Материал: Бушуев Методы и приборы измерений ядерных материалов 2011

о факторах, влияющих на результаты анализов и выбор набора параметров.

7. Заключение.

Все результаты представляются с погрешностями.

Контрольные вопросы к работе 6

1.Вещество испускает две группы гамма-квантов с энергиями

Е1 и Е2, причем Е1<Е2. Сравните для них вероятности избежать поглощения внутри образца, по пути из образца в детектор и вероятность зарегистрироваться в детекторе.

2.Оцените, как будут соотноситься вероятности поглощения гамма-излучений в стенках свинцового, стального и алюминиевого контейнеров одинаковой толщины.

3.Как изменится соотношение между интенсивностями мягкого

ижесткого гамма-излучений при увеличении толщины образца ЯМ?

4.Почему для контроля образцов в толстостенных контейнерах используется не планарный, а коаксиальный детектор?

5.Укажите причины асимметрии линий в измеренных спектрах. Как это учитывается в программе FRAM?

6.Какие параметры использует FRAM при моделировании пи-

ка?

7.С помощью базы ядерных данных JEFPC определите, какие

дочерние продукты 235U и 238U испускают γ-излучения, представленные в табл. 6.2?

8.Перечислите основные различия в анализах изотопного состава урана и плутония.

9.Как при гамма-спектрометрических измерениях изотопного состава плутония определяют содержание 242Pu?

111

Таблица 6.3

Паспортные значения изотопного состава образцов плутония

112

Таблица 6.6

Информация об условиях измерений спектров образцов плутония

113

Часть 2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫГОРАНИЯ ТОПЛИВА ОТРАБОТАВШИХ ТВС

Введение

Выгорание ядерного топлива в результате его облучения в реакторе определяют как отношение числа делений к суммарному начальному содержанию тяжелых ядер в топливе:

Вурановом топливе первоначально содержатся атомы 234U, 235U

и238U. В процессе облучения топлива нейтронами в нем образуют-

ся другие тяжелые атомы, включая изотопы плутония, которые вносят затем растущий вклад в деление (и выгорание) топлива.

Величина выгорания ТВС характеризует ее энерговыработку (при каждом делении выделяется около 200 МэВ энергии) и накопление продуктов деления в топливе. Выгорание измеряют либо в МВт·сут выработанной энергии на килограмм топлива, либо в процентах разделившихся тяжелых атомов. Иногда на исследовательских реакторах с высокообогащенным топливом под выгоранием понимают только убыль ядер 235U.

Около 16 % всех делений приводят к образованию газообразных изотопов криптона и ксенона. При увеличении выгорания растет давление газов, накопившихся в зазорах в топливе и под оболочками твэлов, что приводит к опасным последствиям, в том числе, к распуханию и потере герметичности твэлов, и в итоге – к недопустимо высокому радиоактивному загрязнению оборудования первого контура охлаждения реактора. Поэтому величина выгорания лимитирована.

Вместе с тем, существует стремление к повышению выгорания, так как это снижает потребность в новых ТВС, позволяет экономить место в бассейнах выдержки отработавших ТВС (ОТВС), уменьшает объем перевозок ОТВС с АЭС на завод-переработчик и др. Приближение реального выгорания к максимально допустимому ведет к улучшению экономических показателей эксплуатации реакторов. Необходимый зазор между реальным и предельным вы-

114

гораниями зависит от погрешности оценки величины выгорания: чем точнее и надежнее оценка, тем больше может быть допустимое выгорание за счет приближения реального выгорания к предельному, тем выше ядерная и радиационная безопасность работ с ОТВС.

Растущие количества отработавших ТВС разных реакторов усиливает угрозу их похищения террористами для применения с целью радиационного загрязнения среды обитания и для изготовления ядерных взрывных устройств. Следует отметить, что, согласно литературным данным, критическая масса плутония, выделенного из ОТВС энергетических реакторов, составляет от 20 до 25 кг [10]. Указанные обстоятельства требуют усиления контроля за сохранностью ОТВС.

Определение выгорания является одной из главных задач контрольных измерений отработавшего ядерного топлива. Такие измерения проводят: при комплектовании партий ОТВС, отправляемых с АЭС на переработку; при проверке и уточнении паспортных данных о длительно хранящихся (20-30 лет и более) ОТВС исследовательских реакторов; при ресурсных испытаниях твэлов и ОТВС на материаловедческих реакторах и др.

В зависимости от особенностей исследуемых ОТВС отличаются используемые методы и приборы. Подходы, успешно применяемые для контроля ОТВС реакторов ВВЭР, не могут быть прямо использованы для исследовательских реакторов. Поэтому методы, изучаемые в предлагаемом лабораторном практикуме, отличаются рядом особенностей, включая экспериментальные установки, режимы проведения экспериментов и способы интерпретации результатов измерений. Кроме того, время, отпущенное для выполнения экспериментов, было жестко лимитировано, что также повлияло на конструкцию экспериментальной установки и выбор аппаратуры.

Лабораторный практикум проводится в здании ИРТ МИФИ. Он предназначен для подготовки магистров по УиК ЯМ, для работы студентов-дипломников и аспирантов и является частью лабораторного комплекса кафедры «Теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов». К занятиям в практикуме допускаются студенты, прошедшие медицинский контроль и специальный инструктаж. В работе участвуют преподаватели и сотрудники ИРТ, обеспечивающие проведение опытов и контролирующие обстановку в зоне их проведения.

115