DE2518877C3 - Method for determining the burn-up of nuclear fuel in fuel rod tubes and / or fuel assemblies - Google Patents

Description

oder für die Flußzeitor for the river time

1010 Φ Τ =Φ Τ =

Cr⁵⁰ Cr⁵⁰ Cr ⁵⁰ Cr ⁵⁰

In -^₅₂- (O) - In -^₃₃- (Γ)In - ^ ₅₂ - (O) - In - ^ ₃₃ - (Γ)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abbrandbestimmung von in Brennstabhüllrohren und/ oder Brennelementkästen befindlichen Kernbrennstoffen durch Messung der durch die Neutronenbestrahlung hervorgerufenen Verschiebung der Isotopenkonzentration eines Elementes mit einem Massenspektrometer.The invention relates to a method for determining the burn-up of fuel rod cladding tubes and / or fuel assemblies located nuclear fuel by measuring the neutron radiation caused shift of the isotope concentration of an element with a mass spectrometer.

Bei diesem etwa aus »Kernenergie«, 16. Jahrg. (1973), Seiten 362 bis 369 bekannten Verfahren wird der Urangehalt oder der Gehalt an Spaltprodukten massenspektrometrisch durch Messung der Isotopenverschiebung im Brennstoff bestimmt. Eine solche Messung ist jedoch nur durch Zerstörung der Brennstabhüllrohre bzw. Brennelementenkästen möglich.In this example from »Nuclear Energy«, 16th year (1973), Pages 362 to 369 known method is the uranium content or the content of fission products Determined by mass spectrometry by measuring the isotope shift in the fuel. Such However, measurement is only possible by destroying the fuel rod cladding tubes or fuel assembly boxes.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs angeführte Verfahren zu vereinfachen.The object of the invention is to simplify the method mentioned at the beginning.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Verschiebung der Isotopenkonzentration eines im Hüllrohr- und/oder Kastenmaterial enthaltenden Elements gemessen wird. Es hat sich überraschend gezeigt, daß das erfindungsgemäße, wesentlich vereinfachte Verfahren genaueste und den bisher bekannten Verfahren gleichwertige Ergebnisse liefert.This is achieved according to the invention in that the shift in the isotope concentration of an im Cladding tube and / or box material containing element is measured. It has surprisingly been shown that the inventive, much simplified method most accurate and the previously known Procedure delivers equivalent results.

Bekanntlich gilt für den Abbrand bu die folgende Beziehung:As is well known, the following relationship applies to the burnup bu:

bu = (I - e"' ■*'')■ 100% fifo bu = (I - e "'■ *'') ■ 100% fifo

(Spaltungen pro ursprünglich eingesetzter spaltbarer Atome).(Fissures per originally used fissile atoms).

Dabei ist örder Spaltwirkungsquerschnitt.Here ör is the gap cross section.

Die als Flußzeit bezeichnete Größe ΦΤ ist das Integral des Neutronenflusses über der Zeit, \_y£w The quantity ΦΤ, called the flow time, is the integral of the neutron flow over time, \ _{y £ w}

o⁵⁰ bzw. o⁵² stellen geeignete, über das Reaktorspektrum gemittelte, totale Reaktionsquerschnitte für die entsprechenden Cr-Isotope dar.o ⁵⁰ and o ⁵² represent suitable total reaction cross-sections averaged over the reactor spectrum for the corresponding Cr isotopes.

Liegen zwei stabile Isotope nebeneinander wie etwa Ni" und Ni*', Cr*² und Cr" oder Fe⁵* und Fe'', so wird das zweite Isotop aus dem ersten durch Absorption eines Neutrons gebildet, alsoIf two stable isotopes lie next to one another, such as Ni "and Ni * ', Cr * ² and Cr" or Fe ⁵ * and Fe ", the second isotope is formed from the first by the absorption of a neutron, i.e.

20 Fe⁵⁶ (η, γ) Fc⁵⁷. 20 Fe ⁵⁶ (η, γ) Fc ⁵⁷ .

Es gelten dann folgende Gleichungen:
Fc⁵" (r) = Fe⁵⁶IO)C""⁵**¹ The following equations then apply:
Fc ⁵ "(r) = Fe ⁵⁶ IO) C"" ⁵ ** ¹

undand

-~~ = Fe^5h (/) «^5h Φ - Fe⁵⁷ α⁵⁷ Φ . ^M d/- ~~ = Fe ^5h (/) « ^5h Φ - Fe ⁵⁷ α ⁵⁷ Φ. ^M d /

Mit derWith the Lösungsolution Fc" (,) =Fc " (,) = Fe" (Oje-""·' 1Fe "(Oje -" "· '1 ++ "Fc⁵⁷TO) (τ^5ΪΓ- -T⁵T'"Fc ⁵⁷ TO) (τ ^5ΪΓ - -T ⁵ T ' 4040 erhält manyou get Fc⁵⁷ Fc ⁵⁷ = ^FC(O)e«"*-"">-= ^F C (O) e «" * - ""> - 4545 _rr^5h ,„,,, _r r ^5h , ",,, (T' ^ — <f(T '^ - <f

φ Τ = φ Τ =

ΦU)dt .ΦU) dt.

wobei Φ^είηεη Mittelwert darstellt.where Φ ^ είηεη represents mean value.

Bei hohen Abbränden wie sie vor allem bei schnellen Brutreaktoren geplant sind, treten Verschiebungen in den Isotopenverhältnissen der Metallatome des Hüllrohr- und/oder Kastenmaterials auf, die durch die unterschiedlich starke Absorption von Neutronen einzelner Isotope wie etwa Cr⁵⁰ und Cr⁵² oder Ni⁶² und Ni⁶⁴ hervorgerufen werden.In the case of high burn-ups, such as those planned especially for fast breeder reactors, shifts occur in the isotope ratios of the metal atoms of the cladding tube and / or box material, which are caused by the different strengths of absorption of neutrons of individual isotopes such as Cr ⁵⁰ and Cr ⁵² or Ni ⁶² and Ni ^{64 are} caused.

Für die Änderung der Isotopenkonzentrationen gilt näherungsweiseThe following applies approximately to the change in isotope concentrations

Cr⁵⁰Ii) = Cr⁵¹¹IO)C""""'
Cr⁵²If) = Cr⁵²IO)C ""*'.Cr ⁵⁰ Ii) = Cr ⁵¹¹ IO) C """"'
Cr ⁵² If) = Cr ⁵² IO) C "" * '.

Eine Messung der Flußzeit, der die bestrahlten Brennelemente ausgesetzt waren, ist nun sehr leicht möglich. Bei der Entladung der Brennelemente nimmtIt is now very easy to measure the flow time to which the irradiated fuel elements were exposed possible. When the fuel assemblies are discharged, it increases

bo man eine oberflächliche Probe des Hüllrohr- bzw. Kastenmaterials, die durch Abstriche mit einem rauhen Probenehmer erhalten werden kann und bringt diese Probe in einen Massenspektrographen mit welchem man Isotopenverhältnisse auf etwa 0,01% genau bestimmen kann. Bei den heute bereits erzielten Flußzeiten von 10²² n/cm² genügt ein Unterschied in den Wirkungsquerschnitten von weniger als 10-²⁴cm², um Messungen der Flußzeit zu ermöglichen.bo a superficial sample of the cladding tube or box material, which can be obtained by smearing with a rough sampler, and this sample is placed in a mass spectrograph with which isotope ratios can be determined with an accuracy of about 0.01%. In the already achieved today Flußzeiten of 10 ²² n / cm ^2, a difference in the cross sections of less than 10 ²⁴ cm ² is sufficient to enable measurement of the flow time.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Abbrandbestimmung von in Brennstabhüllrohren und/oder Brennelementkästen befindlichen Kernbrennstoffen durch Messung der durch die Neutronenbestrahlung hervorgerufenen Verschiebung der Isotopenkonzentration eines Elementes mit einem Massenspektrometer, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Isotopenkonzentration eines im Hüllrohr- und/oder Kastenmaterial enthaltenen Elements gemessen wird.Method for determining the burn-up of fuel rod cladding tubes and / or fuel assembly boxes Nuclear fuels by measuring those produced by neutron irradiation Shifting the isotope concentration of an element with a mass spectrometer, thereby characterized in that the shift in the isotope concentration of one in the cladding tube and / or Box material contained element is measured. Man erhält daher für das Isotopenverhältnis nach der Reaktorteit T One therefore obtains for the isotope ratio after the reactor time T