RU2811570C1 - Method for determining parameters of volumetric distribution of nuclear fuel in stack of stopped uranium-graphite reactor - Google Patents

Method for determining parameters of volumetric distribution of nuclear fuel in stack of stopped uranium-graphite reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2811570C1
RU2811570C1 RU2023123689A RU2023123689A RU2811570C1 RU 2811570 C1 RU2811570 C1 RU 2811570C1 RU 2023123689 A RU2023123689 A RU 2023123689A RU 2023123689 A RU2023123689 A RU 2023123689A RU 2811570 C1 RU2811570 C1 RU 2811570C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zone
fuel
cells
distribution
graphite
Prior art date
Application number
RU2023123689A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Олегович Павлюк
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2811570C1 publication Critical patent/RU2811570C1/en

Links

Abstract

FIELD: volumetric distribution of nuclear fuel.
SUBSTANCE: invention relates to a method for determining the parameters of the volumetric distribution of nuclear fuel in the stack of a stopped uranium-graphite reactor. In order to search for areas with fuel spills, the intensity of thermal and epithermal neutrons in cells in a graphite stack is remotely measured. Determination of the shape and size of the volumetric distribution zone in which fuel spills are detected is carried out by continuous measurements of epithermal neutrons along the height of the cell measurements from the starting cell in eight directions every 45 degrees, for which the cell with the maximum values of the intensity of epithermal neutrons relative to the surrounding cells is selected. By analysing the distributions of epithermal neutrons in cells, the boundaries of the zone are determined in which the intensity values of epithermal neutrons are approximately equal and do not differ by more than 30% from the average value. The graphite stack zone with a uniform distribution of the epithermal neutron field is described by an equivalent cylindrical volume, and the nuclear fuel distribution parameters are calculated.
EFFECT: ability to remotely determine the location, size and mass of the volumetric distribution of nuclear fuel in a stack of spills of fuel fragments in reactor cells, which makes it possible to assess nuclear safety.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к методам радиационного обследования остановленных уран-графитовых реакторов, и может быть использовано для обнаружения просыпей фрагментов облученного ядерного топлива, оставшихся в графитовых кладках ядерных реакторов после прекращения их эксплуатации.The invention relates to nuclear physics, namely to methods of radiation inspection of shut down uranium-graphite reactors, and can be used to detect spills of fragments of irradiated nuclear fuel remaining in the graphite stacks of nuclear reactors after the cessation of their operation.

Графитовая кладка ядерного реактора состоит из блоков, собранных в вертикальные колонны, которые пронизывают вертикальные каналы. Количество колонн может достигать нескольких тысяч. Просыпи фрагментов ядерного топлива в графитовой кладке представляют собой мелкодисперсные фракции топлива и их смесь с графитовой пылью, локализованные на поверхностях блоков. Часть просыпей фрагментов топлива в процессе эксплуатации распространилась по объему некоторых зон графитовой кладки, включающих десятки и сотни графитовых колонн блоков, образовав при этом объемное распределение. Радионуклидный состав фрагментов ядерного топлива характеризуется присутствием источника нейтронов 244Cm и источников гамма-излучения продуктов деления - 137Cs, 154Eu и др. Для вывода реакторов из эксплуатации требуется определение параметров и зон их распределения фрагментов ядерного топлива для оценки ядерной и радиационной безопасности.The graphite masonry of a nuclear reactor consists of blocks assembled into vertical columns that penetrate vertical channels. The number of columns can reach several thousand. Spills of nuclear fuel fragments in graphite masonry are finely dispersed fractions of fuel and their mixture with graphite dust, localized on the surfaces of the blocks. Some spills of fuel fragments during operation spread throughout the volume of some zones of the graphite masonry, including tens and hundreds of graphite columns of blocks, thereby forming a volumetric distribution. The radionuclide composition of nuclear fuel fragments is characterized by the presence of a neutron source 244 Cm and gamma radiation sources of fission products - 137 Cs, 154 Eu, etc. To decommission reactors, it is necessary to determine the parameters and zones of their distribution of nuclear fuel fragments to assess nuclear and radiation safety.

Известен способ обнаружения и определения параметров фрагментов ядерного топлива в кладке остановленного уран-графитового реактора [RU 2649656 С1, МПК G21C 17/00 (2006.01), опубл. 05.04.2018], выбранный в качестве прототипа, включающий выполнение измерений распределений гамма и нейтронного излучений по высоте каналов в колоннах, состоящих из блоков. Сканирование осуществляли в определенной последовательности и шагом по высоте каналов. В дальнейшем полученные по высоте распределения обрабатывают с применением математических алгоритмов, позволяющие выполнить разложение распределения нейтронного излучения на отдельные его составляющие. Градуировочные измерения выполняли с использованием двух источников быстрых нейтронов. При этом определяли коэффициенты эффективности регистрации только в соседней ячейке.There is a known method for detecting and determining the parameters of nuclear fuel fragments in the masonry of a stopped uranium-graphite reactor [RU 2649656 C1, IPC G21C 17/00 (2006.01), publ. 04/05/2018], selected as a prototype , which includes measuring the distributions of gamma and neutron radiation along the height of channels in columns consisting of blocks. Scanning was carried out in a certain sequence and in steps along the height of the channels. Subsequently, the distributions obtained by height are processed using mathematical algorithms, which make it possible to decompose the distribution of neutron radiation into its individual components. Calibration measurements were performed using two fast neutron sources. In this case, the registration efficiency coefficients were determined only in the neighboring cell.

Недостатки этого способа:Disadvantages of this method:

- алгоритм разложения распределения нейтронного излучения, предложенный в способе предназначен для анализа точечной локализации фрагментов топлива в стыках и дефектах поверхности и не позволяет определить параметры фрагментов ядерного топлива при их объемном распределении в определенной зоне кладки;- the algorithm for decomposing the distribution of neutron radiation proposed in the method is intended to analyze the point localization of fuel fragments in joints and surface defects and does not allow determining the parameters of nuclear fuel fragments with their volumetric distribution in a certain area of the masonry;

- измерения нейтронного излучения по высоте осуществляются с определенным шагом и временной выдержкой в точке измерений (от 30 и более секунд), что при сканировании большого района кладки займет много времени и приведет к излишним дозовым нагрузкам на персонал, выполняющего работы в зале ядерного реактора.- measurements of neutron radiation in height are carried out with a certain step and time delay at the measurement point (from 30 seconds or more), which, when scanning a large area of masonry, will take a lot of time and will lead to unnecessary dose loads on personnel performing work in the nuclear reactor hall.

Известен способ обнаружения ядерных материалов в грунте и макет для отработки способа [RU 2262724, МПК G01V 5/04, опубл. 20.10.2005], выбранный в качестве аналога. По указанному способу в выбранной скважине, расположенной рядом с предполагаемым местом нахождения ядерных материалов, исследуют поле нейтронов в зависимости от глубины погружения, азимута и спектрального состава нейтронов. На основании анализа результатов расчетов с использованием программ и констант, предварительно верифицированных в экспериментах на макете, все характеристики которого известны, оценивают размеры, форму и расположение ядерных материалов в грунте.There is a known method for detecting nuclear materials in the ground and a model for testing the method [RU 2262724, IPC G01V 5/04, publ. 10/20/2005], chosen as an analogue . According to this method, in a selected well located near the expected location of nuclear materials, the neutron field is studied depending on the immersion depth, azimuth and spectral composition of neutrons. Based on an analysis of the calculation results using programs and constants previously verified in experiments on a mock-up, all the characteristics of which are known, the size, shape and location of nuclear materials in the ground are estimated.

Недостатки этого способа:Disadvantages of this method:

- выполняются измерения только тепловых нейтронов, измерения гамма-излучения и надтепловых нейтронов в ячейках не предусмотрено, которые позволяют получить дополнительную информацию о геометрии зоны распространения фрагментов топлива и соответственно повысить точность оценок;- measurements of only thermal neutrons are performed; measurements of gamma radiation and epithermal neutrons are not provided in the cells, which make it possible to obtain additional information about the geometry of the propagation zone of fuel fragments and, accordingly, increase the accuracy of estimates;

- в составе детектора тепловых нейтронов применяется коллиматор с отверстием, которое должно быть направленно строго в одном выбранном направлении при опускании детектора по высоте скважины. При этом опускание детектора на кабеле, без применения дополнительных фиксирующих приспособлений, может привести к вращению детектора и соответственно неточностям;- the thermal neutron detector uses a collimator with a hole, which must be directed strictly in one selected direction when lowering the detector along the height of the well. In this case, lowering the detector on the cable, without using additional fixing devices, can lead to rotation of the detector and, accordingly, inaccuracies;

- необходима разработка и изготовление специального макета для верификации данных, что существенно увеличивает время проведения исследования и снижает точность при ошибках в воспроизведении идентичного грунта и условий измерений.- it is necessary to develop and manufacture a special layout for data verification, which significantly increases the research time and reduces accuracy in case of errors in reproducing identical soil and measurement conditions.

Известен способ обнаружения фрагментов ядерного топлива и определения их параметров в графитовом блоке ядерного реактора [RU 2 798 506, МПК G21C 17/00, G01T 1/167 17/00, опубл. 23.06.2023], выбранный в качестве аналога. По указанному способу выполняются измерения интенсивности гамма-излучений, излучений тепловых и надтепловых нейтронов от характеризуемого извлеченного графитового блока, включая оценку размеров, формы и расположения фрагментов ядерного топлива на основании анализа экспериментальных и расчетных результатов с использованием предварительно верифицированных программ и констант. Измерения выполняются установленными в захвате и измерительной сборке детекторами в процессе манипуляций с извлеченным из графитовой кладки графитовым блоком.There is a known method for detecting fragments of nuclear fuel and determining their parameters in a graphite block of a nuclear reactor [RU 2 798 506, IPC G21C 17/00, G01T 1/167 17/00, publ. 06/23/2023], chosen as an analogue . Using this method, measurements of the intensity of gamma radiation, thermal and suprathermal neutron radiation from the characterized extracted graphite block are performed, including assessment of the size, shape and location of nuclear fuel fragments based on the analysis of experimental and calculated results using pre-verified programs and constants. Measurements are performed by detectors installed in the gripper and measuring assembly during manipulation of a graphite block removed from the graphite stack.

Недостатки этого способа:Disadvantages of this method:

- выполняется определение параметров фрагментов ядерного топлива только для одного извлеченного из кладки графитового блока;- the parameters of nuclear fuel fragments are determined for only one graphite block removed from the stack;

- в процессе измерения участвует значительное количество детекторов, что приводит к удорожанию способа реализации и рискам выхода из строя оборудования.- a significant number of detectors are involved in the measurement process, which leads to an increase in the cost of the implementation method and the risk of equipment failure.

Техническим результатом предложенного изобретения является способ дистанционного определения параметров объемного распределения остатков фрагментов ядерного топлива в зонах кладки ядерного реактора, включая оценку размеров, формы, расположения и массы ядерного топлива.The technical result of the proposed invention is a method for remotely determining the parameters of the volumetric distribution of nuclear fuel fragment residues in the masonry areas of a nuclear reactor, including assessment of the size, shape, location and mass of nuclear fuel.

Для достижения указанного технического результата в способе определения объемного распределения остатков фрагментов ядерного топлива, так же как в прототипе, предусмотрены поисковые измерения интенсивности тепловых, надтепловых нейтронов и гамма-излучения в ячейках для обнаружения и определения расположения зон с просыпями топлива и градуировочные измерения.To achieve the specified technical result, the method for determining the volumetric distribution of nuclear fuel fragment residues, as well as in the prototype, provides for search measurements of the intensity of thermal, epithermal neutrons and gamma radiation in cells to detect and determine the location of zones with fuel spills and calibration measurements.

При этом способ отличается тем, что сканирование по высоте ячеек осуществляют в обширной зоне локализации просыпей и при этом оценивают степень равномерности распределения интенсивности нейтронного излучения. Определение градуировочного коэффициента осуществляют путем выполнения измерений детектором надепловых нейтронов в зависимости от расстояния от точечного аттестованного источника быстрых нейтронов. Градуировочные измерения выполняют непосредственно в зоне графитовой кладки без просыпей фрагментов топлива, включающей в себя не менее 10 ячеек.In this case, the method differs in that scanning along the height of the cells is carried out in a wide area of spill localization and at the same time the degree of uniformity of the distribution of neutron radiation intensity is assessed. The calibration coefficient is determined by performing measurements with a superheat neutron detector depending on the distance from a point certified source of fast neutrons. Calibration measurements are performed directly in the area of the graphite stack without spillage of fuel fragments, which includes at least 10 cells.

Определение формы и размеров зоны, в которой обнаружены просыпи топлива, выполняют путем измерений от отправной ячейки по восьми направлениям через каждые 45 градусов. В качестве отправной ячейки по результатам поисковых измерений выбирается ячейка с максимальным значением интенсивности надтепловых нейтронов. Если измерения в рядом расположенной ячейке показывают более высокие значения, то ее выбирают в качестве отправной и сканирование выполняется по той же схеме и при этом зона сканирования расширяется. Сканирование ячеек по высоте продолжают до тех пор, пока значения детектора надтепловых нейтронов выше значений фоновых. Определение конечных границ зоны, включая размер и форму, осуществляют путем анализа результатов измерений распределения нейтронного потока и выявления зон с равномерным их распределением нейтронного поля. Для этого определяют зону ячеек, в которой значения интенсивности надтепловых нейтронов N i приблизительно равные и не отличаются более чем на 30% от среднего значения N ср, которое определяют по формуле:Determination of the shape and size of the area in which fuel spills are detected is carried out by taking measurements from the starting cell in eight directions every 45 degrees. Based on the results of search measurements, the cell with the maximum value of the epithermal neutron intensity is selected as the starting cell. If measurements in a nearby cell show higher values, then it is selected as the starting one and scanning is performed according to the same pattern, with the scanning area expanding. Scanning the cells in height continues until the values of the epithermal neutron detector are higher than the background values. Determination of the final boundaries of the zone, including size and shape, is carried out by analyzing the results of measurements of the distribution of the neutron flux and identifying zones with a uniform distribution of the neutron field. To do this, determine the zone of cells in which the intensity values of suprathermal neutrons N i are approximately equal and do not differ by more than 30% from the average value N avg, which is determined by the formula:

, (1) , (1)

где:Where:

n - количество выполненных измерений интенсивности надтепловых нейтронов;n is the number of measurements of suprathermal neutron intensity performed;

N i - скорости счета надтепловых нейтронов, измеренные по высоте и радиусам зоны. N i - epithermal neutron count rates, measured along the height and radii of the zone.

Далее зону, с приблизительно равными значениями N i в радиальном и аксиальном направлениях, описывают эквивалентным объемом цилиндрической формы по формуле:Next, the zone, with approximately equal values of N i in the radial and axial directions , is described by an equivalent volume of a cylindrical shape according to the formula:

(2) (2)

где: Where:

h - высота зоны, r - эквивалентный радиус зоны, описанной окружностью. h is the height of the zone , r is the equivalent radius of the zone described by the circle.

Эквивалентный радиус r определяют по формуле: The equivalent radius r is determined by the formula:

(3) (3)

где: Where:

l - ширина или длина равностороннего по сечению графитового блока, l is the width or length of an equilateral graphite block,

π - число «пи».π is the number "pi".

Концентрацию просыпей топлива в объеме каждой зоны С u определяют по формуле:The concentration of fuel spills in the volume of each zone C u is determined by the formula:

(4) (4)

где:Where:

N ср. - среднее значение интенсивностей надтепловых нейтронов в объеме ячеек зоны с просыпями топлива; N Wed - average value of intensities of suprathermal neutrons in the volume of cells of the zone with fuel spills;

α - удельный выход нейтронов из просыпей топлива; α is the specific neutron yield from fuel spills;

- поправочный коэффициент для пересчета на объемную геометрию зоны цилиндрической формы; - correction factor for conversion to the volumetric geometry of a cylindrical zone;

k - градуировочный коэффициент. k - calibration coefficient.

Градуировочный коэффициент k определяют с учетом параметров градуировочных измерений от источника быстрых нейтронов по формуле: The calibration coefficient k is determined taking into account the parameters of calibration measurements from a fast neutron source using the formula:

, (5) , (5)

где:Where:

τ - возраст нейтронов в графите для определенной энергии нейтронов (справочные данные); τ is the age of neutrons in graphite for a certain neutron energy (reference data);

d - расстояние от детектора до источника быстрых нейтронов в графите; d is the distance from the detector to the source of fast neutrons in graphite;

Nград. - скорость счета детектора от источника быстрых нейтронов; Ngrad. - detector count rate from a fast neutron source;

S - выход нейтронов из источника быстрых нейтронов. S is the neutron yield from the fast neutron source.

Массу просыпей M топлива в каждой зоне определяют по формуле:The mass of fuel spills M in each zone is determined by the formula:

Для расчета общей массы в кладке полученные значения масс в зонах ячеек суммируют.To calculate the total mass in the masonry, the obtained mass values in the cell zones are summed up.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет определить параметры объемного характера распределения остатков фрагментов ядерного топлива в кладке ядерного реактора, включая размер зон, форму, расположение и массу ядерного топлива в графитовой кладке остановленного уран-графитового реактора.Thus, the proposed invention makes it possible to determine the parameters of the volumetric distribution of nuclear fuel fragment residues in the masonry of a nuclear reactor, including the size of zones, shape, location and mass of nuclear fuel in the graphite masonry of a stopped uranium-graphite reactor.

На фиг. 1 показан алгоритм определения параметров объемного распределения ядерного топлива в кладке.In fig. Figure 1 shows an algorithm for determining the parameters of the volumetric distribution of nuclear fuel in the masonry.

На фиг. 2 представлена схема расположения блоков сканирующего устройства в центральном зале ядерного реактора.In fig. Figure 2 shows a diagram of the arrangement of scanning device blocks in the central hall of a nuclear reactor.

На фиг. 3 представлена схема градуировочных измерений в графитовой кладке.In fig. Figure 3 shows a diagram of calibration measurements in graphite masonry.

На фиг. 4 представлена схема блока детектирования с повышенной эффективностью регистрации.In fig. Figure 4 shows a diagram of a detection unit with increased registration efficiency.

На фиг. 5 показана зона с направлениями сканирования относительно отправной ячейки и описанными окружностями.In fig. Figure 5 shows a zone with scanning directions relative to the starting cell and circumscribed circles.

На фиг. 6 показана зона графитовой кладки, описанная эквивалентным объемом цилиндрической формы.In fig. Figure 6 shows a graphite stack zone described by an equivalent cylindrical volume.

На фиг. 7 представлены распределения тепловых, надтепловых нейтронов от точечного источника быстрых нейтронов в зависимости от расстояния.In fig. Figure 7 shows the distributions of thermal and suprathermal neutrons from a point source of fast neutrons depending on the distance.

Способ определения параметров объемного распределения ядерного топлива в кладке остановленного уран-графитового реактора выполняют в соответствии с алгоритмом, который представлен на фиг. 1.The method for determining the parameters of the volumetric distribution of nuclear fuel in the stack of a stopped uranium-graphite reactor is performed in accordance with the algorithm presented in Fig. 1.

На первом этапе выполняют градуировочные измерения для определения зависимостей эффективности регистрации детекторов тепловых и надтепловых нейтронов от расстояния до точечного источника. Для этого как видно на фиг. 2 на верхнем настиле реактора 1 устанавливают устройство сканирования (фиг. 2), состоящее из пульта управления 2 и блока сканирования 3, соединённых линией связи 4. Блок сканирования 3 на время измерений устанавливают над каналом на верхних конструкциях реактора. Управление процессом сканирования каналов осуществляютAt the first stage, calibration measurements are performed to determine the dependence of the detection efficiency of thermal and epithermal neutron detectors on the distance to the point source. For this, as can be seen in Fig. 2, on the upper deck of the reactor 1, a scanning device is installed (Fig. 2), consisting of a control panel 2 and a scanning unit 3, connected by a communication line 4. The scanning unit 3 is installed above the channel on the upper structures of the reactor for the duration of measurements. The channel scanning process is controlled by

дистанционно через пульт управления 2, представляющего собой компьютер со специальным программным обеспечением, что позволяет обеспечить радиационную безопасность для персонала. Выбирается одна из зон 5 графитовой кладки без просыпей топлива, что подтверждается отсутствием нейтронного излучения в ячейках. Согласно схеме, представленной на фиг. 3, выполняют градуировочные измерения с применением аттестованного источника быстрых нейтронов. В ячейку I приблизительно на полувысоте графитовой кладки устанавливают источник быстрых нейтронов 6 (Cf - 252) и, начиная с соседней ячейки II по VI, и далее выполняют измерение интенсивности надтепловых нейтронов в позициях 8 пока значения детектора 7 выше фоновых значений детектора. В том же порядке выполняются измерения тепловых нейтронов. remotely through control panel 2, which is a computer with special software, which makes it possible to ensure radiation safety for personnel. One of the zones 5 of the graphite stack without fuel spills is selected, which is confirmed by the absence of neutron radiation in the cells. According to the diagram presented in Fig. 3, calibration measurements are performed using a certified fast neutron source. A source of fast neutrons 6 (Cf - 252) is installed in cell I at approximately half-height of the graphite stack and, starting from the neighboring cell II through VI , the intensity of epithermal neutrons is then measured in positions 8 while the values of the detector 7 are higher than the background values of the detector. Thermal neutron measurements are performed in the same order.

Далее полученные распределения надтепловых и тепловых нейтронов анализируют и определяют градуировочные коэффициенты эффективности регистрации детектора нейтронов по формуле (5) и максимальное расстояние, на котором данный тип детектора может обнаружить источник нейтронов в режиме непрерывного сканирования. Далее данное расстояние между ячейками в качестве шага используют для поисковом сканирования. Next, the obtained distributions of suprathermal and thermal neutrons are analyzed and the calibration coefficients for the detection efficiency of the neutron detector are determined using formula (5) and the maximum distance at which this type of detector can detect a neutron source in continuous scanning mode. Next, this distance between cells is used as a step for search scanning.

На втором этапе выполняют поисковое нейтронное сканирование области ячеек графитовой кладки уран-графитового реактора путем измерения потоков тепловых и надтепловых нейтронов с ранее определенным шагом между ячейками. Для обеспечения непрерывного сканирования применяют детектор нейтронов 7 с повышенной эффективностью регистрации нейтронов. Для повышения эффективности регистрации нейтронов детектор (фиг. 4) изготавливают из узла счетчиков (не менее четырех) 9 и узла электроники 10 на базе блока преобразования сигнала, что позволяет увеличить эффективность регистрации нейтронов детектора пропорциональна количеству счетчиков 9 и уйти от шагового режима, когда детектор останавливают через на определенное время для того, чтобы набрать достаточную статистику регистрации нейтронов из-за недостаточной эффективности регистрации детектора на базе одного счетчика.At the second stage, a search neutron scan is performed in the area of cells of the graphite stack of a uranium-graphite reactor by measuring the fluxes of thermal and epithermal neutrons with a previously determined step between cells. To ensure continuous scanning, a neutron detector 7 with increased neutron detection efficiency is used. To increase the efficiency of neutron registration, the detector (Fig. 4) is made of a counter assembly (at least four) 9 and an electronics assembly 10 based on a signal conversion unit, which makes it possible to increase the neutron registration efficiency of the detector is proportional to the number of counters 9 and to move away from the step mode when the detector stopped after a certain time in order to collect sufficient neutron registration statistics due to the insufficient registration efficiency of a detector based on a single counter.

На детектор устанавливают съёмный кадмиевый чехол 11 для регистрации надтепловых нейтронов, который снимают для регистрации тепловых нейтронов. Также для повышения эффективности в детектор устанавливают замедлитель нейтронов из полиэтилена 12. С помощью автоматического блока сканирования, с которым он соединен кабелем через разъем 14, детектор перемещают по высоте канала в непрерывном режиме. Показания с детектора снимаются в автоматическом безостановочном режиме перемещения через каждый 10 мм по высоте.A removable cadmium cover 11 is installed on the detector to register epithermal neutrons, which is removed to register thermal neutrons. Also, to increase efficiency, a neutron moderator made of polyethylene 12 is installed in the detector. Using an automatic scanning unit, to which it is connected by a cable through connector 14, the detector is moved along the height of the channel in a continuous mode. Readings from the detector are taken in an automatic non-stop mode of movement every 10 mm in height.

По результатам поисковых измерений определяют зону, содержащую просыпи топлива, в которой определяют ячейку с максимальной интенсивностью излучения надтепловых нейтронов, относительно соседних ячеек, которую условно считают отправной 13. Далее согласно схеме на фиг.6 от нее выполняют сканирование ячеек 14 по восьми направлениям через каждые 45 градусов. По критериям, согласно алгоритму, определяют равномерность распределения интенсивности нейтронного излучения. При этом различия значений детектора надтепловых нейтронов в отправной и соседних ячейках должны быть приблизительно равны среднему значению Nср., которое определяют по формуле (1), и не превышать его более чем на ±30%. К критерию отнесения к объемному распределению также относится отсутствие у распределения гамма-излучения ярко выраженных пиков, указывающих на точечный характер локализации топлива. В случае идентификации равномерного по объему характера распределения поля надтепловых нейтронов зону описывают фигурой цилиндрической формы 15 с эквивалентным радиусом r, далее с учетом показаний детектора по высоте определяют высоту зоны h, что позволяет выполнить расчет массы топлива M по формуле (6) с учетом концентрации просыпей топлива в объеме зоны Сu, которую определяют по формуле (4). Если объемный характер распределения в зоне не идентифицирован, то расчет выполняют по другому алгоритму, например, рассмотренному в прототипе [RU 2649656 С1, МПК G21C 17/00 (2006.01), опубл. 05.04.2018]. Значение градуировочного коэффициента определяют по формуле (6) с учетом полученной по схеме (фиг.3) зависимости распределения нейтронов от источника быстрых нейтронов.Based on the results of search measurements, a zone containing fuel spills is determined, in which a cell with the maximum intensity of epithermal neutron radiation is determined, relative to neighboring cells, which is conventionally considered the starting one 13. Next, according to the diagram in Fig. 6, cells 14 are scanned from it in eight directions every 45 degrees. According to the criteria, according to the algorithm, the uniformity of the distribution of neutron radiation intensity is determined. In this case, the differences in the values of the epithermal neutron detector in the starting and neighboring cells should be approximately equal to the average value Nav. , which is determined by formula (1), and not exceed it by more than ±30%. The criterion for classification as a volumetric distribution also includes the absence of pronounced peaks in the gamma radiation distribution, indicating the point nature of fuel localization. In the case of identifying a volume-uniform distribution of the field of epithermal neutrons, the zone is described by a cylindrical figure 15 with an equivalent radius r , then, taking into account the height of the detector readings, the height of the zone h is determined, which makes it possible to calculate the fuel mass M using formula (6) taking into account the concentration of spills fuel in the volume of the Cu zone, which is determined by formula (4). If the volumetric nature of the distribution in the zone is not identified, then the calculation is performed using another algorithm, for example, considered in the prototype [RU 2649656 C1, IPC G21C 17/00 (2006.01), publ. 04/05/2018]. The value of the calibration coefficient is determined by formula (6) taking into account the dependence of the neutron distribution on the source of fast neutrons obtained according to the scheme (Fig. 3).

Пример осуществления изобретения приведен ниже.An example of the invention is given below.

В качестве объекта выбирали графитовую кладку одного из остановленных канальных уран-графитовых реакторов. Для сканирования применялось автоматизированное сканирующее устройство, оснащённое детектором с повышенной эффективностью регистрации на базе узла счетчиков. Для сканирования использовали радиационно- стойкий блок детектирования, содержащий узел из четырех счетчиков нейтронов, замедлитель из полиэтилена и съемный чехол из кадмия толщиной 1 мм. Для регистрации гамма-излучения использовали радиационно-стойкий блок детектирования гамма-излучения с Si-детектором.The object chosen was the graphite stack of one of the shutdown channel uranium-graphite reactors. For scanning, an automated scanning device was used, equipped with a detector with increased registration efficiency based on a counter unit. For scanning, we used a radiation-resistant detection unit containing an assembly of four neutron counters, a polyethylene moderator, and a removable 1 mm thick cadmium cover. To register gamma radiation, a radiation-resistant gamma radiation detection unit with a Si detector was used.

На окончательно остановленном канальном уран-графитовом реакторе в определенном порядке согласно алгоритму (фиг.1) выполняли сканирование ячеек. На фиг. 7 представлены полученные в ходе градуировочных измерений распределения надтепловых 16, тепловых 17 нейтронов от точечного источника быстрых нейтронов в зависимости от расстояния. Определено, что при фоновых значениях детектора ~10 импульсов в секундуAt the finally stopped channel uranium-graphite reactor, cells were scanned in a certain order according to the algorithm (Fig. 1). In fig. Figure 7 shows the distributions of suprathermal 16 and thermal 17 neutrons from a point source of fast neutrons obtained during calibration measurements depending on the distance. It was determined that at background values of the detector ~10 pulses per second

с помощью детектора тепловых нейтронов достаточно осуществлять поиск с шагом 2400 мм между ячейками. Далее от ячейки в зоне с просыпями, выбранной в качестве отправной, выполняли измерения распределения надтепловых нейтронов по восьми направлениям через 45 градусов в зоне и по высоте ячеек. При получении от детектора более высоких по скорости счета значений в соседних ячейках, выбор отправной ячейки корректировался. После обнаружения равномерно распределенных полей надтепловых нейтронов в зонах, что с учетом представленных в алгоритме критериев указывало на объемный характер распределения топлива, выполняли определение массы по формулам (1-7). Расчеты накопления радионуклидов с учетом значений массы 244Cm выполняли с использованием верифицированной программы WIMS-D4+CACH-2, которая позволяет рассчитать зависимости накопления Cm и других радионуклидов, удельный выход нейтронов α от времени облучения и выдержки. Данные зависимости, показывающие соотношения накопления 244Cm относительно ядерно-делящихся радионуклидов Pu, Am др., позволили на основе известной массы 244Cm в характеризуемой зоне блоке определить также их массу.Using a thermal neutron detector, it is enough to search with a step of 2400 mm between cells. Next, from the cell in the zone with spills, chosen as the starting point, measurements were taken of the distribution of epithermal neutrons in eight directions at 45 degrees in the zone and the height of the cells. When higher counting rates were received from the detector in neighboring cells, the choice of the starting cell was adjusted. After detecting uniformly distributed fields of suprathermal neutrons in the zones, which, taking into account the criteria presented in the algorithm, indicated the volumetric nature of the fuel distribution, the mass was determined using formulas (1-7). Calculations of radionuclide accumulation taking into account mass values244Cm was performed using the verified WIMS-D4+CACH-2 program, which allows one to calculate the dependences of the accumulation of Cm and other radionuclides and the specific neutron yieldα on the time of irradiation and exposure. Dependency data showing accumulation relationships244Cm relative to nuclear fissile radionuclides Pu, Am etc., allowed based on known mass244Cm in the characterized block zone also determine their mass.

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет точно определять расположение, размеры и массу объемного распределения ядерного топлива в кладке просыпей фрагментов топлива в ячейках реактора, что обеспечивает возможность оценки ядерной безопасности.Thus, the implementation of the proposed invention makes it possible to accurately determine the location, size and mass of the volumetric distribution of nuclear fuel in a stack of spills of fuel fragments in reactor cells, which makes it possible to assess nuclear safety.

Nср = 1 n Σ i = 1 n x i = 1 n ( x 1 + … + x n ).Nav = 1 n Σ i = 1 n x i = 1 n ( x 1 + … + x n ).

Claims (13)

Способ определения параметров объемного распределения ядерного топлива в кладке остановленного уран-графитового реактора, включающий поиск и оценку размеров, формы зон распределения и массы фрагментов ядерного топлива на основании анализа экспериментальных и расчетных результатов с использованием предварительно верифицированных программ и констант, отличающийся тем, что определение формы и размеров зоны объемного распределения, в которой обнаружены просыпи топлива, выполняют путем непрерывных по высоте измерений ячеек от отправной ячейки по восьми направлениям через каждые 45 градусов, в качестве которой выбирается ячейка с максимальными значениями интенсивности надтепловых нейтронов относительно окружающих ячеек, при этом путем анализа распределения надтепловых нейтронов в ячейках определяют границы зоны, в которой значения интенсивности надтепловых нейтронов приблизительно равные и не отличаются более чем на 30% от среднего значения, и описывают зону ячеек эквивалентным объемом Vэкв цилиндрической формы по формулеA method for determining the parameters of the volumetric distribution of nuclear fuel in the masonry of a shutdown uranium-graphite reactor, including searching and assessing the size, shape of distribution zones and mass of nuclear fuel fragments based on an analysis of experimental and calculated results using pre-verified programs and constants, characterized in that the determination of the shape and the dimensions of the volumetric distribution zone in which fuel spills are detected are carried out by continuous height measurements of cells from the starting cell in eight directions every 45 degrees, for which the cell with the maximum values of the intensity of epithermal neutrons relative to the surrounding cells is selected, and by analyzing the distribution epithermal neutrons in cells determine the boundaries of the zone in which the intensity values of epithermal neutrons are approximately equal and do not differ by more than 30% from the average value, and describe the zone of cells with an equivalent volume V equivalent of a cylindrical shape according to the formula где h - высота зоны, r - эквивалентный радиус зоны, описанной окружностью, по формулеwhere h is the height of the zone, r is the equivalent radius of the zone described by the circle, according to the formula где l - ширина или длина равностороннего по сечению графитового блока, π - число «пи», а затем определяют концентрацию просыпей топлива Си в каждой зоне по формулеwhere l is the width or length of a graphite block equilateral in cross-section, π is the number “pi”, and then the concentration of fuel spills C and in each zone is determined by the formula где Ncp. - среднее значение интенсивностей надтепловых нейтронов в объеме ячеек зоны с просыпями топлива;where N cp. - average value of suprathermal neutron intensities in the volume of cells in the zone with fuel spills; α - удельный выход нейтронов из просыпей топлива;α is the specific neutron yield from fuel spills; k - градуировочный коэффициент;k - calibration coefficient; β - поправочный коэффициент пересчета на объемную геометрию зоны цилиндрической формы,β - correction factor for conversion to the volumetric geometry of a cylindrical zone, массу просыпей топлива в каждой зоне определяют по формулеthe mass of fuel spills in each zone is determined by the formula далее все смежные зоны объединяют в одну зону, суммируют массы и определяют общие размеры и форму зоны распределения ядерного топлива в графитовой кладке остановленного уран-графитового реактора.then all adjacent zones are combined into one zone, the masses are summed up, and the overall dimensions and shape of the nuclear fuel distribution zone in the graphite stack of the stopped uranium-graphite reactor are determined.
RU2023123689A 2023-09-13 Method for determining parameters of volumetric distribution of nuclear fuel in stack of stopped uranium-graphite reactor RU2811570C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2811570C1 true RU2811570C1 (en) 2024-01-15

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262724C2 (en) * 2003-07-11 2005-10-20 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии (МАЭ РФ) Method for detection of nuclear materials in a soil and a muck-up for method development
KR101021179B1 (en) * 2008-12-31 2011-03-15 한국원자력연구원 Method and apparatus for determining nuclide in nuclear material composed of only one nuclide, and for determining nuclide composition ratio in nuclear material composed of several nuclides
JP2011180057A (en) * 2010-03-03 2011-09-15 Chugoku Electric Power Co Inc:The Spatial radiation dosimetry system
KR101102127B1 (en) * 2010-06-16 2012-01-03 두산중공업 주식회사 Performance Test Apparatus for Head assembly of Nuclear Reactor
EP2453443A1 (en) * 2010-11-11 2012-05-16 Areva NP GmbH Detector assembly for a ball measuring system and accompanying ball measuring system and measurement method
CN202976865U (en) * 2012-12-28 2013-06-05 中国核动力研究设计院 Neutron source assembly testing facility for nuclear instrumentation system
RU2649656C1 (en) * 2017-06-29 2018-04-05 Российская Федерация, от лица которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of nuclear fuel fragments detecting and parameters determining in the stopped uranium graphite reactor stack

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262724C2 (en) * 2003-07-11 2005-10-20 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии (МАЭ РФ) Method for detection of nuclear materials in a soil and a muck-up for method development
KR101021179B1 (en) * 2008-12-31 2011-03-15 한국원자력연구원 Method and apparatus for determining nuclide in nuclear material composed of only one nuclide, and for determining nuclide composition ratio in nuclear material composed of several nuclides
JP2011180057A (en) * 2010-03-03 2011-09-15 Chugoku Electric Power Co Inc:The Spatial radiation dosimetry system
KR101102127B1 (en) * 2010-06-16 2012-01-03 두산중공업 주식회사 Performance Test Apparatus for Head assembly of Nuclear Reactor
EP2453443A1 (en) * 2010-11-11 2012-05-16 Areva NP GmbH Detector assembly for a ball measuring system and accompanying ball measuring system and measurement method
CN202976865U (en) * 2012-12-28 2013-06-05 中国核动力研究设计院 Neutron source assembly testing facility for nuclear instrumentation system
RU2649656C1 (en) * 2017-06-29 2018-04-05 Российская Федерация, от лица которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of nuclear fuel fragments detecting and parameters determining in the stopped uranium graphite reactor stack

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vaccaro et al. PWR and BWR spent fuel assembly gamma spectra measurements
Hellesen et al. Nuclear spent fuel parameter determination using multivariate analysis of fission product gamma spectra
JP2008139094A (en) Radioactivity measuring method and instrument
Serebrov et al. Experiment Neutrino-4 search for sterile neutrino and results of measurements
RU2649656C1 (en) Method of nuclear fuel fragments detecting and parameters determining in the stopped uranium graphite reactor stack
RU2811570C1 (en) Method for determining parameters of volumetric distribution of nuclear fuel in stack of stopped uranium-graphite reactor
Jansson et al. Axial and azimuthal gamma scanning of nuclear fuel–implications for spent fuel characterization
Jacobsson et al. A tomographic method for verification of the integrity of spent nuclear fuel assemblies—II: experimental investigation
JPH09264984A (en) Out-of-core instrumentation apparatus and method therefor
Lepore et al. The MICADO integrated gamma station for radioactive waste packages radiological characterization
Senis et al. Performance evaluation of a novel gamma transmission micro-densitometer for PIE of nuclear fuel
Chichester et al. Assessing the feasibility of using neutron resonance transmission analysis (NRTA) for assaying plutonium in spent fuel assemblies
RU2822538C1 (en) System for detecting nuclear fuel fragments in graphite units of nuclear reactor and determining their parameters
RU2798506C1 (en) Method for detecting nuclear fuel fragments and determining their parameters in nuclear reactor graphite blocks
Tattam et al. Radiometric non-destructive assay.
Matsson et al. LOKET—a gamma-ray spectroscopy system for in-pool measurements of thermal power distribution in irradiated nuclear fuel
Lee et al. Preliminary Study on Rapid Measurement of Gross Alpha/Beta and 90 Sr Activities in Surface Soil by Mobile ZnS (Ag)/PTV Array and Handheld PVT Rod with Gated Energy Channels
Forsyth et al. Burn-up determination by high resolution gamma spectrometry: axial and diametral scanning experiments
Zsigrai et al. Non-destructive determination of the nuclear material content of spent fuel pieces in canisters
Lehmann et al. The investigation of highly activated samples by neutron radiography at the spallation source SINQ
US11094422B2 (en) Systems and methods for assaying an object
Klein et al. Neutron resonance transmission analysis (NRTA) for nuclear fuel characterization using a portable dt neutron generator
Nguyen et al. Determination of nuclear material content of items originating from damaged spent fuel assemblies by using collimated gamma-spectrometric scanning
Oleinik et al. Determination of the burnup of spent nuclear fuel during reloading
Choi et al. Feasibility study of spent fuel internal tomography (SFIT) for partial defect detection within PWR spent nuclear fuel