する中性子束は主に熱中性子と
し、熱外中性子束をできるだけ小さくすることが
重要である。
中性子源からの中性子とガンマ線の影響を小さ
くするには、放射線検出器と中性子源との距離を
あけその間にそれらの遮蔽材を置き、主に燃料棒
からの遅発ガンマ線を検出する方法が効果的であ
る。
くするには、放射線検出器と中性子源との距離を
あけその間にそれらの遮蔽材を置き、主に燃料棒
からの遅発ガンマ線を検出する方法が効果的であ
る。
核燃料物質自身からのガンマ線、エツキス線、
ベータ線等の影響を小さくする方法として、燃料
棒と検出器の間にそれらの放射線の遮蔽を設ける
方法または放射線のエネルギー選別としてそれら
の計数をなくす方法とがある。
ベータ線等の影響を小さくする方法として、燃料
棒と検出器の間にそれらの放射線の遮蔽を設ける
方法または放射線のエネルギー選別としてそれら
の計数をなくす方法とがある。
照射する中性子束を熱中性子にするためには、
中性子源として高速中性子源を使用する場合に
は、充分な減速をすることが必要である。
中性子源として高速中性子源を使用する場合に
は、充分な減速をすることが必要である。
本発明の方法は、Gd2O3−UO2燃料以外の中性
子強吸収物質の濃度測定に適用しうることはもち
ろんである。
子強吸収物質の濃度測定に適用しうることはもち
ろんである。
次に本発明の方法によるGd2O3−UO2燃料棒中
のガドリニアの濃度測定装置を第２図により説明
する。
のガドリニアの濃度測定装置を第２図により説明
する。
図において、Gd濃度を測定しようとする照射
燃料棒１を挿入する共通貫通孔２を有する中性子
遮蔽材３とガンマ線遮蔽材４が密接して配置され
ている。中性子遮蔽材３の内部には部屋５が設け
られて減速材６と中性子源７が収められている。
ガンマ線遮蔽材４の内部には照射燃料棒１から放
射されるガンマ線検出器８が収められている。
燃料棒１を挿入する共通貫通孔２を有する中性子
遮蔽材３とガンマ線遮蔽材４が密接して配置され
ている。中性子遮蔽材３の内部には部屋５が設け
られて減速材６と中性子源７が収められている。
ガンマ線遮蔽材４の内部には照射燃料棒１から放
射されるガンマ線検出器８が収められている。
燃料棒１は燃料棒軸方向移動機構９によつて断
続的または連続的に図中右方に移動される。
続的または連続的に図中右方に移動される。
中性子遮蔽材３としては、B4C，Li2O3等の中
性子強吸収物質が混入した材料が、減速材６とし
てはポリエチレン、パラフイン、グラフアイト、
水、重水等の物質の１つまたは２つ以上の組合せ
がそれぞれ使用される。中性子源７としてはカル
ホルニウム−252、アンチモン−ベリリウム、ラ
ジウム−ベリリウム等のRI中性子源、または原
子炉、加速器等の中性子発生装置による中性子源
が用いられるが、カリホルニウム252中性子源が
取扱いの容易さからこの使用が好適である。ガン
マ線遮蔽材４としては鉛、タングステン等のガン
マ線強吸収物質が用いられる。放射線検出器８と
しては、NaI（Tl）、アントラセン、プラスチツ
ク等のシンチレーシヨン検出器、半導体検出器等
が用いられ、核燃料物質の核分裂の結果生じた遅
発ガンマ線を検出して計数率を測定する。
性子強吸収物質が混入した材料が、減速材６とし
てはポリエチレン、パラフイン、グラフアイト、
水、重水等の物質の１つまたは２つ以上の組合せ
がそれぞれ使用される。中性子源７としてはカル
ホルニウム−252、アンチモン−ベリリウム、ラ
ジウム−ベリリウム等のRI中性子源、または原
子炉、加速器等の中性子発生装置による中性子源
が用いられるが、カリホルニウム252中性子源が
取扱いの容易さからこの使用が好適である。ガン
マ線遮蔽材４としては鉛、タングステン等のガン
マ線強吸収物質が用いられる。放射線検出器８と
しては、NaI（Tl）、アントラセン、プラスチツ
ク等のシンチレーシヨン検出器、半導体検出器等
が用いられ、核燃料物質の核分裂の結果生じた遅
発ガンマ線を検出して計数率を測定する。
第３図は中性子源にカリホルニウム−252、中
性子遮蔽材にB4C混入ポリエチレン、減速材に厚
さ３cmのポリエチレン、ガンマ線遮蔽材に鉛を使
用した第２図の装置によつて、Gd2O3−UO2燃料
棒を貫通孔２に挿入して一定時間照射後燃料棒を
移動してNaI（Tl）シンチレーシヨン検出器から
なるガンマ線検出器で燃料棒より放射される遅発
ガンマ線を計数して得られた計数率とGdとの関
係を示したグラフである。図からわかる通り、
8w／０と10w／０のGd濃度の燃料棒に対して約
12％の計数率変化があるので、この程度の高濃度
のGd混入燃料に対しても良好な精度でその濃度
を識別することができる。
性子遮蔽材にB4C混入ポリエチレン、減速材に厚
さ３cmのポリエチレン、ガンマ線遮蔽材に鉛を使
用した第２図の装置によつて、Gd2O3−UO2燃料
棒を貫通孔２に挿入して一定時間照射後燃料棒を
移動してNaI（Tl）シンチレーシヨン検出器から
なるガンマ線検出器で燃料棒より放射される遅発
ガンマ線を計数して得られた計数率とGdとの関
係を示したグラフである。図からわかる通り、
8w／０と10w／０のGd濃度の燃料棒に対して約
12％の計数率変化があるので、この程度の高濃度
のGd混入燃料に対しても良好な精度でその濃度
を識別することができる。
第１図は、Gd2O3−UO2燃料の主にEn（＜
0.1eV）のエネルギーの中性子束の照射に対する
放射線の計数率比を示すグラフ、第２図は本発明
の方法に使用される測定装置の縦断面図、第３図
は第２図の装置で測定した燃料棒中のGd濃度と
ガンマ線の計数比の関係を示すグラフである。 １……燃料棒、２……貫通孔、３……中性子遮
蔽材、４……ガンマ線遮蔽材、５……部屋、６…
…減速材、７……中性子源、８……ガンマ線検出
器、９……燃料棒軸方向移動機構。
0.1eV）のエネルギーの中性子束の照射に対する
放射線の計数率比を示すグラフ、第２図は本発明
の方法に使用される測定装置の縦断面図、第３図
は第２図の装置で測定した燃料棒中のGd濃度と
ガンマ線の計数比の関係を示すグラフである。 １……燃料棒、２……貫通孔、３……中性子遮
蔽材、４……ガンマ線遮蔽材、５……部屋、６…
…減速材、７……中性子源、８……ガンマ線検出
器、９……燃料棒軸方向移動機構。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 濃度約10％までの高濃度のガドリニアの混入
している核燃料棒に熱中性子を照射し、そ後燃料
棒を軸方向に移動させて、前記熱中性子を照射す
る中性子源から離れた位置で照射部位の核燃料物
質の核分裂によつて生じた遅発ガンマ線を検出
し、その計数率からガドリニアの濃度を非破壊的
に測定することを特徴とする核燃料棒中のガドリ
ニア濃度測定方法。 ２ ガドリニアの混入している核燃料棒が挿入さ
れる中空孔を有する中性子遮蔽材と、前記中性子
遮蔽材の凹所に入れられる中性子源および減速材
と、前記中性子遮蔽材の中空孔と同心の中空孔を
有し中性子遮蔽材と隣接するガンマ線遮蔽材と、
前記ガンマ線遮蔽材に設けられるガンマ線検出器
と、燃料棒を軸方向へ移動する移動機構とからな
ることを特徴とする核燃料棒中のガドリニア濃度
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37478A JPS5493795A (en) | 1978-01-07 | 1978-01-07 | Concentration mesearing method and device of neutron strong absorbent in fuel rod |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37478A JPS5493795A (en) | 1978-01-07 | 1978-01-07 | Concentration mesearing method and device of neutron strong absorbent in fuel rod |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5493795A JPS5493795A (en) | 1979-07-25 |
| JPS6138432B2 true JPS6138432B2 (ja) | 1986-08-29 |
Family
ID=11472009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37478A Granted JPS5493795A (en) | 1978-01-07 | 1978-01-07 | Concentration mesearing method and device of neutron strong absorbent in fuel rod |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5493795A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100988574B1 (ko) * | 2008-12-26 | 2010-10-18 | 한전원자력연료 주식회사 | 중성자 발생기를 이용한 연료봉 탐상기 |
| JP5330081B2 (ja) * | 2009-05-08 | 2013-10-30 | 株式会社東芝 | 可燃性毒物濃度測定方法および装置 |
| JP7163170B2 (ja) * | 2018-12-25 | 2022-10-31 | 一般財団法人電力中央研究所 | 核分裂性核種の重量比の測定方法、測定装置、及び測定プログラム |
-
1978
- 1978-01-07 JP JP37478A patent/JPS5493795A/ja active Granted
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| AMERICAN NUCLEAR SOCIETY=1972 * |
| NUCLEAR TECHNOLOGY=1973 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5493795A (en) | 1979-07-25 |
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