562	Дж. Р. Филлипс

Ðèñ. 18.17. Изображение черенковского свечения двух тепловыделяющих сборок реактора PWR в бассейне выдержки реактора

Измерения черенковского свечения менее восприимчивы к действию смежных сборок, чем измерения интенсивности гамма-излучения, сделанные в верхней части сборок [28]. Это происходит потому, что черенковский свет проходит по каналам вверх по всей длине сборки, в то время как гамма-измерения, сделанные в верхней части, главным образом обусловлены активацией элементов конструкции. Пространственное распространение черенковского свечения, окружающего изолированную облученную сборку в воде, определяется гамма-излучением из наружных стержней сборки. Толщина воды, необходимая для снижения интенсивности гамма-квантов с энергией 1 МэВ в десять раз, составляет 36 см, что является приемлемой оценкой черенковской "короны" вокруг изолированного точечного источника. Однако излучение продуктов деления из внутренних стержней сборки должно проникнуть в более плотный состав оболочки топлива и промежуточную воду, которая значительно снижает перекрестное действие стержней.

18.5 НЕЙТРОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЛУЧЕННОГО ТОПЛИВА

Нейтронные измерения облученного топлива относительно просты и могут обеспечить быстрое определение выгорания. Оборудование для детектирования довольно простое и его обслуживание не представляет особых трудностей, а предварительный анализ данных может быть выполнен и на самой установке. Детектор нейтронов размещается в непосредственной близости от ТВС, а сигнал анализируется с помощью одноканального анализатора. Предпочтительным детектором является камера деления на базе 235U, благодаря ее нечувствительности к гам- ма-излучению. Хотя нейтроны более легко, чем гамма-кванты, могут проникнуть

âТВС, их ослабление в воде более сильное. Поток гамма-излучения уменьшается

âводе в 10 раз на расстоянии приблизительно 36 см, в то время как нейтронный

Глава 18. Измерения облученного топлива

563

поток снижается в 10 раз на расстоянии около 10 см. Таким образом, становится важным размещение детектора нейтронов вблизи ТВС.

18.5.1 Вилочный детектор и блок электроники ION-1

На рис. 18.18 проиллюстрирована система измерения нейтронов, разработанная для инспекторов системы гарантий [29 и 30]. Эта система спроектирована для измерения полного потока нейтронов и полной интенсивности гамма-излучения погруженной в воду тепловыделяющей сборки. На рис. 18.19 показаны два основных компонента: вилочный детектор и блок электроники ION-1.

Ðèñ. 18.18. Схема измерительной системы для проведения измерений полного нейтронного и полного гамма-излу- чения от облученного топлива. Система состоит из блока электроники ION-1, длинной стрелы с кабелем и вилочного детектора

Вилочный детектор представляет собой водонепроницаемый полиэтиленовый детектор, содержащий две группы ионизационных камер и камер деления для одновременного измерения ТВС с двух противоположных сторон. Каждое плечо содержит ионизационную камеру, работающую в токовом режиме для измерения полного выхода гамма-квантов, и две камеры деления, работающие в импульсном режиме для измерения полного выхода нейтронов. В каждом плече одна из камер деления обернута оболочкой из кадмия, а другая — без оболочки. Если необходимо определить содержание бора в воде (обычно 2000 млн.-1) для корректировки скорости счета нейтронов, то это можно сделать, определив отношение числа импульсов в камере деления без оболочки к числу импульсов в покрытой кадмием камере [31 и 32]. Вилочный детектор выпускается в двух различ-

564	Дж. Р. Филлипс

Ðèñ. 18.19. Блок электроники ION-1 и вилочный детектор

ных конфигурациях, одна — для сборок реактора PWR, а другая — для сборок реактора BWR.

Блок электроники ION-1 — это микропроцессорный блок с питанием от аккумулятора, который выполняет внутреннюю диагностику и помогает инспектору в сборе и анализе данных [33]. Если измерения необходимо сделать вдоль вертикальной оси тепловыделяющей сборки для того, чтобы получить профиль выгорания по оси, ION-1 позволяет инспектору провести процедуру пошагового сканирования.

Большинство измерений с блоком электроники ION-1 и вилочным детектором проводятся только посередине тепловыделяющей сборки. В среднем от 5 до 7 мин требуется для того, чтобы 1) установить мостовой кран -манипулятор, поднимающий топливо; 2) приподнять тепловыделяющую сборку со стеллажа бассейна; 3) выполнить измерения и 4) опустить тепловыделяющую сборку на стеллаж бассейна выдержки. Включая время на сборку и разборку оборудования, процедура измерений в бассейне выдержки реактора обычно занимает от 2 до 3 дней. С хорошей градуировкой вилочный детектор может определить выгорание отдельных тепловыделяющих сборок с точностью около 5 %.

18.5.2 Нейтронные измерения выгорания

На рис. 18.20 показаны результаты измерений в хранилище облученного топлива реактора BWR. Измеренная интенсивность нейтронов 36 тепловыделяющих сборок BWR показана на графике в зависимости от заявленной глубины выгорания, которая изменяется от 8,5 до 29 ГВт сут/т U. Видно, что результат измерений одной ТВС с цикличным облучением четко идентифицируется как выброс. Эта отдельная ТВС была облучена до уровня 18,0 ГВт сут/т U, находилась в бассейне выдержки в течение 3 лет, а затем была возвращена в реактор для дополнительного облучения еще на 3 ГВт сут/т U. В течение трехлетнего промежутка вре-

Глава 18. Измерения облученного топлива

565

Ðèñ. 18.20. Зависимость измеренной интенсивности нейтронного излучения 36 тепловыделяющих сборок реактора BWR от заявленной глубины выгорания. Сплошная линия представляет собой степенную функцию, описывающую экспериментальные данные

мени между облучениями, 241Pu распался с образованием 241Am, который, в свою очередь, привел к образованию большого количества изотопа 242Cm при повторной загрузке топлива в реактор (см. раздел 18.3.6).

Три других точки данных на рис. 18.20 лежат значительно ниже аппроксимирующей линии. Эти ТВС были собраны из других сборок, имеющих различные значения глубины выгорания. Кроме того, несколько топливных стержней из каждой ТВС были пропущены. Оба этих фактора внесли вклад в снижение измеренной интенсивности испускания нейтронов. Если пересобранные сборки и сборки с цикличной предысторией облучения исключаются из анализа данных, то существует средняя разность в 30 % между заявленным значением глубины выгорания и значениями, полученными из функционального соотношения между скоростью счета и глубиной выгорания (уравнение (18.4)). Эта степенная функция была определена путем подгонки методом наименьших квадратов по экспериментальным данным, и значение β составило 3,7. Путем поправки на время охлаждения, данные по сборке с цикличной предысторией облучения могут быть также хорошо согласованы.

На рис. 18.21 показаны результаты нейтронных измерений, сделанных на хранилище топлива реактора PWR. Отклик 17 ТВС построен в виде функции заявленной глубины выгорания, которая изменялась от 25 до 35 ГВт сут/т U. Эти данные указывают на влияние обогащения, которое было предсказано расчетами выгорания, описанными в разделе 18.3.6. Четыре сборки с исходным обогащением 2,4 % 235U имеют более высокие скорости счета нейтронов по сравнению со сборками с идентичными глубинами выгорания и временами охлаждения, но с исходным обогащением 3,6 % 235U. Низкообогащенное топливо имеет значительно меньше делящегося материала и, следовательно, требует более высокого флю-