Сравнительный анализ неразрушающих методов контроля 235u и 239pu в конструкционных материалах при высоком уровне гамма-фона

21.06.2017 2017 - №02 Безопасность, надежность и диагностика ЯЭУ

М.Ю. Калёнова А.В. Ананьев П.Б. Басков С.В. Скляров

https://doi.org/10.26583/npe.2017.2.04

Рассмотрены потенциально возможные методы определения малых количеств делящихся материалов (ДМ) (0,001 масс. %) в условиях высокого гамма-фона, проведено их сравнение и выбор наиболее оптимального варианта контроля ядерных материалов (ЯМ) в отработанных тепловыделяющих сборках (ОТВС). С помощью численного моделирования установлено, что установка, основанная на методе пассивного нейтронного контроля, может использоваться для косвенного обнаружения ДМ при известных величинах выгорания и выдержки отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Проведено сравнение двух типов детекторов: 3 He-счетчики и камеры деления на основе 235U. Показана перспективность использования 3 He-счетчиков на основе счетчика нейтронов СНМ-18 и отмечены недостатки пассивного контроля.

Наиболее оптимальным для решения поставленной задачи является метод активного нейтронного контроля. Расчетная модель установки показывает превышение сигнала над тройной погрешностью фона (внешнего и собственного от изотопов Cm) более 12-ти раз. Для повышения эффективности регистрации сигнала в состав установки внесены модификации, учитывающие неоднородность геометрического положения конструкционных материалов (КМ) в измерительной камере. Предложенная методика позволяет оперативно узнать содержание 239Pu, 242Cm, 244Cm в ОТВС. После определения количества 239Pu возможна оценка содержания других изотопов (Am, U, Np) за счет постоянства отношения массы 239Pu к массе выявляемого актинида.

Ссылки

1. Reilly Doug, Ensslin Norbert. Passive nondestructive assay of Nuclear Materials. – Los Alamos National Laboratory, 1991. – 700 p.
2. Бежунов Г.М., Кулабухов Ю.С. Матвеенко, И.П., Михайлов Г.М., Поплавко В.Я., Соловьев Н.А. Активная система с импульсным нейтронным генератором для измерения количества делящихся материалов в контейнерах с отходами. / Трехсторонний семинар по оценке содержания и наличных количеств ядерных материалов в оборотах и отходах, 14-18 октября 2002 г. – Обнинск: ФЭИ, 2003. – С. 205-217.
3. Runkle R.C., Chichester D.L, Thompson S.J. Rattling nucleons: New developments in active interrogation of special nuclear material // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. – 2011. – Vol. 663. – PP. 75-95.
4. Блохин Д.А., Чернов В.М., Блохин А.И. Ядерно-физические свойства ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 И ЭП-823 при нейтронном облучении в реакторе БРЕСТ-300-ОД // ВАНТ. Серия: Материаловедение и новые материалы. – 2015. – № 3 (82). – С. 110-127.
5. Лощаков И.И. Введение в дозиметрию и защита от ионизирующих излучений. – СПб.: Издательство политехнического университета, 2008. – 145 с.
6. Agostinelli S., Allison J.R., et al. , // Nucl. Instr. & Meth. in Phys. Res. A. – 2003. – Vol. 506. – PP. 250-303.
7. Passive Non-Destructive Assay based on gamma-ray spectrometry to verify UO2 samples in the form of powder and pellet // Annals of Nuclear Energy. – 2016. – Vol. 87. – P. 2.
8. Dubia C., Ridnick T., Israelashvili I., Bagi J., Huszti J. A method for the estimation of fissile mass by measuring the number of neutron signals within a specific time interval // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 2012. – Vol. 673. – PP. 111-115.
9. Calculation of the Radionuclides in PWR Spent Fuel Samples for SFR Experiment Planning, Sandia National Laboratories, USA 2004. –103 p.
10. Mason J.A., Bondar L., Hage W., Pedersen B.H. The advantages of neutron multiple correlation analysis. In: Proceedings of the 15th ESARDA Symposium on Safeguards and Nuclear Material Management. – Rome, 1993. – P. 355.
11. Таблицы физических величин. Справочник. / Под ред. акад. И.К. Кикоина. – М.: Атомиздат, 1976. – 1009 с.
12. Raoux A.C., Lyoussi A., Passard C. Transuranic waste assay by neutron interrogation andonline prompt and delayed neutron measurement // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. –2002. – Vol. 207. – PP. 186-194.
13. Jordan K.A., Vujic J., Gozani T. Remote thermal neutron die-away measurements to improve Differential Die-Away Analysis // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. – 2007. – Vol. 579. – PP. 407-409.
14. Jordan K.A., Vujic J., Phillips E., Gozani T. Improving differential die-away analysis via the use of neutron poisons in detectors // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. – 2007. –Vol. 576. – PP. 404-406.
15. Исаков А.И., Казарновский М.В., Медведев Ю.А., Метелкин Е.П. Нестационарное замедление нейтронов. Основные закономерности и некоторые положения. – М.: Наука, 1984. – 264 с.
16. Bogolubov Ye.P., Korotkov S.A., Korytko L.A. Method and system based on pulsed neutron generator for fissile material detection in luggage // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2004. – Vol. 213 – PP. 439-444.
17. Batyaev V.F., Bochkarev O.V., Sklyarov S.V. Fissile materials detection via neutron differential die-away technique. // International Journal of Modern Physics. –Singapore, 2014. – Vol. 27. – PP. 1460130-1-1460130-8.
18. Batyaev V.F., Bochkarev O.V., Sklyarov S.V., Romodanov V.L., Chernikova D.N. Monitoring fissile and matrix materials in closed containers by means of pulsed neutron sources // Atomic Energy. – 2013. – Vol. 115. – No 2. – PP. 99-104.
19. Прохоров Ю.В. Вероятность и математическая статистика. / Энциклопедия. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. – 914 с.
20. Кирьянов Г.И. Генераторы быстрых нейтронов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 224 c.
21. Van Iseghem P. Overview of Radioactive Waste Characterization at SCK-CEN / IAEA LABONET Meeting, Vienna 2013.

делящиеся материалы активный контроль ОТВС конструкционный материал 3He-счетчик гамма-фон

Ссылка для цитирования статьи: Калёнова М.Ю., Ананьев А.В., Басков П.Б., Скляров С.В. Сравнительный анализ неразрушающих методов контроля 235u и 239pu в конструкционных материалах при высоком уровне гамма-фона. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2017. – № 2. – С. 38-50. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2017.2.04 .