RU2130653C1 - Способ определения ядерно-физических параметров и элементного состава сборки, содержащей делящееся вещество - Google Patents
Способ определения ядерно-физических параметров и элементного состава сборки, содержащей делящееся вещество Download PDFInfo
- Publication number
- RU2130653C1 RU2130653C1 RU94014611A RU94014611A RU2130653C1 RU 2130653 C1 RU2130653 C1 RU 2130653C1 RU 94014611 A RU94014611 A RU 94014611A RU 94014611 A RU94014611 A RU 94014611A RU 2130653 C1 RU2130653 C1 RU 2130653C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- assembly
- gamma
- quantum
- fuel assembly
- Prior art date
Links
Images
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
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к исследованию конструкций, содержащих делящееся вещество, например подкритических сборок и ТВЭЛов. Сборку облучают импульсным потоком первичного излучения, в результате чего в ней происходят процессы деления и неупругих взаимодействий нейтронов. Импульсы первичного излучения имеет длительность 5 - 10 нс и частоту повторения 100-10000 Гц. В течение 200 - 2000 нс относительно импульса первичного излучения измеряют время регистрации и энергию для каждого детектируемого гамма-кванта, которые отделяют от нейтронов по времени пролета заданной базы. Запоминают указанное время регистрации и энергию для каждого гамма-кванта. Благодаря получению информации об энергии гамма-кванта повышается точность определения параметров сборки и существует возможность определения ее элементного состава. 3 ил.
Description
Изобретение относится главным образом к области исследования подкритических сборок, а также к исследованию других конструкций, например тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), содержащих делящееся вещество совместно с другими элементами. Изобретение может быть использовано для определения ядерно-физических параметров сборки, например времени жизни нейтронов, а также элементного состава сборки.
Известен способ определения ядерно-физических параметров сборки, согласно которому создают импульс излучения длительностью несколько микросекунд, инициирующий деление в сборке, регистрируют нейтроны, образующиеся в сборке, измеряют временное распределение нейтронов относительно импульса излучения, по форме временного излучения определяют ядерно-физические параметры сборки такие как реактивность и время жизни мгновенных нейтронов в сборке [1]. Детектор нейтронов при этом помещен в непосредственной близости от сборки, а нейтроны отделяются от гамма-квантов по форме импульса детектора. Недостатком способа является невысокая точность определения указанных параметров, особенно при низкой реактивности, т.е. при малом времени регистрации нейтронов (сжатом временном распределении).
В качестве ближайшего аналога мы взяли способ измерения энергетических спектров нейтронов деления, согласно которому нейтронами от импульсного источника с длительностью импульса несколько микросекунд облучают сборку и относительно этого импульса измеряют по времени пролета заданной базы скорость нейтронного деления. (Paterson W.I. e.a. Some measurements of fast reactor spectra by the time of flight technigue using a pulsed neutron source (Pulsed neutron research Proc. Simp. Pulsed Neutron Res. Held by the IAEA at Karlsruhe 10-14 may. 1965 Vol. 11, p. 417).
Недостатком способа является большой фон, т.к. детектор, регистрирующий нейтроны из сборки, удален из сборки на несколько десятков метров, время измерения относительно большое, а нейтроны разных энергий имеют большой разброс времени пролета базы.
Технический результат предложения заключается в повышении точности определения ядерно-физических параметров сборки и в определении ее элементного состава в условиях удаленности детектора гамма-излучения от сборки.
Согласно изобретению технический результат достигается тем, что в способе определения ядерно-физических параметров сборки, содержащей делящееся вещество, включающем периодическое импульсное облучение сборки первичным излучением с длительностью импульса 6-60 нс, регистрацию гамма-квантов, образующихся в сборке в результате делений и неупругих процессов, отделение гамма-квантов от нейтронов по времени пролета заданной базы, измерение времени регистрации гамма-квантов относительно импульса первичного излучения в течение 200-2000 нс, облучение сборки проводят с частотой импульсов облучения 100-1000 Гц, для каждого зарегистрированного гамма-кванта измеряют также его энергию, запоминают время регистрации и энергию для каждого гамма-кванта, определяют ядерно-физические параметры и элементный состав сборки путем анализа накопленности массива данных.
На фиг. 1 условно изображены в логарифмическом масштабе временные распределения гамма-квантов для двух различных сборок с низкой реактивностью, то есть зависимость от времени накопленного числа зарегистрированных гамма-квантов N(t) в каждом временном канале. Распределение 1 соответствует сборке, содержащей только обедненный уран, распределение 2 - смеси обедненного урана с железом. За начало отсчета времени принят передний фронт импульса ускорителя, облучающего сборку с делящимся материалом. Импульс ускорителя условно представлен с бесконечно крутыми передним и задним фронтами. Длительность импульса выбирается существенно меньшим, чем время измерения tизм после импульса ускорителя. Временные распределения нормированы на полное число событий в распределении. Сплошной линией показана верхняя часть для мгновенных гамма-квантов, соответствующая импульсу ускорителя, и распределения запаздывающих гамма-квантов в виде одной экспоненты для сборки 1 и суммы двух экспонент - для сборки 2. Пунктирными линиями показаны импульс ускорителя и разложение на две экспоненты распределения 2.
На фиг. 2 в логарифмическом масштабе представлены экспериментальные энергетические спектры гамма-квантов 1 и 2 для двух вышеописанных сборок 1 и 2, причем гамма-кванты зарегистрированы за время импульса ускорителя, т.е. в интервале 0 - tимп. При этом N(E) обозначает накопленное число зарегистрированных гамма-квантов в энергетическом канале, E - энергия гамма-кванта.
На фиг. 3 представлены экспериментальные энергетические спектры от тех же двух сборок для запаздывающих гамма-квантов, то есть не зарегистрированных в интервале tимп - tизм. Спектры также нормированы на полное число зарегистрированных гамма-квантов в интервале 0 - tизм.
Способ осуществляется следующим образом.
Зондирующие импульсы частиц ускорителя, например, протонов или дейтонов с энергией 10-100 МэВ и длительностью 6-50 нс, направляют на исследуемую сборку. Частота импульсов ускорителя выбирается в пределах 100-1000 Гц. При этом нижний предел определяется максимально допустимым временем измерения, поскольку время измерения для набора достаточного количества запаздывающих гамма-квантов, т.е. для обеспечения необходимой статистической точности, обратно пропорционально частоте ускорителя. Верхний предел определяется быстродействием регистрирующей аппаратуры.
Ускоренные частицы при взаимодействии с оболочкой или внешним конструкционными элементами сборки образуют быстрые нейтроны и мгновенные гамма-кванты. Нейтроны, замедляясь в материале сборки, после окончания действия зондирующего импульса продолжают вызывать деления в делящемся материале, а также неупругие взаимодействия в конструкционных элементах и делящемся материале, стимулируя запаздывающее гамма-излучение.
Детектор гамма-квантов располагают на некотором расстоянии от сборки (базе). При пролете этой базы нейтроны запаздывают даже относительно запаздывающих гамма-квантов (например, при L = 20 м - более чем на 40 нс относительно зондирующего импульса при энергии нейтронов около 10 МэВ) и, следовательно, легко отделяются регистрирующей аппаратурой. Синхроимпульс ускорителя, соответствующий моменту поступления зондирующего импульса в сборку, запускает на 200-2000 нс временной анализатор, на вход "стоп" которого поступает импульс от зарегистрированного гамма-кванта. Синхроимпульс также дает разрешение для пропускания импульса от гамма-кванта в канал измерения энергии с амплитудным анализатором. Коды, соответствующие измеренным энергии и времени, поступают в память ЭВМ.
Эффективность детектора гамма-квантов может быть сделана достаточно низкой, чтобы регистрации гамма-квантов на один импульс ускорителя была около 10%. Это требование необходимо в случае использования относительно "медленных" стандартных детекторов с удовлетворительным энергетическим разрешением, которые обладают большим временем высвечивания (например, NaI), когда измерение запаздывающей компоненты ведется на фоне более интенсивной мгновенной компоненты излучения. Условие малой эффективности согласуется с требованием размещения детектора вдали от сборки, причем время набора статистики остается достаточно малым за счет высокой частоты зондирующим импульсов ускорителя.
Время регистрации и энергии каждого гамма-кванта заносятся в память ЭВМ, например, в виде матрицы время-энергия, то есть для каждого зарегистрированного гамма-кванта заносится +1 в ячейку матрицы, соответствующую полученным временным и энергетическим каналам. Полученная матрица является образом (сигнатурой) исследуемой сборки, индивидуальным для каждой сборки, который также зависит от режима работы сборки (температуры, положения отражателя и т. д. ). О параметрах сборки и ее элементном составе можно судить путем сравнения измеренной матрицы с рассчитанной или измеренной при калибровочных измерениях.
Возможности способа можно проиллюстрировать с помощью графиков, изображенных на фиг. 1, 2, 3, подтвержденных экспериментально.
На фиг. 1 изображены только временные распределения, то есть свертка матрицы по всем измеряемым энергиям. Из сравнения кривых 1 и 2 видно, что для кривой 2, соответствующей сборке из обедненного урана и железа, появилась быстрая компонента распада. Вклад этой компоненты обусловлен энергетическим ходом сечения неупругого рассеяния нейтронов на железе при замедлении нейтронов в сборке. Сечение неупругого рассеяния на железе и других возможных конструкционных материалах имеет резонансный характер и только несколько интенсивных линий, поэтому энергетический спектр имеет линейчатую структуру. Например, для железа основная интенсивная линия имеет энергию 0,86 МэВ. В данном способе путем изменения энергетических диапазонов, по которым производится свертка матрицы по энергии, или путем исключения определенных энергий при свертке, можно уменьшить вклад быстрой компоненты и выделить гамма-кванты деления, имеющие непрерывный энергетический спектр. Это повышает достоверность определения параметров сборки.
На фиг. 2 представлены экспериментальные энергетические спектры гамма-квантов, полученные при свертке матрицы по времени в диапазоне 0 - tимп, для тех же двух сборок, а на фиг. 3 - спектры запаздывающих гамма-квантов. Цифры на фиг. 2 и 3 имеют тот же смысл, что и на фиг. 1. Видно, что энергетические спектры 1 и 2 отличаются друг от друга, причем на фиг. 3 отличия наибольшие. Аналогичные спектры получены и и для других сборок. По этим спектрам можно судить об элементном составе сборок неизвестной конструкции. При этом анализ элементного состава сборки позволит также более достоверно судить о ее параметрах. Например, допустим условно, что при недостаточном знании о работе сборки ее реактивность может быть изменена путем введения железа или какого-нибудь легкого органического материала. В этом случае спектры на фиг. 2, 3 будут различными для этих двух возможностей. В случае, если определено, что реактивность изменилась из-за введения железа, в качестве калибровочных кривых для анализа временных распределений следует использовать калибровочные кривые для сборок с различным содержанием железа.
Метод сравнения с калибровочными измерениями наиболее прост и надежен по сравнению с методами, использующими аналитические формулы, поскольку при низких реактивностях ρ(ρ-0,4) временные распределения представляют собой набор многих экспонент.
Отметим, что приведенный выше анализ фиг. 1, 2, 3 осуществлен с целью иллюстрации способа. Практически способ может быть реализован путем сравнения всей измеренной матрицы с калибровочной.
Способ может быть реализован с помощью устройства, приведенного в аналоге, которое должно быть дополнено стандартным каналом измерения энергии.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение точности определения ядерно-физических параметров сборки и определение ее элементного состава.
Источники информации
1. Berstrow A. et al. Determination of neutron lifetiwes and resotivities un the fast oritioal FR-0 assembly. / Pulsed neutron researсh - Proc. Symp. Pulsed Neutron Res., IAFA, Vienna, Karlsruke, 10-14 may, 1965, Vol. 2. p.257.
1. Berstrow A. et al. Determination of neutron lifetiwes and resotivities un the fast oritioal FR-0 assembly. / Pulsed neutron researсh - Proc. Symp. Pulsed Neutron Res., IAFA, Vienna, Karlsruke, 10-14 may, 1965, Vol. 2. p.257.
Claims (1)
- Способ измерения энергетических спектров элементарных частиц от подкритических сборок, включающий периодическое импульсное облучение сборки, регистрацию вышедших из сборки частиц с помощью удаленного детектора, отличающийся тем, что из ускорителя импульсами длительностью 5 - 50 нс облучают сборку, временное распределение гамма квантов регистрируют в течение 200 - 2000 нс, а частота следования импульсов облучения лежит в пределах 100 - 1000 Гц, для каждого зарегистрированного гамма кванта измеряют также его энергию, запоминают время регистрации и энергию для каждого гамма кванта.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94014611A RU2130653C1 (ru) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Способ определения ядерно-физических параметров и элементного состава сборки, содержащей делящееся вещество |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94014611A RU2130653C1 (ru) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Способ определения ядерно-физических параметров и элементного состава сборки, содержащей делящееся вещество |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94014611A RU94014611A (ru) | 1996-04-20 |
RU2130653C1 true RU2130653C1 (ru) | 1999-05-20 |
Family
ID=20154995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94014611A RU2130653C1 (ru) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Способ определения ядерно-физических параметров и элементного состава сборки, содержащей делящееся вещество |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2130653C1 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593389C1 (ru) * | 2015-01-16 | 2016-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Автоматизированная система контроля нейтронно-физических параметров исследовательской ядерной установки |
-
1994
- 1994-06-21 RU RU94014611A patent/RU2130653C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Paterson WI. e.a. Sowe measurements of fast reactor spectra by the time of-flight technique using a pulsed neutron source. Pulsed neutron research Proc. Simp. Pulsed Neutron Res. Held by the IAEA at Karlsruhe 10-14 May, 1965, vol.11, p.417. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94014611A (ru) | 1996-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Apollonio et al. | Search for neutrino oscillations on a long base-line at the CHOOZ nuclear power station | |
US3636353A (en) | Method and apparatus for the nondestructive assay of bulk nuclear reactor fuel using 1 kev. to 1 mev. range neutrons | |
Kim et al. | Nuclear data production facility based on the electron linac | |
Pino et al. | Study of the thermal neutron detector ZnS (Ag)/LiF response using digital pulse processing | |
Verbeke et al. | Neutron-neutron angular correlations in spontaneous fission of Cf 252 and Pu 240 | |
US6724852B1 (en) | Fissile interrogation using gamma rays from oxygen | |
Finch et al. | Measurements of short-lived isomers from photofission as a method of active interrogation for special nuclear materials | |
RU2130653C1 (ru) | Способ определения ядерно-физических параметров и элементного состава сборки, содержащей делящееся вещество | |
Kobayashi et al. | Measurement of resonance parameters of 232Th and their integral check through the resonance integral | |
Makii et al. | A new detector system for the measurement of high-energy prompt γ-rays for low-energy neutron induced fission | |
RU2102775C1 (ru) | Устройство для регистрации потоков нейтронов | |
Woolf et al. | Pulsed power active interrogation of shielded fissionable material | |
Korteling et al. | Lifetimes associated with low-energy gamma transitions in 128I and 134Cs | |
Sousa | Characterization of CsI (Tl) Crystals and Implementation of tools for the CALIFA calorimeter at FAIR | |
RU1766196C (ru) | Способ определения ядерно-физических параметров сборки, содержащей делящееся вещество | |
Stanescu et al. | Prompt Fission Gamma-Ray Measurements at UML Research Reactor | |
Stromswold et al. | Direct fast-neutron detection | |
Diven | Nuclear explosions as a nuclear physics tool | |
Rahon | Areg Danagoulian | |
Baba et al. | Fission spectrum measurement of 232 Th and 238 U for 2 MeV neutrons | |
Larson et al. | Neutron total cross sections of hydrogen, carbon, oxygen and iron from 500 keV to 60 MeV | |
Orphan et al. | Neutron capture gamma ray facility using an electron linear accelerator | |
Koehler et al. | Deuteron Formation for Big Bang Nucleosynthesis Models | |
Ji et al. | Measurement of U‐235 Fission Neutron Spectra Using a Multiple Gamma Coincidence Technique | |
Rofors | Fast Photoneutron Detection |