Способ определения выгорания изотопов в поглощающих элементах ядерного реактора

 

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 фотод пике этого изотопа и определяют соотношение двух изотопов в поглощающем элементе. Сопоставляя исходный и измеренный изотопный состав, определяют выгорание изотопов Gd и Gd. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (50 4

РСРг1)Щ,g i q

: 113 (а, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3957477/40-25 (22) 30.09.85

-(46) 30.06.87.Бюл.й 24 (72) В.П.Королева, К.И.Золотарев и Л.А.Чернов .(53) 621.039.5(088.8) (56) Баранов В.И. и др. Определение содержания бора в образцах горных пород нейтронным методом. — Атомная энергия, 1957, т.2, вып.Ф 3, с.292.

Беленький Б,В.и др, Использование комплекса нейтронноактивационногоана. лиза сразными источникамиоблучения для определения характеристик элементного состава стандартов горных пород.—

В кн.: Труды 1-ro Всесоюзного совещания по метрологии нейтронного излучения/ Под. ред. Р.Д.Васильева. M.:

Изд-во стандартов, 1972, с.289. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫГОРАНИЯ ИЗОТОПОВ В ПОГЛОЩАЮЩИХ.ÇJIEMEHTAX ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (57). Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к материаловедению ядерных реакторов и мо„.BU Я 0849

Йет 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 Gd и Gd . В интервале энергий 180-200 кэВ определяют площади фотопиков и их отношение. Отноше- Ф ф ние площадей фотопиков дает количественную информацию о соотношении ядер двух изотопов гадолиния. С измеренной градуировочной кривой одного из изото- С пов сравнивают число импульсов в фото пике этого изотопа и определяют соотг ношение двух изотопов в поглощающем

I элементе. Сопоставляя исходный и измеренный изотопный состав, определяют выгорание изотопов Gd u Gd.

<65 ю7

I320849

Изобретение относится к атомной

I энергетике,,а именно к материаловеде. нию ядерных реакторов, и может быть использовано для определения выгорания изотопов в поглощающих элементах (ПЭЛах) ядерных реакторов, а также для определения содержания этих изотопов в средах.

Цель изобретения — снижение трудоемкости анализа и повышение его оперативности при определении выгорания изотопов гадолиния 155 и 157.

Пример. Способ был опробован в лабораторных условиях для определения количеств изотопов гадолиния 155 и 157.в материале стержня выгорающего поглотителя реактора., состоящего из наполнителя (707.) и гадолиния (ЗОБ).

Использовались нейтроны, полученные от Po-Be источника интенсивностью 10 Н/с, замедленные в парафиновом блоке т1элщиной 10 см. Из материала стержня выгорающего поглотителя изготовили образец весом 1,2 r, Материал в виде порошка засыпали в полиэтиленовую 4-секционную чашечку площадью

18 см2 (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

Се-Li детектором объемом 32 см и

5 многоканальным анализатором типа

11Н окия1 .

На фиг.1 представлен спектр мгновенных †квант, полученный от исследуемого образца, спектр от самого

Po-Be 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 11Нокия". За 30 мин получили средние для нескольких замеров величины площадей за вычетом бона: для Е

182 кэВ S = (2370+130) имп.9 для Е, = 199 кэВ S = (540+40) имп. 7

Для отношеш«я концентраций ядер изотопов Gd u Gd справедливо выражение п7 5765 (1)

n S 6199

5 где индексы "5" и "7" относятся к соответствующему изотопу гадолиния, и — концентрация ядер; эффективность регистрации детектора;

S — площадь фотопика в импульсах: (9 — сечение поглощения для тепловых нейтронов9 равное 60 и 255 т.бн для Gd u Gd соответственно.

155 157

5 7

В нашем случае E =- E . Таким образом и /и =-,03.

15 I.

Для получения абсолютной величины количества двух изотопов надо вос пользоваться предварительно измеренной., например, для изотопа Gd гра157

20 дуировочной кривой. Градуировочная . кривая (см.фиг„2) получена с эталонными образцами (с теми же геометрическими размерами и формой как у исследуемых образцов), содержащими

25 разное количество изотопа Gd в на157 полнителе, с использованием того же самого источника нейтронов, на котором проведены основные измерения. По градуировочной кривой определяют ко.Зп личество изотопа, соответствующее площади фотопика равной 2370+130. По157 лучают вес изотопа Gd равный (52+ 4) мг. Зная соотношение концентраций изотопов и /и = 1,03, определя - ют, что вес изотопа « Gd равен (501.4) мг. Химический анализ показал соответствующие количества 5 Gd

157 (54+5) мг и . Gd (51" 5) мг. Для более быстрого и качественного анализа

4п желательно использовать пучок тепловых нейтронов (например, из тепловой колонны реактора), который имеет большой запас по интенсивности и, вероятно, более простой -спектр в

45 исследуемой энергетической области по сравнению со спектром от Po-Be источника.

Выбор энергии нейтронов обусловлен необходимостью проникновения нейтрон50 ного пучка на полную глубину исследуемого материала. При этом следует учитывать, что в стержнях выгорающих поглотителей изотопы гадолиния обычно не используются в чистом виде, а разбавляются наполнителем, у которого поглощающие н рассеивающие свойства совсем другие. Таким образом, критерием выбора энергии нейтронов служит. диаметр поглощающего стержня, )320849

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 фильтрами и т.д.

Предлагаемый способ определения выгррания изотопов Gd u Gd в

ПЭЛах ядерного реактора дает следующие преимущества:

Материал ПЭЛа можно исследовать без его разрушения, отбора пробы и ее химической подготовки. Это делает способ простым 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 6Gd и SGd с определенной энергией.

Регистрируемое гамма-излучение имеет статистическую природу, поэтому точность определения количеств изотопов гадолиния в исследуемой среде может быть достаточно высока. Она определяется временем экспозиции, интенсивностью нейтронного источника, отношением эффекта к фону.

Детектирование гамма-квантов ядер

" 64 и " 6Gd дает возможность детально измерять истинное распределение содержания изотопов гадолиния по высоте ПЭЛа.

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

10 Формула изобретения

Способ определения выгорания изотопов в поглощающих элементах ядерного реактора, включающий взаимодействие нейтронов с поглотителем и регистрацию продуктов взаимодействия, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости анализа и повышения его оперативности при

2р определении выгорания изотопов гадолиния 155 и 157, поглощающий элемент облучают нейтронами, проходящими на полную глубину исследуемого материала, и во время облучения регистриру25 ют спектр мгновенного гамма-излуче3(ния возбужденных ядер Gd u 5 в к

Gd в спектре выделяют два фотопика в интервале энергий 180200 кэВ и определяют отношение их дб площадей, из которого получают количественную информацию о соотношении ядер двух изотопов гадолиния, затем сравнивают число импульсов в фотопике одного из изотопов с предварительно измеренной градуировочной кривой. для этого изотопа и определяют содержание двух изотопов в поглощающем элементе, по изменению изотопного состава по сравнению с исходным судят

4 1 о выгорании изотопов Сд и 60.

< в 5!

320849

И,ми@

О

159 169 179 189 f98 208 Е,кэб фиг. 3

1320849 бОО Р, рог

Составитель К.Косоуров

Редактор Н.Киитулинец Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

° » б

Заказ 3603

Тираж 394 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4