RU2737636C2 - Устройство определения малых концентраций дм в отвс - Google Patents
Устройство определения малых концентраций дм в отвс Download PDFInfo
- Publication number
- RU2737636C2 RU2737636C2 RU2018132684A RU2018132684A RU2737636C2 RU 2737636 C2 RU2737636 C2 RU 2737636C2 RU 2018132684 A RU2018132684 A RU 2018132684A RU 2018132684 A RU2018132684 A RU 2018132684A RU 2737636 C2 RU2737636 C2 RU 2737636C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutron
- counters
- gamma
- helium
- container
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
- G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к средству обнаружения радиоактивных веществ, в частности к разработке установки экспрессного обнаружения делящихся материалов (ДМ) в металлической матрице при утилизации конструкционных материалов (КМ) отработанных тепловыделяющих сборок (ОТВС). Работа устройства основана на использовании метода дифференциального затухания нейтронов с использованием комбинации Гелий-3 счетчиков с кадмиевыми фильтрами, импульсного 14 МЭв дейтерий-тритиевого нейтронного генератора и свинцовой защиты от гамма-излучения, служащей одновременно размножителем нейтронов. В устройстве осуществляется предварительное гамма-сканирование приемной емкости и подвижный пьедестал. Техническим результатом является возможность достижения высокой эффективности регистрации сигнала в ходе определения малых концентраций делящихся материалов в отработанных тепловыделяющих сборках за счет точного позиционирования центра масс КМ между нейтронным генератором и детекторами. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Устройство для определения малых концентраций делящихся материалов в облученных тепловыделяющих сборках предназначено для определения остаточного содержания урана и плутония, а также нептуния, америция и кюрия, в металлических радиоактивных отходах, образующихся в процессе переработки отработавшего смешанного нитридного уран-плутониевого ядерного топлива быстрых реакторов, - фрагментированных оболочках твэлов, дистанцирующих решеток, колпачков, блоков отражателей и т.п., обладающих собственным гамма-фоном ввиду наведенной радиоактивности, обусловленной продуктами нейтронной активации компонентов стали Со-60 и Mn-54. Установка основана на методе дифференциального затухания нейтронов и состоит из внешнего цилиндрического полиэтиленового корпуса с установленными в него гелий-3 счетчиков с кадмиевыми фильтрами, внутреннего корпуса свинцового корпуса, служащего защитой от гамма-излучения и размножителя нейтронов и изотропного 14 МЭв дейтерий-тритиевого импульсного источника нейтронов срез которого направлен перпендикулярно оси устройства. Центр масс помещенных в контейнер конструкционных материалов точно позиционируется напротив источника нейтронов и гелий-3 счетчиков посредством подвижного пьедестала, перемещающегося внутри установки вдоль ее вертикальной оси по данным предварительного гамма сканирования.
Изобретение относится к области техники, связанной с разработкой методов и приборов для обнаружения радиоактивных веществ, в частности к разработке установки экспрессного обнаружения делящихся материалов в металлической матрице при утилизации КМ ОТВС и твэлов.
Известно устройство для обнаружения делящихся материалов в закрытых контейнерах и и скрытых экранирующими материалами (железо) с применением подвижной платформы (грузовик) импульсного Д-Д генератора нейтронов с энергией 2,5 МэВ (RU 2589269, 10.07.2016) позволяющее обнаружить 1 кг урана-235 за 10 минут измерения в закрытом контейнере при частоте источника 10 Гц.
Известен способ (RU 94020227 А1, 10.04.96 г.) обнаружения делящихся материалов в багаже, перевозимом через пункты таможенного контроля импульсным или прерывистым потоком быстрых (с энергией 1 МэВ и более) или тепловых нейтронов и регистрации возникающих за счет вынужденного деления запаздывающих нейтронов нейтронными счетчиками. При этом для обнаружения урана-235, плутония-239 используется процесс деления, вызываемый тепловыми нейтронами, сечения которого соответственно составляют для указанных элементов 586 и 748 барн, а для обнаружения урана-238 и плутония-238 облучение должно производиться прямым потоком быстрых нейтронов. Чувствительность метода по плутонию-239 достигает 0,0001%.
Известна установка (Ye. P. Bogolubov, S.A. Korotkov, L.A. Korytko. Method and system based on pulsed neutron generator for fissile material detection in luggage//Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2004), контроля ДМ в авиабагаже пассажиров. Также в источнике описаны различные методы контроля несанкционированного провоза ДМ. Для решения поставленной задачи выбран метод дифференциального затухания. Основным элементом установки является измерительная камера из оргстекла, в которую помещается исследуемый объект. В дно камеры встроен ИНГ. Снаружи камеры расположены детекторы (Не-3 счетчики), которые регистрируют нейтроны деления. Внутри расположены детекторы, контролирующие поле тепловых нейтронов в объеме (благодаря их наличию возможно обнаружение нейтронпоглощающих материалов в багаже). Сигналы с детекторов подаются на временной анализатор и далее обрабатываются на компьютере. В результате данная установка способна обнаруживать 5 г 235U за 5 с.
Отдельно следует выделить установки активного контроля, у которых в качестве источника нейтронов используются различные делящиеся радионуклиды. Данные установки разработаны и в иностранных компаниях, и в отечественных. Так, например, в активном колодезном счетчике совпадений (AWCC) в качестве источника излучения используются два AmLi источника. Применяется методика нейтронных совпадений, как в активном, так и в пассивном режимах. У данной установки в активном режиме минимально детектируемая масса 235U составляет порядка 1 г.
Известна также установка активного нейтронного контроля массы ДМ в контейнере (Fissile materials detection via neutron differential die-away technique, International Journal of Modern Physics, V.F. BATYAEV, O.V. BOCHKAREV, S.V. SKLYAROV., Vol. 27, pp. 1460130-1-1460130-8, Singapore (2014)). Предложенная авторами установка активного нейтронного контроля представляет собой полиэтиленовую емкость в форме параллелепипеда, в стенки которой интегрированы 8 гелий-3 счетчиков с кадмиевыми фильтрами. Активатором служит импульсный дейтерий-тритиевый источник нейтронов ИНГ-07Т. Недостатком конструкции является зависимость эффективности регистрации сигнала от расположения делящегося материала в объеме измеряемого контейнера и существенная погрешность, вносимая гамма-фоном от наведенной активности изотопов Со-60 и Mn-54.
Одним из видов металлических радиоактивных отходов, образующихся в ядерном топливном цикле, являются конструкционные материалы отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) и твэлов. Данный вид отходов содержит значительные количества делящихся материалов (ДМ) (U и Pu) и минорных актинидов (Np, Am и Cm). Указанным элементам свойственны α-активность, длительные периоды полураспада и высокая склонность к геохимической миграции, что делает их наиболее опасными радионуклидами в случае попадания в окружающую среду, а также в соответствии с принципом радиационной эквивалентности, при котором активность всех захораниваемых радиоактивных отходов соответствует активности добытого для их производства урана, необходимо обеспечить максимально возможное извлечение делящихся материалов из всех видов отходов, в том числе конструкционных материалов.
Характерными особенностями КМ ОТВС быстрых реакторов является гамма-фон от наведенной радиоактивности, вносящий существенную погрешность при измерении консервативными радиометрическими методами и неравномерное расположение материала в приемной емкости, также негативно сказывающееся на точности измерения. Таким образом, для принятия решений о направлении КМ ОТВС на доочистку, либо утилизацию необходимо иметь надежный способ оперативного контроля содержания ДМ в концентрациях от 0,001 масс. %, нечувствительный к гамма-фону и пространственному расположению материала. Имеющиеся на сегодняшний день технические решения направлены, в основном, не на технологическое применение, а на решения задач в областях экологического контроля и ограничения незаконного оборота ядерных материалов.
Задачами изобретения является разработка установки определения малых количеств (0,001 масс. %) ДМ в КМ ОТВС, работоспособную в условиях гамма-фона и нечувствительную к пространственному расположению КМ в приемной емкости. Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения основу конструкции предлагаемого изобретения представляют собой два коаксиально расположенных цилиндра: внутренний из свинца, служащий одновременно защитой от гамма-излучения и размножителем нейтронов; наружный - из полиэтилена, выполняющий функцию термолизатора нейтронов. В стенку внешнего цилиндра по кругу параллельно образующей равноудаленно встроены 15 Гелий-3 счетчиков с кадмиевыми фильтрами. Перпендикулярно образующей в стенке внешнего цилиндра установлен импульсный изотропный дейтерий-тритиевый 14 МЭв генератор нейтронов. В нижней части внутреннего цилиндра расположен пьедестал, с возможностью вертикального перемещения вдоль оси. Перед загрузкой в установку емкость с КМ подвергают гамма сканированию, с целью установления центра масс. Затем за счет подвижного пьедестала емкость устанавливается во внутренний цилиндр таким образом, чтобы центр масс КМ был расположен напротив детекторов.
На чертеже представлена схема устройства определения малых концентраций ДМ в ОТВС.
Устройство определения малых концентраций ДМ в КМ представляет собой два концентрических цилиндра - внутреннего, свинцового (4) служащего одновременно зашитой от гамма-излучения, наружнего полиэтиленового (6) выполняющего функцию замедлителя (термолизатора) нейтронов в который равноудаленно встроены 15 гелий-3 счетчиков (5) оснащенных кадмиевыми фильтрами, а перпендикулярно образующей в стенке внешнего цилиндра установлен импульсный дейтерий-тритиевый изотропный 14 Мэв генератор нейтронов (8), подвижный пьедестал (7) перемещается по вертикальной оси для точного позиционирования контейнера (1) с исследуемыми конструкционными материалами (2).
Работает установка следующим образом:
1) поступающая приемная емкость (2) бесконтактно сканируется по высоте с использованием спектрометра-радиометра (3). Зависимость числа отсчетов по высоте емкости покажет распределение КМ внутри контейнера.
2) до помещения в испытательное помещение емкости и выключенном генераторе нейтронов проводится измерение фона за выбранное время t (например, 16 мин).
3) выполняются измерения аналогичные п. 2 но при работающем генераторе нейтронов (вычисляются амплитудный коэффициент второй экспоненты (В), амплитудный коэффициент первой экспоненты (А) и их отношение В/А).
4) емкость с конструкционными материалами помещается в установку нейтронного контроля и с помощью подвижного пьедестала позиционируется таким образом, чтобы свинцовая защита полностью перекрывала активную часть контейнера, определенную в пункте 1, нейтронные детекторы при этом выключены, во избежание их засветки.
5) нейтронные детекторы включают и измеряют фон за время t при выключенном генераторе нейтронов
6) полученные скорости счета в пп. 2 и 5 сравниваются друг с другом и вычисляется отношение разности (сигнал-фон) к тройной погрешности фона (3×фон1/2). Если это отношение превышает единицу, то, используя калибровочную зависимость и измеренную разницу (сигналфон), можно определить содержания 239Pu пассивным способом в случае выполнения условий, указанных ранее. Если же полученные результаты вызывают сомнение, то проводятся измерения с использованием активного нейтронного контроля.
7) фиксируются число отсчетов второй экспоненты (В), амплитудный коэффициент А и их отношение В/А при наличии емкости с КМ, содержащим ДМ, и работающем ИНГ; далее берется разность (В/А)сигнал - (В/А)фон. Разность (сигнал-фон) сравнивается с тройной погрешностью фона аналогично п. 6.
8) полученная разность (сигнал-фон) в п. 7 соотносится с калибровочной кривой, и вычисляется масса 239Pu.
9) возможные погрешности измерения, в первую очередь, определяются статистикой и пропорциональны квадратному корню из своего значения.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, являются высокие (в сравнении с методом пассивного нейтронного контроля) точность и скорость определения ДМ за счет 12 кратного превышения уровня сигнала над тройной погрешностью фона, возможность прямого однозначного определения содержания плутония-239 и косвенного определения других актиноидов при известном соотношении Pu:Am, а также нечувствительность результатов измерения к пространственному расположению образца и гамма-излучению. Помимо этого установка может функционировать в пассивном режиме, т.е. определять содержание Cm. Следовательно, зная содержание Cm-242 и Cm-244, а также Pu-239 можно найти отношение MPu239/(MCm242+MCm242), что в свою очередь позволяет достоверно оценить массы любых других актинидов, входящих в КМ ОТВС и твэлов.
Claims (2)
1. Устройство оперативного неразрушающего контроля малых концентраций делящихся материалов в закрытых емкостях на основе гелий-3 счетчиков с кадмиевыми фильтрами и импульсного генератора нейтронов, установленных в полиэтиленовой емкости, отличающееся тем, что устройство представляет собой два коаксиально расположенных цилиндра: внутренний из свинца, служащий одновременно защитой от гамма-излучения и размножителем нейтронов; наружный - из полиэтилена, служащий термолизатором нейтронов, причем в нижней части внутреннего цилиндра установлен пьедестал с возможностью вертикального перемещения вдоль оси, который устанавливает предварительно гамма-сканированную емкость с КМ во внутренний цилиндр таким образом, чтобы центр масс КМ был расположен напротив детекторов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в стенку внешнего цилиндра по кругу параллельно образующей равноудаленно встроены 15 гелий-3 счетчиков с кадмиевыми фильтрами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018132684A RU2737636C2 (ru) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Устройство определения малых концентраций дм в отвс |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018132684A RU2737636C2 (ru) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Устройство определения малых концентраций дм в отвс |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018132684A RU2018132684A (ru) | 2020-03-13 |
RU2018132684A3 RU2018132684A3 (ru) | 2020-09-16 |
RU2737636C2 true RU2737636C2 (ru) | 2020-12-01 |
Family
ID=69898975
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018132684A RU2737636C2 (ru) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Устройство определения малых концентраций дм в отвс |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2737636C2 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172413U1 (ru) * | 2017-01-24 | 2017-07-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Устройство неразрушающего дистанционного контроля делящихся материалов |
RU177857U1 (ru) * | 2017-12-11 | 2018-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) | Кольцевой детектор тепловых нейтронов |
RU2663683C1 (ru) * | 2017-12-01 | 2018-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ регистрации нейтронов и устройство для его осуществления |
RU2697763C1 (ru) * | 2016-01-15 | 2019-08-19 | Нойборон Медтех Лтд. | Система детектирования излучения для системы нейтрон-захватной терапии и способ детектирования излучения |
EP3542185A1 (fr) * | 2016-11-15 | 2019-09-25 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Détecteur a scintillation pour la détection et/ou la mesure de radionucléides dans un fluide |
CN110806599A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-02-18 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 脉冲选通式中子探测器及其探测方法 |
CN111025377A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 中广核久源(成都)科技有限公司 | 快中子测量的装置 |
-
2018
- 2018-09-13 RU RU2018132684A patent/RU2737636C2/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697763C1 (ru) * | 2016-01-15 | 2019-08-19 | Нойборон Медтех Лтд. | Система детектирования излучения для системы нейтрон-захватной терапии и способ детектирования излучения |
EP3542185A1 (fr) * | 2016-11-15 | 2019-09-25 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Détecteur a scintillation pour la détection et/ou la mesure de radionucléides dans un fluide |
RU172413U1 (ru) * | 2017-01-24 | 2017-07-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Устройство неразрушающего дистанционного контроля делящихся материалов |
RU2663683C1 (ru) * | 2017-12-01 | 2018-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ регистрации нейтронов и устройство для его осуществления |
RU177857U1 (ru) * | 2017-12-11 | 2018-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) | Кольцевой детектор тепловых нейтронов |
CN110806599A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-02-18 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 脉冲选通式中子探测器及其探测方法 |
CN111025377A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 中广核久源(成都)科技有限公司 | 快中子测量的装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018132684A (ru) | 2020-03-13 |
RU2018132684A3 (ru) | 2020-09-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9632188B2 (en) | Noble gas detector for fissile content determination | |
RU2737636C2 (ru) | Устройство определения малых концентраций дм в отвс | |
JPH10123070A (ja) | 水素含有量分析装置 | |
Caldwell et al. | Experimental evaluation of the differential die-away pulsed-neutron technique for the fissile assay of hot irradiated fuel waste | |
Menlove et al. | A new method of calibration and normalization for neutron detector families | |
US3699338A (en) | Oscillating monitor for fissile material | |
KR910007717B1 (ko) | 폐기물에 포함된 플루토늄 질량을 계산하고 용적 방사능을 측정하기 위한 방법과 이 방법을 수행하기 위한 장치 | |
JP2002236194A (ja) | 燃焼度評価方法および装置 | |
US4493810A (en) | Method and apparatus for measuring reactivity of fissile material | |
Barmakov et al. | System of combined active and passive control of fissile materials and their nuclide composition in nuclear wastes | |
JPH04269697A (ja) | 原子炉用燃料棒の非破壊検査装置 | |
US20200333269A1 (en) | Device for Operative Monitoring of Fissionable Materials | |
RU2527489C2 (ru) | Нейтронно-активационный способ контроля выгорания отвс реакторов на тепловых нейтронах и устройство для его реализации | |
Tingey | Nondestructive fuel assay at NRTS | |
Thomas et al. | SISTec: Mathematical Calibration of Large Clearance Monitors-18265 | |
Rossi et al. | System development and challenges for delayed gamma-ray nondestructive assay in safeguard verification of nuclear material | |
JPH02157696A (ja) | 核***性物質の非破壊分析装置 | |
Pakari et al. | Gamma noise to non-invasively monitor nuclear research reactors | |
JP3478689B2 (ja) | 水素含有量分析装置 | |
Hagenauer et al. | Nondestructive-assay quantification of poorly characterized radioactive isotopes | |
Miller et al. | Advanced Fuel Cycle Safeguards | |
Fishbone et al. | Safeguards instrumentation: a computer-based catalog | |
CN112764078A (zh) | 一种核物料测量装置 | |
Mathews et al. | Radioactivity in monitoring materials processing | |
Rossi et al. | Design and Characterization of the Fission Signature Assay Instrument for Nuclear Safeguards |