KR950001735B1 - 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인(Burn-In)효과에 대하여 보정하기 위한 방법 - Google Patents

분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인(Burn-In)효과에 대하여 보정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인(Burn-In) 효과에 대하여 보정하기 위한 방법
본 발명은 조사선량계에 의해서 시적분 중성자속을 제어하는 것이고, 특히, 중성자 조사선량 측정을 위하여 분열을 측정동안에 방해하는 분열성 동위원소의 인그로우쓰 또는 ＂버언-인(Burn-In)＂에 대하여 보정하기 위한 방법에 관한 것이다.
연방 규정은 원자로 냉각재 압력 경계부가 동작, 보수, 검사 및 가정되는 부주의한 상황하에서 압력을 받았을 때 부서지지 않는 방법으로 작용하도록 충분한 한계를 가지고, 급속히 전달되는 파쇄의 가능성이 최소화되는 것을 요구한다. 이와 같은 필요조건은 유효수명을 통하여 원자로 용기에 대해 방사선 손상의 양 예보를 필요로 하고, 또한 그것은 압력 용기에 대한 중성자 조사가 제어되는 것을 요구한다.
분열 중상자 모니터는 중성자 조사선량 측정에서 사용될 수 있고, 경수 원자로 압력용기 검사와 같은 중요한 빠른 선속 스펙트럼 정보를 제공할 수 있다.
중성자 조사선량 측정에서, 전하량(Z) 및 질량수(A)의 분열 모니터는 시간(t)과 중성자에너지(E)의 함수가 되는 에너지 스펙트럼 ø(t,E)을 가지는 중성자 비임에 대해 조사된다. 방사선 조사동안에, 더 큰 차수 또는 더 큰 원자량의 악티늄족 동위원소(Z',A')는 분열 중성자 조사선량계의 (Z,A)동위원소에서 중성자 포착에 의해서 생산될 수 있다. 중성자 포착은 사실상 동위원소(Z,A+1)를 생산하고 계속하여 붕괴과정은 A'=A+1과 함께 (Z',A')동위원소를 생산한다.
이와 같은 분열 중성자 조사선량계로써 관측되는 단위체적에 대한 총 분열수(FT)는 다음과 같다 :
FT=FZ.A+BZ1'.A1'
FZ.A는 방사선 조사동안에 동위원소가 변화할 때 동위원소(Z,A)에서 생산되는 단위 체적에 대한 분열수이고 BZ',A'는 동위원소(Z',A')에서 생산되는 단위체적에 대한 분열총수이다. 비록 FZ.A양이 요구될지라도, FT는 사실상 측정된다. BZ',A'항은 더 큰 차수의 악티늄족 원소(Z',A')로부터 기어, 즉, 소위 ＂버언-인＂효과를 나타낸다. 경수 원자로 압력용기 검사 작업에서, 이와 같은 기여는 238U발단 분열 모니터에 대하여 무시할 수 없으며, 버언-인 효과는 239Pu에서 분열로부터 기인된다. 사실상, 최근 분석은 238U에 대한 버언-인 효과가 경수 원자로 압력용기 주위에서 약 30퍼센트 만큼 클 수 있음을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 주요목적은 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인 효과에 대하여 보정하기 위하여 민감하고 정확한 방법을 제공하는 것이고, 이와 같은 방법은 주위의 무시할 수 있는 섭동과 함께 원위치에서 사용 가능한 작은 조사선량계와 더불어서 다른 기하학에 적용할 수 있다.
위와 같은 목적과 함께 본 발명은 분열성 중성자 조사선량계와 같은 분열성 물질의 분열 부착물을 가지는 두개 고체 트랙 레코더와 함께, 분열성 동위원소(Z,A)를 사용하는 분열성 중성자 조사선량계에서 버언-인에 대하여 보정하기 위한 방법에 있으며, a) 두개 고체 트랙 레코더중에서 제1레코더 및 분열성 중성자 조사선량계를 제1시적분 중성자속에서 그것들중의 한 위치에 대하여 적어도 유효한 동일 중성자 선속-시간 히스토리와 함께 제1시적분 중성자속에 대해 조사하는 단계, 조사후에 분열성 중성자 조사선량계는 분열총수(FT)를 나타내고 조사선량계는 버언-인에 대하여 보정된다; b) 제2시적분 중성자속을 가지는 2개 고체 트랙 레코더를 방사선 조사하는 단계; c) 더 큰 차수의 동위원소(Z',A')의 버언-인 양(PZ',A')을 결정하는 단계, 2개 고체 트랙 레코더에서 분열 부착물의 단위 체적에 대한 분열의 절대수 사이의 차이로부터 제1고체 트랙 레코더의 분열 부착물에서, A'＞A이다; d) 제1시적분 중성자속에 대해 조사하는 동안에 제1고체 트랙 레코더의 분열성 부착물에서 더 큰 차수의 동위원소(Z',A')의 분열수(FZ',A')를 결정하는 단계; e) 분열성 중성자 조사선량계에 의해서 표시되는 분열총수(FT)를 보정하고, 버언-인으로 인한 분열에 대하여 보정되는 분열성 동위원소의 분열율과 일치하는 값을 제공하기 위해서 PZ',A'와 FZ',A'를 이용하는 단계를 특징으로 한다.
위와 같은 관측으로부터 BZ',A'를 결정하기 위해서, 중성자 범위의 시간 종속에 관한 어떤 가정은 유효하다. 특히, 중성자 범위는 일반적으로 다음과 같아야 한다.
(1) 시간과 무관하거나, 또는 (2) 시간(t)과 중성자 에너지(E)의 분리가능한 함수·원자로 방사선 조사는 일정한 출력에서 수행될 수 있으며, 위와 같은 경우에 가정(1)은 유효할 것이다. 가정(1)이 유효하지 않은 경우에, 가정(2)은 매우 유효할 것이다. 또한, 이런 경우에, 원자로 출력계기는 중성자 범위의 분리 가능한 시간-종속 동작을 결정하기 위해서 사용 될 수 있다.
본 발명은 양호한 실시예에 관한 다음의 상세한 서술로부터 보다 분명하게 될 것이다.
상기에서 서술된 것처럼, 분열 중성자 조사선량계가 경수 원자로 압력용기에서 검사하기 위하여 사용되는 것처럼 중성자 방사선 조사선량 측정에 적용될 때, 더 큰 차수 악티늄족 동위원소는 범위에 의해서 조사선량계에서 생산될 수 있다. 이런 더 큰 차수 악티늄족 동위원소는 분열할 수 있고 그것에 의해서 조사선량계로써 관측되는 분열을 또는 분열수에 기여할 수 있다. 본 출원은 버언-인에 대하여 보정하기 위해서 고체 트랙 레코더를 이용하는 새로운 방법을 서술한다.
본 발명에서, 두개 양은 버언-인 기여를 수량화하도록 측정된다. 즉, PZ',A', 버언-인되는 동위원소(Z',A')양이고, FZ',A', 동위원소(Z'A')에서 생산되는 단위체적에 대한 분열이다. 두개 양을 측정하기 위해서 사용되는 모니터는 분열 중성자 조사선량계가 경험하게 되는 동일한 방사선 조사를 반드시 받게 된다. 즉, 그것은 동일한 위치에서 동일한 선속-시간 히스토리에 대해 조사된다.
(Z',A')동위원소의 버언-인 총양(PZ',A')을 측정하기 위해서, 두개 고체 트랙 레코더 분열 부착물은 분열 중성자 조사선량계를 포함하는 동일물질로부터 제조된다. 위와같은 두개 고체 트랙 레코더는 그것의 질량과 질량 밀도를 정확하게 측정함으로써 수량화된다. 한 부착물은 분열 중성자 조사선량계에 대해서 그것을 배치함으로써 조사되고, 반면에 제2부착물은 백그라운드를 관측하기 위하여 사용된다. (Z',A')동위원소의 버언-인 양(PZ',A')은 제2방사선 조사를 행함으로써 결정되며, 조사 및 조사되지 않은 분열 부착물은 단위체적에 대한 절대 분열수를 관측하기 위하여 고체 트랙 레코더 조사선량계에서 사용된다.
예를 들면, 238U분열 중성자 조사선량계를 이용하여 생산되는 239Pu버언-인은 제2조사동안에 열중성자 범위를 이용함으로써 효율적으로 관측된다. 여기에서 제2고체 트랙 레코더 조사선량계는 원래의 분열 중성자 조사선량계 물질에서 발생할 수 있는 어떤 분열 백그라운드를 측정하기 위해서 사용된다. 이와 같은 두개의 절대적 고체 트랙 레코더 측정 사이의 차이점은 239Pu의 열중성자 단면적이 잘 알려졌으므로 239Pu의 양을 수량화하기 위해서 사용될 수 있다.
(Z',A')동위원소의 단위체적당 분열(FZ',A')은 이런 동위원소를 위해 특별히 제공되는 분열 중성자 조사선량계를 이용함으로써 얻을 수 있다. 예를 들면, 방사선 분열 조사선량계는 이와 같은 목적으로 사용될 수 있다. 방사선 분열 레코더는 측정한 분열 생산 동위원소의 방사성을 측정하는 조사선량계이다. 이런 분열 생산 동위원소의 절대적 방사성으로부터 분열율은 결정된다. 고체 트랙 레코더 분열 조사선량계는 이런 목적으로 사용된다. 어떤 경우에, (Z',A')분열 조사선량계는 원래의 발단 분열 중성자 조사선량계와 함께 조사되고, 그 결과 (Z',A')분열 조사선량계는 동일한 위치에서 동일 중성자 선속-시간 히스토리를 정확히 경험한다.
위와 같은 관측으로부터 버언-인, 즉 BZ',A'항을 결정하기 위해서, 상기 동식에서, 중성자 범위의 시간 종속에 관한 어떤 가정은 유효하다. 특히, 중성자의 범위는 특히; (1) 시간에 무관하거나; 또는 (2) 시간(t) 및 중성자 에너지(E)의 분리 가능한 함수이다.
후자의 경우에 있어서, BZ',A'항은 두개 함수의 곱으로 표현할 수 있고, 함수중의 하나는 시간(t)의 함수이고 다른 함수는 중성자에너지(E)의 함수이다.
원자로 방사선 조사는 일정한 출력에서 수행될 수 있으며, 그런 경우에서 가정(1)은 유효할 것이다. 후자 경우에서 가정(1)은 유효하지 않고, 가정(2)은 매우 유효할 것이다. 더우기, 후자의 경우에서, 원자로 출력계기 레코드는 중성자 범위의 분리 가능한 시간-종속 동작을 결정하기 위해서 사용될 수 있다. 버언-인 항(BZ',A')의 결정에서 위와 같은 가정의 사용은 하기에서 보다 상세하게 서술된다.
fZ,A(t)와 fZ',A'(t)는 원자핵에 대한(Z,A) 및 (Z',A')동위원소의 각각의 분열율이라 하자. 위와같은 분열율은 다음 형태로 표현할 수 있다.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
σZ,fA(E)와
Figure kpo00003
(E)는 (Z,A)와 (Z',A')동위원소의 단면적이다. 여기서 ø(t,E)는 시간(t) 및 중성자에너지(E)에 종속되는 중성자 스펙트럼을 나타낸다.
원자로 방사선 조사의 존속기간(τ)에 대하여, (Z,A) 및 (Z',A')동위원소에서 생산되는 원자핵에 대한 충분열[FZ,A(τ)와 FZ',A'(τ)]은 시간에 대한 등식(1) 및 (2)의 적분에 의해서 얻을 수 있다. 즉 :
Figure kpo00004
Figure kpo00005
이와 같은 방사선 조사동안에 PZ',A'는 버언-인의 비율이라 하자. 즉, 동위원소의 생산은 시간 t의 분열 중성자 조사선량계의 (Z,A)동위원소에서 중성자 포착에 의해서 만들어진다. (Z',A')동위원소를 형성하는 붕괴 과정의 반감기가 원자로 방사선 조사 시간과비 비교하여 무시할 수 있다는 가정하에서, 이와 같은 생산율은 (Z,A)동위원소의 중성자 포착단면적
Figure kpo00006
으로 표현될 수 있다.
Figure kpo00007
nZ,A는 (Z,A)동위원소의 원자밀도이다. 원자밀도는 단위체적당 원자 또는 단위질량에 대한 원자로 표현될 수 있다.
그러므로, 방사선 조사 간격(τ)동안에, 어떤 시간 t＜τ에서 동위원소(Z',A')의 생산의 밀도 PZ',A'(t)는 다음과 같다 :
Figure kpo00008
(6)은 다음과 같이 표현될 수 있다 :
Figure kpo00009
등식(7)은 방사선 조사시간 동안에 nZ,A에서 무시할 수 있는 손실이 존재하는 것을 가정한다. 이와 같은 가정은 일반적으로 만족된다. 만일 그것이 만족되지 않는다면, 여기에서 서술되는 방법은 유효하고 nZ,A의 실제의 시간 종속은 등식(6)으로부터 (7)로 진행하는 것을 고려할 수 있다.
결과적으로, 방사선 조사동안에(Z',A')동위원소의 버언-인에 의해서 생산되는 분열밀도 BZ',A'는 다음과 같이 표현할 수 있다 :
Figure kpo00010
PZ',A'(t)는 등식(7)에 의해서 제공되고 fZ',A'(t)는 등식(2)에 의해서 제공된다.
BZ',A'가 바람직한 버언-인 항인 반면, 사실상, 측정되는 것은 방사선 조사의 존속기간(τ)동안에 생산 [
Figure kpo00011
(τ)과 방사선 조사의 존속기간(τ)으로부터 원자핵에 대한 총분열[FZ',A'(τ)]이다. 결과적으로 BZ',A'가 관측된 양 PZ',A'(τ),FZ',A'(τ)에 의해서 등식(8)로부터 얻을 수 있다는 하에서 조건을 검토하는 것은 유익하다.
t와 관계없는 중성자 범위에 대하여, ø(t,E)=ø(E)이고 등식(8)은 :
Figure kpo00012
시간-무관한 경우에 대하여, 등식(4) 및 (7)은 각각 다음과 같이 제공된다 :
Figure kpo00013
Figure kpo00014
등식(9)에서 등식(10) 및 (11)을 이용하면 시간-무관한 경우를 발견할 수 있다.
Figure kpo00015
중성자 범위의 분리 가능한 시간-종속 동작의 경우에 대하여, 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure kpo00016
여기에서 시간-종속항 T(t)은 원자로 출력 계기 레코드로부터 알 수 있다. 등식(8)에서 이와 같은 가정을 이용하여서 다음과 같은 것을 발견한다 :
Figure kpo00017
또한 이와 같은 가정하에서, PZ',A'(τ)와 FZ',A'(τ)은 각각 다음과 같다 :
Figure kpo00018
Figure kpo00019
등식(14)에서 등식(15) 및 (16)을 이용하여서 다음 형태로 표현할 수 있는 버언-인 항을 발견한다 :
Figure kpo00020
시간-종속 적분을 제외하고, 등식(17)은 등식(12)과 동일한 형태를 가진다. 사실상, T(t)=일정한 것에 대하여, 등식(17)은 등식(12)에 대해 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 시간-종속 적분으로부터 발생되는 등식(17)에서 개수는 알려진 원자로 출력 계기 측정을 이용하며 평가될 수 있고, 그것을 분리 가능한 시간 것-종속 함수 T(t)를 정의한다. 즉, 원자로 동작 틈에서 보통 위치되는 차아트 레코더는 원자로 방사선조사의 출력 시간 히스토리의 레코드를 제공한다.
상기에서 서술되는 방법은 다수의 다른 방법으로 적용될 수 있다. 단위체적에 대한 FT분열이 관측되는 (Z,A)동위원소용 원래의 분열 모니터는 방사선 또는 고체 트랙 레코더 분열 조사선량계일 수 있다. (Z',A')동위원소에서 분열율은 방사선 또는 고체 트랙 레코더 분열 조사선량계로써 관측될 수 있다. 가까운 장래의 특정출원의 필요조건은 즉시 사용되는 조사선량계의 형태를 보통 지시할 것이다. 예를 들면, 매우 얇은 고체트랙 레코더는 (Z,A)와 (Z',A')동위원소를 위해 제공될 수 있으며, 그 결과 매우 약한 분열율 측정이 행해질 수 있다. 그러므로 공명 자체-차폐가 무시할 수 없는 응용에서, 고체 트랙 레코더 분열 조사선량계의 사용은 (Z,A) 및 (Z',A') 분열을 관축을 위하여 권고된다.
한편, 방사선 분열 조사선량계는 고체 트랙 레코더의 시적분 중성자속 한계를 가지지 않으며, 결과적으로 매우 높은 시적분 중성자속 응용에 사용될 수 있다. 만일 공명 자체-차폐가 무시할 수 없는 경우에, (Z,A)와 (Z',A')동위원소의 매우 얇은 고체 트랙 레코더 부착물은 매우 큰 시적분 중성자속의 약한 분열을 측정을 위하여 방사선 조사선량계로써 작용할 수 있다. (Z,A)동위원소용 고체 트랙 레코더 부착물은 버언-인 항을 결정하기 위해서 속행하는 방사선 조사에서 사용하기 위하여 이용될 수 있다.
본 발명은 방사선 조사선량계로써 미리 처리된 분열을 측정을 보정하도록 반동적으로 적용할 수 있다. 이것은 특히 경수 원자로 압력용기 검사 작업을 위하여 중요하고, 광범위한 방사선 분열 조사선량계가 이미 존재한다. 이와 같은 경우에, 고체 트랙 레코더 부착물은 원래의 동위원소(Z,A) 분열율 측정을 위하여 사용되는 조사 및 조사되지 않는 방사선 조사선량계로부터 제조될 수 있다. 이와 같은 부착물은 버언-인된 (Z',A')동위원소의 양을 결정하기 위해서 사용될 수 있다. 이와 같은 버언-인 결정이 방사선 조사선량계에 의해서 도입되는 어떤 공명 자체-차폐를 원칙적으로 설명할 수 있음은 반드시 강조되어야 한다. 이런 보정을 완성하기 위하여, 원래의 원자로 방사선 조사에 대한 (Z,A)동위원소에서 분열율은 반드시 알려져야 한다. 만일 (Z',A')동위원소에서 분열율이 원래의 원자로 방사선 조사 동안에 측정되지 않았다면, 그것은 측정 또는 계산에 의해서 반드시 측정되어야 한다. 측정은 방사선 또는 고체 트랙 레코더 분열 조사선량계의 제2방사선 조사를 필요로 하며, 제2방사선 조사는 가능한 면밀하게 원래의 방사선 조사를 복사한다. 두가지 경우에서, 관측된 (Z',A')분열은 공명 자체-차폐를 위하여 계산된 보정을 필요로 한다.
상기에서 서술된 방법은 방서선 조사선량 측정과 같은 중성자 조사선량 측정을 위하여 사용되는 수동기술의 모든 장점을 가지며, 또한 다음과 같은 장점을 포함한다 :
(1) 다른 기하학에 쉽게 적용된다;
(2) 조사선량계는 크기가 작고 주위의 무시할 수 있는 진동과 함께 원위치에서 사용될 수 있다;
(3) 고감도 및 절대적 정확성은 이용 가능하다;
(4) 백그라운드 효과는 수량화될 수 있다 ;
(5) 방사선 조사선량계가 방사선 조사동안에 (Z',A') 및 (Z,A)동위원소에서 유도되는 단위체적에 대한 분열을 관측하도록 응용할 수 있고, 측정은 매우 높은 시적분 중성자속에 대해 처리될 수 있다.
본 출원의 주제가 되는 본 발명은 미합중국 에너지성과 계약하에서 발명되었다.

Claims (7)

  1. 분열성 중성자 조사선량계와 같은 분열성 물질의 분열 부착물을 가지는 두개 고체 트랙 레코더와 함께, 분열성 동위원소(Z,A)에서 버언-인에 대하여 보정하기 위한 방법에 있어서, a) 두개 고체 트랙 레코더중의 제1고체 트랙 레코더와 분열성 중성자 조사선량계를 제1시적분 중성자속에서 그것들중의 한 위치에 대하여 최소한 유효한 동일 중성자 선속-시간 히스토리와 함께, 제1시적분 중성자속에 대해 조사하는 단계, 조사후에 분열성 중성자 조사선량계는 분열총수(FT)를 나타내고 조사선량계는 버언-인에 대하여 보정된다; b) 제2시적분 중성자속과 함께 두개 고체 트랙 레코더를 방사선 조사하는 단계; c) 더 큰 차수 동위원소(Z',A')의 버언-인양(PZ',A')을 결정하는 단계, 두개 고체 트랙 레코더의 분열성 부착물의 단위체적에 대한 분열의 절대수 사이의 차이로부터 제1고체 트랙레코더의 분열 부착물에서,A'＞A이다; d) 제1시적분 중성자속에 대해 조사하는 동안에 제1고에 트랙 레코더의 분열성 부착물에서 더 큰 차수의 동위원소(Z',A')의 분열수(FZ',A')를 결정하는 단계; e) 분열성 중성자 조사선량계에 의해서 나타나는 분열총수(FT)를 보정하고, 버언-인으로 인한 분열에 대하여 보정되는 분열성 동위원소의 분열율과 일치하는 값을 제공하기 위해서 PZ',A'및 FZ',A'를 이용하는 단계를 특징으로 하는 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인 효과에 대하여 보정하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1시적분 중성자속은 시간과 독립적이거나 또는 시간 및 중성자 에너지의 분리 가능한 함수인 것을 특징으로 하는 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인 효과에 대하여 보정하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 더 큰 차수의 동위원소(Z',A')의 분열수(FZ',A')를 결정하는 단계(d)는 제1시적분 중성자속의 동일장소에서 동일 중성자 선속-시간 히스토리에 대해 최소한 효과적으로 더 큰 차수의 동위원소(Z',A')를 제공하는 다른 분열 중성자 조사선량계를 조사하는 부단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인 효과에 대하여 보정하기 위한 방법.
  4. 제2항에 있어서, 버언-인이 보정되는 것에 대하여 분열 중성자 조사선량계는 방사선 분열 조사선량계와 고체 트랙 레코더 분열 조사선량계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 분열 중성자 조사선량계에서 버언-인 효과에 대하여 보정하기 위한 방법.
  5. 제3항에 있어서, 다른 분열 중성자 조사선량계는 방사선 분열 조사선량계와 고체 트랙 레코더 분열 조사선량계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인 효과에 대하여 보정하기 위한 방법.
  6. 제2항에 있어서, 단계 a)는 동일장소에서 대응하는 주기 및 중성자 선속을 제외하면 분리된 시간에서 버언-인에 대하여 보정되도록 분열성 중성자 조사선량계와 제1고체 트랙 레코더 분열 부착물을 조사하는 부단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인 효과에 대하여 보정하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제1시적분 중성자속의 값은 버언-인에 보정되는 분열 총수(FT)에 기본을 두는 것으로 결정되는 것을 특징으로 하는 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인 효과에 대하여 보정하기 위한 방법.
KR1019870004354A 1986-08-18 1987-05-04 분열 중성자 조사선량계에서 동위원소 버언-인(Burn-In)효과에 대하여 보정하기 위한 방법 KR950001735B1 (ko)

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US897555 1986-08-18
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