KR20010078579A - Measuring method for fissile content in nuclear fuel material using cadmium ratio of neutron counts and its equipment - Google Patents

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KR20010078579A
KR20010078579A KR1020000005948A KR20000005948A KR20010078579A KR 20010078579 A KR20010078579 A KR 20010078579A KR 1020000005948 A KR1020000005948 A KR 1020000005948A KR 20000005948 A KR20000005948 A KR 20000005948A KR 20010078579 A KR20010078579 A KR 20010078579A
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장인순
한국원자력연구소
이종훈
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02Dosimeters

Abstract

PURPOSE: A method and an apparatus for measuring fissionable materials of a nuclear fuel using a variation of a cadmium ratio of a neutron coefficient are provided to measure fissionable materials of a nuclear fuel by using a lead shielding body, a polyethylene reflective body, and a cadmium. CONSTITUTION: A lead shielding body(3,12) is installed within an outer tank(1) of a main body. The lead shielding body(3,12) protects a pre-amplifier(16) and a detection tube(17) from a gamma ray. A multitude of detection tube(17) connected with a neutron moderation body(2) and the pre-amplifier(16) is installed between the lead shielding body(3) and the outer tank(1) of the main body. A reflective body(5,11), a cadmium plate(7,8), a nuclear fuel loading case(6), and a neutron storage case(10) are installed at an inner face of the lead shielding body(3). An upper outer tank(18) is installed on an upper portion of the lead shielding body(3) and the outer tank(1) of the main body. An upper shielding body cover(21) including an upper neutron reflective body(19) and an upper lead shielding body(20) is installed on the lead shielding body(3).

Description

중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정방법 및 그 장치{Measuring method for fissile content in nuclear fuel material using cadmium ratio of neutron counts and its equipment}Measurement method and fissile content in nuclear fuel material using cadmium ratio of neutron counts and its equipment

본 발명은 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 신핵연료, 혼합핵연료 및 사용후핵연료 물질에 중성자들을 흡수시켜 유도핵분열을 일으킨 다음, 이 유도 핵분열에서 나오는 중성자수의 변화를 계측하여 핵연료내에 포함된 핵분열성 물질을 측정하는 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring fissile material of nuclear fuel using a change in the cadmium ratio value of the neutron coefficient, wherein the induced fission is induced by absorbing neutrons into new fuel, mixed fuel and spent fuel material. The present invention relates to a method for measuring fissile material of a nuclear fuel using a change in the cadmium ratio value of the neutron coefficient which measures the change in the number of neutrons and the fissile material contained in the fuel.

일반적으로 각종 핵연료물질에는 핵분열을 일으킬 수 있는 핵분열성물질이 포함되어 있다. 이러한 핵연료물질을 이용하여 원자로에서 태울수 있는 핵연료를 만들기 위하여 먼저 핵연료물질에 포함되어 있는 핵분열성 물질의 함유량을 정확히 측정해야 한다. 이를 위하여 크게 두 가지 방법이 사용되고 있다. 첫째는 파괴방법으로서 화학분석이 이에 해당되며, 둘째는 비파괴 방법으로서 중성자 혹은 감마선을 측정하여 평가하는 방법이다.In general, various nuclear fuel materials contain fissile materials that can cause fission. In order to make fuel that can be burned in a reactor using such fuel material, the content of fissile material contained in the fuel material must be accurately measured. Two methods are used for this purpose. The first is a chemical analysis as a destruction method, and the second is a nondestructive method by measuring neutrons or gamma rays.

상기 화학분석방법은 분석 시간이 오래 걸리기 때문에 많이 사용되고 있지 않으며, 최근에는 실시간으로 분석이 가능한 비파괴분석 방법이 선호되고 있으나, 기존의 비파괴분석 방법은 신핵연료에 대해서만 감마선 스펙트럼 분석방법이 사용되어 왔으며, 사용후핵연료에 포함된 핵분열성 물질에 대해서는 뚜렷한 측정방법이 없었다.The chemical analysis method is not used because it takes a long time, and recently, non-destructive analysis method that can be analyzed in real time is preferred, but the conventional non-destructive analysis method has been used gamma ray spectrum analysis method only for new fuel, There was no clear measurement method for fissile material contained in spent fuel.

1990년대에 검출효율이 좋은 중성자 검출튜브가 개발되어 왔으며, 이러한 검출튜브를 사용하여 중성자증배계수 측정방법으로 주로 플로토늄의 함유량을 측정하는 기술에 활용하여 왔다. 1990년대 후반에 감마선 준위가 높은 곳에서 중성자를 측정하기 위한 검출튜브와 전치증폭기의 성능이 떨어지는 사실이 밝혀졌다. 이러한 사실은 감마선이 미량으로 방출되는 핵연료 즉, 신핵연료 및 혼합핵연료에서만 이 검출튜브를 사용해야 하는 문제점이 있었다.In the 1990s, neutron detection tubes with good detection efficiency have been developed, and neutron multiplication coefficients using these detection tubes have been mainly used in the technique of measuring the content of plutonium. In the late 1990s, the detection tube and preamplifier were found to be poor at measuring neutrons at high gamma-ray levels. This fact has a problem that the detection tube should be used only in nuclear fuel in which a small amount of gamma rays are released, that is, a new fuel and a mixed fuel.

또한, 수중에서 사용후핵연료집합체의 핵분열성 물질과 반응도특성만 측정 가능하도록 한 미국특허 4493810호(1985)와, 중성자선원을 시험 물질 주위로 회전구동시켜 핵분열성물질을 측정하는 일본특허 90-190241 호도 있으나, 상기 미국특허는 수중이라는 제한이 있으며, 일본특허는 방사성폐기물내에 있는 핵분열성물질만을 측정하는 장치로 반드시 중성자선원이 있어야 하는 등 여러 가지 문제점이 있었다.In addition, U.S. Patent No. 4493810 (1985) for measuring only fissile material and reactivity characteristics of spent fuel assembly in water, and Japanese Patent 90-190241 for measuring fissile material by rotating a neutron source around a test material Although there is also a US patent, there is a restriction in the water, the Japanese patent is a device for measuring only the fissile material in the radioactive waste, there must be a number of problems, such as having a neutron source.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 납차폐체와 폴리에칠렌 반사체 및 카드뮴을 이용하여 신핵연료, 혼합핵연료 및 사용후 핵연료에 포함된 우라늄-235 및 플루토늄-239 동위원소와 같은 핵분열성 물질의 함유량을 측정할 수 있는 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made in consideration of the above problems, and an object thereof is to use nuclear lead shield, polyethylene reflector, and cadmium, and nuclear fission such as uranium-235 and plutonium-239 isotopes included in new fuel, mixed fuel, and spent nuclear fuel. The present invention provides a method and apparatus for measuring fissile material of nuclear fuel using a change in the cadmium ratio value of the neutron coefficient, which can measure the content of a substance.

본 발명은 핵연료에 열중성자를 흡수시켜 유도핵분열을 일으키고, 상기 유도핵분열에 의해 생성된 중성자를 신호로 계측하는 제 1 단계와, 상기 핵연료에 흡수되는 열중성자를 카드뮴판에 흡수시켜 유도핵분열을 방지한 후 중성자를 신호로 계측하는 제 2 단계와, 상기 제 1, 2 단계에 의해 측정된 카드뮴판이 없는 중성자계수율과 카드뮴판이 있는 중성자계수율의 비율을 통해 핵연료내에 있는 핵분열성물질의 농도를 측정하는 제 3 단계를 통해 신핵연료, 혼합핵연료 및 사용후핵연료를 가공하는 과정에서 핵연료 분말, 소결체 및 핵연료봉에 대한 핵분열성 물질을 측정할 수 있는 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정방법 및 그 장치를 제공함에 있다.The present invention absorbs thermal neutrons in nuclear fuel to cause induced fission, and the first step of measuring the neutrons generated by the induced nuclear fission as a signal, and the thermal neutrons absorbed by the nuclear fuel to the cadmium plate to prevent induced fission And then measuring the concentration of fissile material in the nuclear fuel through the ratio of the neutron count without cadmium plate and the neutron count with cadmium plate measured by the first and second steps. Determination of fissile material of nuclear fuel using the change of cadmium ratio value of neutron coefficient to measure fissile material for fuel powder, sintered body and fuel rod in the process of processing new fuel, mixed fuel and spent fuel through 3 steps A method and apparatus are provided.

도 1 은 핵분열성물질 측정장치의 개요도1 is a schematic diagram of an apparatus for measuring fissile material

도 2 는 측정장치의 단면도2 is a cross-sectional view of the measuring device

도 3 은 측정장치의 계측회로도3 is a measurement circuit diagram of a measuring device;

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

(1) : 본체외통 (2) : 중성자감속체(1): main body outer cylinder (2): neutron deceleration body

(3) : 측면납차폐체 (4) : 납차폐체외통(3): Side shielding (4): Lead shielding

(5) : 측면반사체 (6) : 핵연료장전함(5): side reflector (6): nuclear fuel battleship

(7) : 측면카드뮴판 (8) : 하부카드뮴판(7): side cadmium plate (8): lower cadmium plate

(9) : 중성자선원통 (10) : 중성자선원보관통(9): Neutron source cylinder (10): Neutron source cylinder

(11) : 하부중성자반사체 (12) : 하부납차폐체(11): lower neutron reflector (12): lower lead shield

(13) : 신호연결함 (14) : 신호단자(13): Signal box (14): Signal terminal

(15) : 신호연결선 (16) : 전치증폭기(15): Signal line (16): Preamplifier

(17) : 검출튜브 (18) : 상부외통(17): detection tube (18): upper outer cylinder

(19) : 상부중성자반사체 (20) : 상부납차폐체(19): upper neutron reflector (20): upper lead shield

(21) : 상부차폐체뚜껑 (22) : 상부차폐체뚜껑고리(21): upper shield lid (22): upper shield lid ring

본 발명은 핵연료장전함(6)에 핵연료시편을 넣고, 상기 핵연료에 중성자들을 흡수시켜 유도핵분열을 일으키게 한 다음, 상기 유도핵분열에서 나오는 중성자수의 변화를 계측하여 핵연료내에 있는 핵분열성물질(우라늄-235 및 플루토늄-239 동위원소)을 측정하는 것이다.In the present invention, a nuclear fuel specimen is placed in a nuclear fuel charge box (6), and the neutrons are absorbed into the nuclear fuel to cause induced fission. 235 and plutonium-239 isotopes).

도 1 은 핵분열성물질 측정장치의 개요도를 도시한 것으로, 본 발명은 본체외통(1)내에 납차폐체(3,12)를 설치하고, 상기 납차폐체(3)와 본체외통(1) 사이에 중성자감속체(2) 및 전치증폭기(16)와 각각 연결·설치되는 다수개의 검출튜브(17)를 설치하며, 상기 납차폐체(3)내면에 반사체(5,11), 카드뮴판(7,8), 핵연료장전함 (6) 및 중선자선원 보관통(10)을 설치하고, 상기 본체외통(1)과 납차폐체(3) 상부에 상부외통(18)을 설치함과 동시에, 납차폐체(3) 상부에 상부중성자반세체(19)와 상부납차폐체(20)가 설치된 상부차폐체 뚜껑(21)을 설치하도록 되어 있다.1 shows a schematic diagram of an apparatus for measuring fissile material, and in the present invention, a lead shielding body 3 and 12 is installed in a main body outer cylinder 1, and a neutron is disposed between the lead shielding body 3 and the main body outer cylinder 1. A plurality of detection tubes 17 are installed and connected to the decelerator 2 and the preamplifier 16, respectively, and the reflectors 5, 11, cadmium plates 7, 8, on the inner side of the lead shielding body 3, A nuclear fuel loader (6) and a heavy source storage container (10) are installed, and an upper outer cylinder (18) is installed on the main body outer cylinder (1) and the lead shielding body (3), and on the upper shielding body (3). An upper shield lid 21 having an upper neutron semiconducting body 19 and an upper lead shielding body 20 is installed.

상기 납차폐체는 사용후핵연료가 시편으로 사용될 경우, 사용후핵연료에서 방출되는 강한 감마선으로부터 전치증폭기(16)와 검출튜브(17)를 보호하기 위하여 사용되는 것으로, 납차폐체외통(4)에 의해 본체외통(1)내 중앙에 위치하도록 설치되어 본체외통(1)내를 핵연료시편이 삽입되는 부분과 검출튜브(17)가 설치되는 부분으로 분리하는 측면납차폐체(3)와, 상부차폐체 뚜껑(21) 하부에 설치되는 상부납차폐체(20) 및 측면납차폐체(3) 후부에 위치하도록 본체외통(1) 하부에 납으로 주조하여 설치되는 하부납차폐체(12)로 구성되어 있다.The lead shield is used to protect the preamplifier 16 and the detection tube 17 from the strong gamma rays emitted from the spent fuel when the spent fuel is used as a specimen. It is installed to be located in the center of the outer cylinder (1), the side shielding body (3) and the upper shielding lid (21) for separating the main body outer cylinder (1) into a portion into which the nuclear fuel specimen is inserted and the detection tube 17 is installed The lower lead shielding body 12 is formed by casting with lead in the lower portion of the main body outer cylinder 1 so as to be located at the rear of the upper lead shielding body 20 and the side lead shielding body 3 which are installed at the lower part.

상기 납차폐체외통(4)은 납을 주조 및 보관할 목적으로 만들어 졌으며, 중성자를 적게 흡수하는 알루미늄 재질로 가공되어 있다.The lead shielded outer cylinder (4) is made for the purpose of casting and storing lead, and is made of aluminum material that absorbs less neutrons.

상기 중성자감속체(2)는 중성자의 속도를 감속시키는 것으로, 본체외통(1)과 측면납차폐체(3) 사이에 설치되고, 고밀도 폴리에칠렌등으로 구성되어 있으며, 다수개의 검출튜브(17)가 중성자를 잘 검출할 수 있도록 고속중성자를 열중성자로 만들어주는 기능을 한다.The neutron deceleration body (2) is to reduce the speed of the neutron, is installed between the main body outer cylinder (1) and the side lead shield (3), made of high-density polyethylene, etc., the plurality of detection tubes 17 is a neutron It can make high speed neutron into thermal neutron so that it can be detected well.

상기 검출튜브(17)는 중성자감속체(2)에 의해 감속된 중성자를 포획하는 것으로, 중성자감속체(2)와 연결·설치되고, 본체외통(1)과 납차폐체외통(4) 사이에서 2개의 원을 구비하도록 다수개의 검출튜브(17)가 이중으로 설치되어 있으며, 전치증폭기(16)와 연결되어 있다. 즉, 상기 검출튜브(17)는 내부 및 외부환 형상으로 구성되어 있으며, 내부환 및 외부환은 도 2 에 도시된 바와 같이 각각 일정갯수의 검출튜브로 구성되어 있다.The detection tube 17 captures the neutron decelerated by the neutron deceleration body 2, and is connected to and installed with the neutron deceleration body 2, and has two circles between the main body outer cylinder 1 and the lead shielded outer cylinder 4. A plurality of detection tubes 17 are provided in duplicate so as to be provided, and are connected to the preamplifier 16. That is, the detection tube 17 is configured in an inner and outer ring shape, the inner ring and the outer ring is composed of a predetermined number of detection tubes, respectively, as shown in FIG.

상기 전치증폭기(16)는 검출된 중성자에 의하여 발생되는 신호를 증폭하는 것으로, 각각의 검출튜브(17)와 연결되어 설치되고, 다수의 신호연결선(15)에 의하여 서로 연결된다. 즉, 상기 내부 및 외부환에 각각 16개, 총 32개의 검출튜브(17)가 설치되어 있을 경우, 검출튜브(17)에 연결되는 전치증폭기(16) 역시 총 32개이므로, 도 3 에 도시된 바와 같이 모두 32개의 전치증폭기(16)를 4개의 그룹으로 분리하고, 각각 8개씩 묶어서 A, B, C, D로 구분한 다음, 상기 A, B, C, D의 출력신호값을 서로 비교하여 신호연결선(15)의 이상발생 유무를 확인하도록 되어 있다.The preamplifier 16 amplifies a signal generated by the detected neutrons and is connected to each detection tube 17 and is connected to each other by a plurality of signal connection lines 15. That is, when 16 and 32 detection tubes 17 are installed in the inner and outer rings, respectively, the preamplifiers 16 connected to the detection tubes 17 are also 32 in total. As described above, all 32 preamplifiers 16 are divided into four groups, each grouped by eight, divided into A, B, C, and D, and the output signal values of A, B, C, and D are compared with each other. The abnormality of the signal connection line 15 is confirmed.

상기 반사체는 유도핵분열을 일으키게 하는 열중성자를 만드는 기능을 하는 것으로, 고밀도 폴리에칠렌으로 구성되며, 측면납차폐체외통(4)에 연결·설치되는 측면반사체(5)와, 상부차폐체 뚜껑(21)에 설치되는 상부중성자 반사체(19) 및 하부납차폐체(12)에 연결·설치되는 하부중성자반사체(11)로 이루어져 있다.The reflector is a function of making a thermal neutron to cause induced fission, consisting of high-density polyethylene, the side reflector (5) connected to and installed in the side lead shield outer cylinder (4), and installed in the upper shield lid 21 The lower neutron reflector 11 is connected to and installed in the upper neutron reflector 19 and the lower lead shielding body 12.

상기 카드뮴판은 열중성자를 흡수하는 것으로, 반사체(5)와 핵연료장전함(6), 반사체(5)와 중선자선원 보관통(10) 사이에 삽입되는 측면카드뮴판(7)과, 핵연료장전함(6)과 중선자선원 보관통(10) 사이에 삽입되는 하부카드뮴판 (8)으로 구성되어 있다.The cadmium plate absorbs thermal neutrons, and the side cadmium plate (7) inserted between the reflector (5) and the nuclear fuel container (6), the reflector (5) and the heavy source storage container (10), and the nuclear fuel charge box (6) and the lower cadmium plate (8) inserted between the heavy source storage container (10).

상기 핵연료장전함(6)은 반사체(5,11,19)가 설치된 납차폐체(3,12,20)내에 위치하도록 삽입되는 것으로, 내부에 핵연료시편이 장전되어 있다.The fuel charge box 6 is inserted to be positioned in the lead shields 3, 12, and 20 in which the reflectors 5, 11, and 19 are installed, and nuclear fuel specimens are loaded therein.

상기 중성자선원 보관통(10)은 중선자선원이 저장된 중성자선원통(9)이 저장되는 것으로, 반사체(5,11,19)가 설치된 납차폐체(3,12,20)내에 설치된다. 즉, 상기 중선자선원은 중성자선원통(9)내에 장전되고, 상기 중선자선원통(9)은 중성자선원 보관통(10)내에 장전된다.The neutron storage container 10 is to store the neutron beam cylinder 9 in which the neutron source is stored, is installed in the lead shield (3, 12, 20) provided with the reflectors (5, 11, 19). That is, the neutron source is loaded in the neutron cylinder 9, the neutron source cylinder 9 is loaded in the neutron storage cylinder (10).

상기 상부외통(18)은 중성자감속체(2), 검출튜브(17) 및 전치증폭기(16)가 설치된 본체외통(1)과 측면납차폐체 외통(4) 상부에 설치된다.The upper outer cylinder 18 is installed on the main body outer cylinder 1 and the side shielding body outer cylinder 4, the neutron reduction body 2, the detection tube 17 and the preamplifier 16 is installed.

상기 상부차폐체 뚜껑(21)은 핵연료장전함(6), 중성자선원통(9) 및 카드뮴판 (7,8)이 삽입되는 측면납차폐체(3) 상부에 위치하도록 설치되는 것으로, 하단면에 상부납차폐체(20)와 상부중성자 반사체(19)가 순차적으로 설치되어 있으며, 상부에 핫셀내에서의 작업이 용이하도록 상부차폐체 뚜껑고리(22)가 설치되어 있다.The upper shield body 21 is installed so as to be positioned on the upper side of the lead shield (3) in which the nuclear fuel charge box (6), the neutron cylinder (9) and the cadmium plate (7,8) is inserted, the upper portion on the lower surface The lead shield 20 and the upper neutron reflector 19 are sequentially installed, and the upper shield lid 22 is installed at the top to facilitate the work in the hot cell.

즉, 상기 상부납차폐체(20)는 상부차폐체뚜껑(21) 내부에 주조하여 채워져 있다.That is, the upper lead shield 20 is cast by filling in the upper shield lid 21.

이와 같이 본 발명은 핵연료장전함(6)과 중성자선원 보관통(10)을 중심으로 카드뮴판(7,8), 반사체(5)와 상부중성자 반사체(19), 측면납차폐체(5)와 상부납차폐체(20)가 순차적으로 설치되어 있다.As described above, the present invention focuses on the cadmium plate (7,8), the reflector (5) and the upper neutron reflector (19), the side shielding (5) and the upper lead centering on the nuclear fuel charge box (6) and the neutron storage container (10). The shield 20 is provided in sequence.

상기와 같이 구성된 본 발명을 이용하여 신핵연료와 혼합핵연료의 핵분열성물질을 측정하고자 할 경우, 핵연료장전함에 핵연료시편을 집어넣고, 중성자선원 보관통 내부에 있는 중성자선원통 속에 중성자를 방출하는 중성자선원을 집어 넣는다. 여기서 핵연료장전함에 사용후핵연료를 집어넣을 경우에는 중성자선원을 사용할 필요가 없다. 이것은 사용후핵연료에서는 자체적으로 중성자가 많이 발생하고 있기 때문이다. 중성자선원 혹은 사용후핵연료에서 나오는 고속중성자는 측면반사체, 하부반사체 그리고 상부반사체의 폴리에칠렌 재료속에서 충돌하여 속도가 떨어진 후 열중성자가 된다. 이 열중성자가 다시 핵연료에 돌아와서 핵연료에 포함된 핵분열성물질에 흡수되어 핵분열을 일으키게 되며, 이러한 핵분열 현상을 유도핵분열이라 한다. 이 유도핵분열로 인하여 다시 중성자가 증배하여 생성되고, 상기 생성된 중성자는 측면 납차폐체를 통과하여 폴리에칠렌으로 만들어진 중성자감속체에서 감속되어 검출튜브에 포획되고, 전치증폭기를 통하여 신호로 계측된다.In order to measure the fissile material of the new fuel and the mixed fuel using the present invention configured as described above, the neutron source is placed in the neutron source cylinder inside the neutron source container by inserting the nuclear fuel sample into the nuclear fuel container. Put it in. In this case, there is no need to use neutron sources when inserting spent fuel into the nuclear fuel loader. This is because spent neutrons generate many neutrons on their own. Fast neutrons from neutron sources or spent fuel collide in the ethylene material of the side reflectors, the bottom reflectors, and the upper reflectors, and then become thermal neutrons after they have slowed down. The thermal neutrons return to the nuclear fuel and are absorbed by the fissile material contained in the fuel to cause fission. This fission phenomenon is called induced fission. Due to the induced fission, neutrons are multiplied again, and the generated neutrons pass through the side lead shield and are decelerated in the neutron decelerator made of polyethylene, captured by the detection tube, and measured by a preamplifier as a signal.

본 발명은 상기와 같은 방법을 이용하여 유도핵분열을 일어나게 하는 것과 일어나지 않은 비율을 측정하므로써, 핵연료내에 있는 핵분열성물질의 농도를 측정하게 된다.The present invention measures the concentration of fissile material in nuclear fuel by measuring the rate at which induced fission occurs and the rate at which it does not occur using the above method.

즉, 핵연료내에 핵분열성물질의 농도가 커지면 이 유도핵분열 비율이 커지게 되므로, 측면카드뮴판과 하부카드뮴판을 내부에 집어넣을 경우, 열중성자가 대부분 이 카드뮴판에 흡수되므로서 유도핵분열이 일어나지 않는다. 카드뮴판을 인출할 경우, 유도핵분열이 다시 일어나게 된다. 이것을 요약하여 관계식으로 나타내면 다음과 같다.In other words, as the concentration of fissile material in the fuel increases, the ratio of induced fission increases, so that when the side cadmium plate and the lower cadmium plate are placed inside, most of the thermal neutrons are absorbed by the cadmium plate so that induced fission does not occur. . When the cadmium plate is withdrawn, induced fission occurs again. This is summarized as a relational expression as follows.

핵분열성물질 함유량 = 실험적 인자 ×카드뮴판이 없는 중성자계수율 / 카드뮴판이 있는 중성자계수율Fissile content = experimental factor × neutron count without cadmium plate / neutron count with cadmium plate

상기와 같이 본 발명은 중성자계수에서 카드뮴비율 변화라는 새로운 개념을 도입하여 신핵연료, 혼합핵연료 그리고 사용후핵연료에 포함된 우라늄-235 및 플루토늄-239 동위원소와 같은 핵분열성 물질의 함유량을 측정하는 것으로, 중성자선원 취급, 신핵연료 및 혼합핵연료 취급, 강한 방사성물질인 사용후핵연료 취급, 카드뮤판 취급 그리고 중성자 감속 및 계측에 적합하도록 구성되어 있다.As described above, the present invention measures the content of fissile materials such as uranium-235 and plutonium-239 isotopes contained in new fuels, mixed fuels, and spent fuels by introducing a new concept of changing the cadmium ratio in the neutron coefficient. It is suitable for handling neutron sources, handling new and mixed fuels, handling spent radioactive fuels, treating card mupans and neutron deceleration and measurement.

또한, 높은 방사선을 방출하는 사용후핵연료의 핵분열성 물질의 함유량 측정은 핫셀내부에서 작업해야 하므로, 핫셀내에서의 작업은 사용후핵연료 시편을 시험장치에 인출 및 삽입 그리고 카드뮴판의 설치 및 인출이 용이하도록 구성되어 있으며, 중성자수의 계측변화는 시험장치에 연결된 신호연결선을 통하여 핫셀 외부에서 계측하도록 되어 있다.In addition, since the measurement of the content of fissile material of the spent fuel that emits high radiation has to be performed in the hot cell, the work in the hot cell requires the removal and insertion of the spent fuel specimen into the test apparatus and the installation and removal of the cadmium plate. It is configured to facilitate the measurement of the number of neutrons and to measure the outside of the hot cell through the signal line connected to the test equipment.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

이와 같이 본 발명은 핵분열성물질의 함유량 변화에 따른 유도핵분열로 기인된 중성자계수의 카드뮴비율값 변화를 보다 정밀하게 계측하고, 이를 이용하여 핵연료 내부에 포함된 핵분열성물질의 농도를 측정하도록 되어 있어, 신핵연료, 혼합핵연료 및 사용후핵연료에 포함된 핵분열성 물질의 양을 비파괴적인 방법으로 신속하게 분석할 수 있으며, 핵연료 분말, 소결체 그리고 핵 연료봉등 모든 종류의 핵연료내에 핵분열성물질을 함유량을 정밀하게 측정할 수 있다.As described above, the present invention more precisely measures the change in the cadmium ratio value of the neutron coefficient caused by the induced fission according to the change in the content of the fissile material, and to measure the concentration of the fissile material contained in the nuclear fuel by using the same. And non-destructive analysis of the amount of fissile material contained in new fuels, mixed fuels, and spent fuels in a non-destructive manner, and the content of fissile material in all types of fuels, including fuel powders, sintered bodies, and fuel rods Can be measured.

또한, 본 발명은 이동가능하도록 되어 있어, 다양한 조건에서 핵연료의 핵분열성 물질을 측정할 수 있으며, 중성자선원이 없이 사용후핵연료의 핵분열성물질을 측정할 수 있고, 고정 중성자선원을 사용하여 신핵연료의 핵분열성물질의 함유량을 측정할 수 있도록 되어 있다.In addition, the present invention is to be movable, can measure the fissile material of the nuclear fuel under various conditions, can measure the fissile material of the spent fuel without neutron source, using a fixed neutron source The content of fissile material can be measured.

상기와 같이 본 발명은 최근에 세계적으로 각광을 받고 있는 신개념의 핵연료주기 기술(경중수로연계 핵연료주기기술) 주기와 같은 사용후핵연료를 취급/처리해야 하는 시설에서 반드시 필요하며, 사용후핵연료 재활용에 새로운 전기를 가져올 것으로 기대되는 등 많은 효과가 있다.As described above, the present invention is essential in a facility that needs to handle / process spent fuel, such as a new concept of fuel cycle technology (light and light water reactor-linked fuel cycle technology) cycle, which has recently been spotlighted worldwide. There are many effects, including the expectation of bringing new electricity.

Claims (5)

핵연료에 열중성자를 흡수시켜 유도핵분열을 일으키고, 상기 유도핵분열에 의해 생성된 중성자를 신호로 계측하는 제 1 단계와,A first step of absorbing thermal neutrons into nuclear fuel to cause induced fission, and measuring the neutrons generated by the induced fission as signals; 상기 핵연료에 흡수되는 열중성자를 카드뮴판에 흡수시켜 유도핵분열을 방지한 후 중성자를 신호로 계측하는 제 2 단계와,A second step of absorbing the thermal neutrons absorbed by the nuclear fuel into the cadmium plate to prevent induced fission and then measuring the neutrons as a signal; 상기 제 1, 2 단계에 의해 측정된 카드뮴판이 없는 중성자계수율과 카드뮴판이 있는 중성자계수율의 비율을 통해 핵연료내에 있는 핵분열성물질의 농도를 측정하는 제 3 단계를 통해 신핵연료, 혼합핵연료 및 사용후핵연료를 가공하는 과정에서 핵연료 분말, 소결체 및 핵연료봉에 대한 핵분열성 물질을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정방법.New fuel, mixed fuel and spent fuel through the third step of measuring the concentration of fissile material in the nuclear fuel by the ratio of the neutron count without cadmium plate and the neutron count with cadmium plate measured by the first and second steps Method for measuring fissile material of nuclear fuel using a cadmium ratio value change of the neutron coefficient, characterized in that to measure the fissile material for the fuel powder, the sintered body and the fuel rod during processing. 본체외통 중앙부에 납차폐체외통에 의해 설치되는 측면납차폐체와,The side lead shielding body installed by the lead shielding outer cylinder in the central part of the outer cylinder, 상기 본체외통과 측면납차폐체 사이에 설치되는 중성자감속체와,A neutron reduction body installed between the main body outer cylinder and the side shielding body; 상기 중성자감속체와 연결·설치되는 다수개의 검출튜브와,A plurality of detection tubes connected to and installed with the neutron reduction body, 상기 검출튜브와 연결·설치되는 전치증폭기와,A preamplifier connected to and installed with the detection tube; 상기 다수개의 전치증폭기와 신호연결선에 의해 연결되는 신호단자 및 신호연결함과,A signal terminal and a signal connection box connected by the plurality of preamplifiers and signal connection lines; 상기 중성자감속체, 전치증폭기 및 신호연결선이 설치된 본체외통과 측면납차폐체 상부에 설치되는 상부외통과,The upper outer passage is installed on the outer body of the main body and the side shielding body is installed the neutron reduction body, the preamplifier and the signal connection line, 상기 측면납차폐체 상부에 설치되는 상부차폐체 뚜껑과,An upper shielding body lid installed on the side shielding upper body, 상기 상부차폐체 뚜껑하단면에 연결·설치되는 상부납차폐체와,An upper lead shielding body connected to and installed on a lower end surface of the upper shielding body; 상기 측면납차폐체 하부에 위치하도록 본체외통 하단면에 설치되는 하부납차폐체와,A lower lead shielding body installed at a lower surface of the outer cylinder body so as to be positioned below the side shielding body; 상기 측면납차폐체, 상부납차폐체, 하부납차폐체에 각각 연결·설치되는 측면반사체, 상부중성자반사체, 하부중성자반사체와,A side reflector, an upper neutron reflector, and a lower neutron reflector connected to and installed in the side shielding body, the upper shielding body, and the lower shielding body, respectively; 상기 반사체가 설치된 납차폐체내에 삽입되고 중선자선원이 장전되는 중성자선원통과,A neutron beam through which the reflector is installed and inserted into a lead shield and loaded with a neutron source; 상기 중성자선원통이 장전되는 중성자선원 보관통과,A neutron source storage passage in which the neutron cylinder is loaded, 상기 반사체가 설치된 납차폐체내에 삽입되고 핵연료시편이 장전되는 핵연료장전함과,A nuclear fuel charge box inserted into a lead shielding body in which the reflector is installed and loaded with a fuel sample; 상기 중성자선원 보관통과 반사체 사이, 핵연료장전함과 반사체 사이, 중성자선원과 핵연료장점함 사이에 위치하도록 설치되는 카드뮴판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정장치.Nuclear fission of nuclear fuel using a change in the cadmium ratio value of the neutron coefficient, characterized in that it comprises a cadmium plate installed between the neutron source reservoir and the reflector, between the nuclear fuel charge box and the reflector, between the neutron source and the fuel advantage box Material measuring device. 제 2 항에 있어서;The method of claim 2; 상기 검출튜브는 2중의 환배열로 설치된 것을 특징으로 하는 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정장치.The detection tube is a nuclear fissile material measuring apparatus using a cadmium ratio value change of the neutron coefficient, characterized in that installed in a double ring arrangement. 제 2 항에 있어서;The method of claim 2; 상기 측면반사체, 하부중성자 반사체, 상부중성자 반사체는 폴리에칠렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정장치.The side reflector, the lower neutron reflector, the upper neutron reflector is a nuclear fissile material measuring apparatus using a cadmium ratio value change of the neutron coefficient, characterized in that made of polyethylene. 제 2 항에 있어서;The method of claim 2; 상기 납차폐체외통은 알루미늄재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 중성자 계수의 카드뮴 비율값 변화를 이용한 핵연료의 핵분열성물질 측정장치.The lead shield extracorporeal tube is a fissile material measuring apparatus for nuclear fuel using a cadmium ratio value change of the neutron coefficient, characterized in that the aluminum material.
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