RU2194271C2 - СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАДОЛИНИЯ В ТВЭЛе - Google Patents
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАДОЛИНИЯ В ТВЭЛе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194271C2 RU2194271C2 RU2001105120A RU2001105120A RU2194271C2 RU 2194271 C2 RU2194271 C2 RU 2194271C2 RU 2001105120 A RU2001105120 A RU 2001105120A RU 2001105120 A RU2001105120 A RU 2001105120A RU 2194271 C2 RU2194271 C2 RU 2194271C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gadolinium
- uranium
- content
- energy
- intensity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов и может быть использовано для определения содержания гадолиния в ТВЭЛах с урановым оксидным топливом. В способе измеряют интенсивность прошедшего через оболочку ТВЭЛа собственного фотонного излучения урана и его дочерних продуктов в диапазоне энергий выше энергии К-края поглощения гадолиния и ниже К-края поглощения урана. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения содержания гадолиния в ТВЭЛе. 3 ил.
Description
Изобретение относится к ядерно-физическим методам определения содержания гадолиния в ТВЭЛах с урановым оксидным топливом, содержащим гадолиний в качестве выгорающего поглотителя, и может быть использовано для неразрушающего контроля ТВЭЛов на заключительной стадии их производства.
Известен способ измерения содержания гадолиния в ТВЭЛе электромагнитным (вихретоковым) методом, основанным на увеличении электропроводности ядерного топлива с увеличением в нем содержания оксида гадолиния [1]. Способ заключается в том, что ТВЭЛ помещают в измерительную катушку, последовательно соединенную с компенсационной катушкой, в которую вставлен небольшой отрезок пустой оболочки ТВЭЛа, подводят к катушкам напряжение с частотой 9-15 кГц, а содержание гадолиния определяют по изменению сигнала на выходе измерительной схемы. Недостатком этого способа является влияние содержащихся в топливе ферромагнитных и немагнитных металлических включений. Для подавления магнитных свойств оксидов железа, присутствующих в топливе в виде примесей, измерительный преобразователь помещают в сильное магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами из редкоземельных элементов или электромагнитами со свехпроводящей обмоткой.
Известен способ измерения содержания гадолиния в ТВЭЛе активационным методом, заключающийся в том, что ТВЭЛ в течение некоторого времени облучают потоком тепловых нейтронов, источником которых является 252Cf, затем измеряют интенсивность прошедших через оболочку ТВЭЛа запаздывающих γ-квантов, а содержание гадолиния находят по изменению интенсивности, обусловленному поглощением гадолинием части потока тепловых нейтронов [2]. Недостатком известного способа является необходимость использования для его реализации сложной и дорогостоящей аппаратуры, кроме того, после измерения в течение нескольких часов при работе с ТВЭЛом требуются специальные меры предосторожности из-за наличия высокого уровня γ-излучения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ рентгенофлуоресцентного анализа, заключающийся в том, что измеряют интенсивность К-серии характеристического рентгеновского излучения гадолиния, прошедшего через оболочку ТВЭЛа, и по измеренной интенсивности находят содержание гадолиния [3].
Недостатком известного способа является низкая точность измерения вследствие сильного ослабления характеристического рентгеновского излучения с энергией 42,98 кэВ оболочкой ТВЭЛа, что приводит из-за низкой статистики счета к высокой погрешности измерения, которая в большинстве практических случаев является неприемлемой. Кроме того, имеется сильная зависимость результатов измерения от флуктуации толщины оболочки ТВЭЛа.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения содержания гадолиния в ТВЭЛе.
Поставленная цель достигается тем, что измеряют интенсивность собственного излучения урана и его дочерних продуктов, а диапазон энергий, в котором измеряют интенсивность, выбирают выше энергии К-края поглощения гадолиния (50,23 кэВ) и ниже К-края поглощения урана (115,6 кэВ).
Рассмотрим связь между интенсивностью измеряемого излучения и содержанием гадолиния для различной энергии излучения.
Элементный состав уран-гадолиниевого топлива определяется в основном соотношениями между тремя компонентами - ураном, гадолинием и кислородом. Толщина поверхностного слоя вещества ядерного топлива, из которого выходит 99% излучения, для энергии выше К-края поглощения урана, например, 185,7 кэВ, составляет 3,2-3,4 мм и быстро уменьшается с уменьшением энергии фотонов, поэтому для оценки выходов можно считать, что источник излучения имеет "бесконечную" толщину. Для таких образцов поправка на изменение выхода фотонного излучения в результате самопоглощения обратно пропорциональна массовому коэффициенту ослабления μ(E) фотонов в материале источника, и интенсивность N произвольной линии с энергией Е равна
где μU, μGd и μO - массовые коэффициенты ослабления ураном, гадолинием и кислородом излучения с энергией Е1;
СU, CGd, и Сo - массовые доли соответствующих элементов;
k - постоянный для заданных условий измерений коэффициент.
где μU, μGd и μO - массовые коэффициенты ослабления ураном, гадолинием и кислородом излучения с энергией Е1;
СU, CGd, и Сo - массовые доли соответствующих элементов;
k - постоянный для заданных условий измерений коэффициент.
Для оценки зависимости интенсивности N от содержания гадолиния удобно использовать отношение N/N (CGd=0), в которое не входит величина k.
Полученные результаты расчетов изменения относительной интенсивности для линии с энергией 185,7 кэВ для топлива с содержанием оксида гадолиния от 0 до 8% показаны на фиг.1. Представлены данные для изменения относительной интенсивности в результате изменения массовой доли урана при добавлении гадолиния (кривая 1), в результате изменения общего массового коэффициента ослабления (кривая 2) и общее изменение относительной интенсивности (кривая 3).
Слабая зависимость интенсивности линии с энергией 185,7 кэВ от содержания Gd2О3 объясняется тем, что уменьшение интенсивности за счет уменьшения содержания урана при увеличении содержания гадолиния компенсируется увеличением интенсивности в результате уменьшения общего массового коэффициента ослабления. Изменение интенсивности составляет 2,5% при изменении содержания Gd2O3 на 8%.
Вследствие слабой зависимости интенсивности излучения с энергией выше K-края поглощения урана от содержания гадолиния такой выбор энергии является неэффективным и для практической реализации не пригоден.
Рассмотрим зависимость интенсивности излучения в интервале энергий выше энергии K-края поглощения гадолиния и ниже K-края поглощения урана. Интенсивность N произвольной линии фотонного излучения урана с энергией Е в указанном выше диапазоне определяется по формуле (1). Аналогично, для оценки зависимости интенсивности от содержания гадолиния удобно использовать отношение N/N (CGd=0).
На фиг.2 показаны результаты расчета относительной интенсивности линии с энергией Е=98,43 кэВ для топлива с содержаниями оксида гадолиния от 0 до 8%. Для демонстрации эффективности вышеуказанного выбора энергии построены графики изменения относительной интенсивности вследствие изменения массовой доли гадолиния (кривая 1), изменения общего массового коэффициента ослабления (кривая 2), а также общее изменение интенсивности (кривая 3).
Из приведенных данных видно, что чувствительность измерений резко возросла, и изменение интенсивности составляет свыше 12,5% на 8% Gd2О3. Возрастание чувствительности объясняется тем, что с увеличением содержания гадолиния интенсивность фотонного излучения уменьшается как за счет большего поглощения в веществе топлива, так и за счет уменьшения содержания урана и его дочерних продуктов.
Повышение точности измерения содержания гадолиния при наличии достаточной чувствительности обеспечивается повышением статистики счета в результате уменьшения ослабления измеряемого фотонного излучения оболочкой ТВЭЛа. Например, ослабление оболочкой из циркония толщиной 0,7 мм линии с энергией 98,43 кэВ приближенно в 60 раз меньше, чем линии характеристического рентгеновского излучения гадолиния.
Предложенный способ измерения содержания гадолиния был проверен экспериментально с использованием специально изготовленных образцов, представляющих собой аналоги ТВЭЛов типа ВВЭР-440 с керамическим урангадолиниевым топливом в виде столба одинаковых по составу таблеток, размещенного внутри цилиндрической оболочки из сплава циркония. Содержание оксида гадолиния составляло от 0 до 5% при одинаковой для всех образцов степени обогащения, равной 4%. Фотонное излучение изотопов урана и продуктов их распада регистрировали с помощью сцинтилляционного γ-спектрометра. Время набора спектра было выбрано равным 2 мин.
В измеренных спектрах были выделены области, соответствующие диапазонам энергий 75÷115 кэВ и 155÷205 кэВ, и для каждой выделенной области определяли ее площадь (суммарное число отсчетов). Полученные зависимости числа отсчетов от содержания гадолиния для диапазонов энергий 75÷115 кэВ (кривая 1) и 155÷205 кэВ (кривая 1) показаны на фиг.3.
Как видно из результатов проведенных измерений, изменение содержания гадолиния не влияет на скорость счета в диапазоне энергий 155÷205 кэВ и, напротив, отчетливо выраженная зависимость скорости счета в области энергий 75÷115 кэВ позволяет реализовать предложенный способ определения содержания гадолиния в топливном столбе ТВЭЛа.
Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
- позволяет повысить точность измерений в результате уменьшения поглощения фотонного излучения в оболочке ТВЭЛа и получения более высокой чувствительности, чем при измерении фотонного излучения с энергией выше К-края поглощения урана, вследствие того, что в первом случае с увеличением содержания гадолиния интенсивность фотонного излучения уменьшается как за счет большего поглощения излучения в топливном столбе ТВЭЛа, так и за счет уменьшения содержания урана;
- может быть реализован с помощью достаточно простой и недорогостоящей аппаратуры для проведения измерений как в статическом режиме, так и в динамическом, когда исследуемые ТВЭЛы перемещают через измерительную позицию;
- исключает влияние на результаты измерений содержащихся в ядерном топливе ферромагнитных и немагнитных металлических включений.
- позволяет повысить точность измерений в результате уменьшения поглощения фотонного излучения в оболочке ТВЭЛа и получения более высокой чувствительности, чем при измерении фотонного излучения с энергией выше К-края поглощения урана, вследствие того, что в первом случае с увеличением содержания гадолиния интенсивность фотонного излучения уменьшается как за счет большего поглощения излучения в топливном столбе ТВЭЛа, так и за счет уменьшения содержания урана;
- может быть реализован с помощью достаточно простой и недорогостоящей аппаратуры для проведения измерений как в статическом режиме, так и в динамическом, когда исследуемые ТВЭЛы перемещают через измерительную позицию;
- исключает влияние на результаты измерений содержащихся в ядерном топливе ферромагнитных и немагнитных металлических включений.
Сопоставительный анализ показал, что заявляемый способ не имеет идентичного по совокупности признаков, являющихся ключевыми по отношению к предложенному "Способу определения содержания гадолиния в ТВЭЛе" и соответствует критерию новизны изобретения. Сравнение заявляемого способа с известными аналогами позволяет сделать вывод о том, что совокупность признаков достаточна для решения научно-технической задачи в рамках поставленной цели.
Литература
1. Gradel G., Wahode P., Dorr W. Verfahren zur Fesisteilung des Inhaltes eines Brennstables. Заявка 3310755 A1 (ФРГ). Опубл. 27.09.84, G 21 С 17/06.
1. Gradel G., Wahode P., Dorr W. Verfahren zur Fesisteilung des Inhaltes eines Brennstables. Заявка 3310755 A1 (ФРГ). Опубл. 27.09.84, G 21 С 17/06.
2. Адати М. Способ и установка для измерения содержания гадолиния в ТВЭЛах. Патент 61-38432 (Япония). Опубл. 29.08.86. G 21 C 17/06.
3. Wachtendonk H. , Baumann R. Automated simultaneous determination of Gd2O3 and 235U contents during production. - J. Nucl. Mater., 1988, v. 153, p. 91-94.
Claims (1)
- Способ определения содержания гадолиния в ТВЭЛе путем измерения интенсивности прошедшего через оболочку ТВЭЛа фотонного излучения и определения содержания гадолиния по измеренной интенсивности фотонного излучения, отличающийся тем, что измеряют интенсивность собственного излучения урана и его дочерних продуктов, а диапазон энергий, в котором измеряют интенсивность, выбирают выше энергии К-края поглощения гадолиния (50,23 кэВ) и ниже К-края поглощения урана (115,6 кэВ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001105120A RU2194271C2 (ru) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАДОЛИНИЯ В ТВЭЛе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001105120A RU2194271C2 (ru) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАДОЛИНИЯ В ТВЭЛе |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2194271C2 true RU2194271C2 (ru) | 2002-12-10 |
Family
ID=20246428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001105120A RU2194271C2 (ru) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАДОЛИНИЯ В ТВЭЛе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2194271C2 (ru) |
-
2001
- 2001-02-21 RU RU2001105120A patent/RU2194271C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Wachtendonk H., Baumann R. Automated simultaneous determination of Gd 2 О 3 and 235 U contents during production. - J.Nucl. Mater. - 1988, v.153, p.91-94. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4243939A (en) | Determining paramagnetic additive content of a base paramagnetic material containing ferromagnetic impurity | |
Haas et al. | Conservation of parity in strong interactions | |
US4134064A (en) | Method and apparatus for magnetically determining the Gd2 O3 content in UO2 fuel pellets while eliminating the effect of ferromagnetic impurities | |
Nakai et al. | Use of highly energetic (116 keV) synchrotron radiation for X-ray fluorescence analysis of trace rare-earth and heavy elements | |
JPH0262028B2 (ru) | ||
Abousahl et al. | Applicability and limits of the MGAU code for the determination of the enrichment of uranium samples | |
RU2194271C2 (ru) | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАДОЛИНИЯ В ТВЭЛе | |
Schwartzendruber et al. | Mossbauer-Effect Examination of Ferrite in Stainless Steel Welds and Castings | |
Joye et al. | Quantitative analysis for corrosion studies by the Moessbauer effect | |
Ortendahl et al. | One dimensional curved wire chamber for powder X-ray crystallography | |
Aksoy et al. | An 241 Am− Be source based thermal neutron activation analysis facility at KFUPM | |
JPH0141939B2 (ru) | ||
Respaldiza et al. | Combining PIXE and XRF with gamma-ray transmission to get accurate analysis of archaeological bronzes | |
Landry et al. | Superconducting magnetometer for quality control of nuclear fuel rods | |
Love | Prompt gamma neutron activation analysis of niobium for characterization of light interstitials | |
Schrack | Uranium-235 measurement in waste material by resonance neutron radiography | |
Parsa et al. | Determination of 228 Ra in drinking water | |
Varvaritsa et al. | X-AND GAMMA-RAY SCANNING INSPECTION OF NUCLEAR FUEL RODS WITH (U, Gd) O2 PELLETS | |
US4463256A (en) | Method for determining the presence of platinum in earth formations | |
SU1597703A1 (ru) | Способ неразрушающего контрол распределени @ -излучающего нуклида в образцах | |
Labrecque et al. | Instrumental neutron activation analysis of river sediments from Rio Tigre (Venezuela) employing a planar germanium detector | |
Axtmann et al. | Reactivity Measurements in a Subcritical Pile | |
McGonnagle et al. | Analysis of Fuel Element Core Blanks for Argonne Low Power Reactor by Gamma Counting | |
Degmová et al. | Microstructural properties of materials for nuclear applications | |
Kliment et al. | XRF and PIXE analysis of metallic glasses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120222 |