Способ определения выгорания изотопов в поглощающих элементах ядерного реактора Советский патент 1987 года по МПК G21C17/00 

Изобретение отнсэснтся к атомной энергетике,|а именно к материаловедению ядерных реакторов, и может быть использовано для определения выгора- ния .изотопов в поглощающих элементах (ПЭЛак) ядерных реакторов, а такрке для определения содержания этих изотопов в средах.

Цель изобретения - снихсение трудо-10 емкости анализа и повышение его оперативности при определении выгорания изотопов гадолиния 155 и 157.

Приме р. Способ опробован в лабораторньтх условиях для определе- 15 ния количеств изотопов гадолиния 155 и 157 в материале стержня выгорающего поглотителя реактора, состоящего из наполнителя (70%) и гадолиния (30%). Использовались нейтроны, полученные от Ро-Ве источника инте1гсивностью

п , . i:

n

-Т

где индексы 5 и 7 отн соответствующему изотопу n - концентрация ядер; 6 - эффективность реги детектора;

S - площадь фотопика в сечение поглощения

равное 60

соответс

В нашем случае . nVn S03. .

G ar,- ловых нейтронов,

155 ,-j гJ

ДЛЯ Gd и Ьа

разом

i. . .

Для получения абсолютно количества дву;я изотопов н пользоваться предварительн

20

10 Н/с, замедленные в парафиновом

НОИ., например, для изотопа дуировочной кривой. Градуи кривая (см.фиг„2) получена ными образцами (с теми же ческими размерами и формой исследуемых об)азцов) , сод

полнителе, с использование самого источника нейтронов ром проведены основные,изм градуировочной кривой опре 30 личество изотопа, соответс площади фотопика равной 23 лучают вес изотопа Gd р ±4) мг. Зная соотношение к ций изотопов п /п 1,03, ют, что вес изотопа Gd

35

(50i4)

36

блоке толщиной 10 см. Из материала стержня выгорающего поглотителя изготовили образец весом 1,2 г. Матери- 25 разное количе.ство изотопа ал в виде порошка засыпали в полиэтиленовую 4-секционную чашечку площадью. 18 см (возможно исследование и целого участка поглощающего элемента при наличии соответствующих по форме эталонов и более мощного источника нейтронов).

Образец облучали нейтронами и одновременно регистрировали спектр мгновенных гамма-квантов с помощью спектрометра с полупроводниковым Ce-Li детектором об ьемом 32 см и многоканальным анализатором типа Нокия.

На фиг,1 представлен спектр мгновенных у -квантов, полученный от исследуемого образца, спектр от самого Ро-Ве источника (фон) и разница этих двух спектров, где оцениваются площади фотопиков с энергиями 182 и 199 кэВ и определяется их отношение .

Обработка спектров - вычитание фона, определение площадей фотопиков проводили- автоматически по специальной программе РгоЬа для анализатора Нокия. За 30 мрш получили средние для нескольк1{х замеров величины площадей за вычетом фона: для Еу 182 кэВ 5 (2370tl30) ими.,

для Е-, 199 кэБ S .6

55

Для

ИЗОТОПОВ

выражение

отношения концентрации Gd и Gd

(540±40) имп.

ядер справедливо

мг. Химический анал соответствующие количества (5415) мг и . (51+5) м лее быстрого.и качественно

4Q .желательно использовать пу вых нейтронов (например, и колонны реактора) , который большой запас по интенсивн вероятно, более простой у

45 исследуемой энергетической сравнению со спектром от Р ника.

Выбор энергии нейтронов необходимостью проникновен ного пучка на полную глуби емого материгша. При этом учитывать, что в стержнях щих поглотителей изотопы г обычно не используются в ч а разбавляются наполнителе рого поглощаюш;ие и рассеив ства совсем другие. Таким критерием выбора энергии н служит диаметр поглощающег

50

55

0

5

п , . i:

n

(1)

-Т

где индексы 5 и 7 относятся к соответствующему изотопу гадолиния; n - концентрация ядер; 6 - эффективность регистрации детектора;

S - площадь фотопика в импульсах; сечение поглощения для теправное 60 и 255 т.бн

соответственно.

В нашем случае . . Таким об- nVn S03. .

G ar,- ловых нейтронов,

155 ,-j гJ

ДЛЯ Gd и Ьа

разом

i. . .Для получения абсолютной величины количества дву;я изотопов надо воспользоваться предварительно измерен Gd

0

НОИ., например, для изотопа ьа гра- дуировочной кривой. Градуировочная ; кривая (см.фиг„2) получена с эталонными образцами (с теми же геометрическими размерами и формой как у исследуемых об)азцов) , содержащими

Gd в наполнителе, с использованием того же самого источника нейтронов, на кото-i ром проведены основные,измерения. По градуировочной кривой определяют ко.- 0 личество изотопа, соответствующее площади фотопика равной 237.pil30. Tlo- лучают вес изотопа Gd равный (52± ±4) мг. Зная соотношение концентраций изотопов п /п 1,03, определяют, что вес изотопа Gd равен

5

(50i4)

5 разное количе.ство изотопа

мг. Химический анализ показал соответствующие количества Gd (5415) мг и . (51+5) мг. Для более быстрого.и качественного анализа

Q .желательно использовать пучок тепловых нейтронов (например, из тепловой колонны реактора) , который имеет большой запас по интенсивности и, вероятно, более простой у -спектр в

5 исследуемой энергетической области по сравнению со спектром от Ро-Ве источника.

Выбор энергии нейтронов обусловлен необходимостью проникновения нейтронного пучка на полную глубину исследуемого материгша. При этом следует учитывать, что в стержнях выгорающих поглотителей изотопы гадолиния, обычно не используются в чистом виде, а разбавляются наполнителем, у которого поглощаюш;ие и рассеивающие свойства совсем другие. Таким образом, критерием выбора энергии нейтронов служит диаметр поглощающего стержня,

0

5

его плотность и соотношение наполнителя и поглотителя - гадолиния. В то же время желательно, чтобы используемый энергетический диапазон был достаточно узок для определенности выбора .нужных опорных сечений. Следовательно, для облучения ПЭЛа можно использовать фотонейтронные источники, ускорители, реакторные пучки с фильт рами и т.д.

. Предлагаемый способ определения выгорания изотопов и Gd в ПЭЛах ядерного реактора дает следующие преимущества:

Материал ПЭЛа можно исследовать без ei o разрушения, отбора пробы и ее химической подготовки. Это делает способ npocTbiM и оперативным.

Способ не чувствителен к примесям в материале ПЭЛа и в его оболочке, так как измерительная аппаратура выделяет и регистрирует только мгновенные гамма-кванты возбужденных ядер и с определенной энергией.

Регистрируемое гамма-излучение имеет статистическую природу, поэтому

точность определения количеств изото- 30 площадей, из которого получают колипов гадолиния в исследуемой среде может быть достаточно высока. Она определяется временем экспозиции, интенсивностью нейтронного источника, отношением эффекта к фону.

Детектирование гамма-квантов ядер Gd и Gd дает возможность детально измерять истинное распределение содержания изотопов гадолиния по высоте ПЭЛа.

, т-

1320849

Предлагаемьш способ улучшает условия труда и техники безопасности, так как нет длительных прямых контактов с радиоактивной оболочкой, пыпью раздробленного материала, содержащего гадолиний, с химически вредными реагентами.

Формула изобретен, ия

Способ определения выгорания изотопов в поглощающих элементах ядерного реактора, включающий взаимодействие нейтронов с поглотителем и регистрацию продуктов взаимодействия, отличающийся тем, что, с целью снгокени:г трудоемкости анализа и повышения его оперативности при определений выгорания изотопов гадолиния 155 и 157, поглощающий элемент облучают нейтронами, проходящими на полную глубину исследуемого материала, и во время облучения регистриру- ют спектр мгновенного гамма-излучения возбужденных ядер Gd и

Gd в спектре выделяют два фотопика в интервале энергий 180- 200 кэВ и определяют отношение их

чественную информацию о соотношении ядер двух изотопов гадолиния, затем сравнивают число импульсов в фотопике одного из изотопов с предваритель- но измеренной градуировочной кривой. для этого изотопа и определяют содержание двух изотопов в поглощающем L элементе, по изменению изотопного состава по сравнению с исходным судят

и

о выгорании изотопов

Gd.

159 169 179 189 199 209е,кз5

Фиг.

Sm

1

200

Составитель К.Косоуров Редактор Н.Киштулинец Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Заказ 3603Тираж 394Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

т

иг.2

600

Изобр.етение относится к области атомной энергетики, а именно к материаловедению ядерных реакторов и может быть использовано для определения выгорания изотопов в поглощающих элементах ядерных реакторов, а также для определения содержания этих изотопов в средах. Целью изобретения является снижение трудоемкости анализа и повышение его оперативности при определении выгорания изотопов гадолиния-155 и -157. Цель изобретения достигается тем, что поглощающий элемент облучают нейтронами и одновременно регистрируют спектр мгновенного гамма-излучения возбуждающих ядер и Gd. В интервале энергий 180-200 кэВ определяют площади фотопиков и их отношение. Отношение площадей фотопиков дает количественную информацию о соотношении ядер двух изотопов гадолиния. С измеренной градуировочной кривой одного из изотопов сравнивают число импульсов в фото- д пике этого изотопа и определяют соот- ношение двух изотопов в поглощающем элементе. Сопоставляя исходный и измеренный изотопный состав, определяют выгорание изотопов Gd и Gd. S (Л