Материал: Бушуев Методы и приборы измерений ядерных материалов 2011

верстия, через которое кванты попадают в детектор, и применения фильтров из поглощающих материалов, устанавливаемых на пути квантов в детектор.

После регистрации кванта измерительная система производит обработку возникшего сигнала и на это время ее вход закрыт для последующих сигналов («мертвое время»), что ведет к их просчетам. В современных спектрометрах существует специальный режим работы «по живому времени», когда реальное время измерения удлиняется на величину «мертвого времени».

В любом случае, можно учесть просчеты с помощью дополнительного реперного источника, помещенного вблизи детектора. По числу отсчетов в пике реперного источника, присутствующего во всех измеренных спектрах, можно определить поправку на просчеты: она равна отношению чисел отсчетов в опыте без ОТВС и при измерении ОТВС.

Требование к энергетическому разрешению детектора зависит от сложности измеряемого спектра, которая определяется временем выдержки ОТВС. После выгрузки из реактора при коротких выдержках спектр – сложный, многокомпонентный, и для выделения отдельных пиков требуется высокое разрешение, которым обладают Ge-детекторы. При длительных выдержках для измерений могут использоваться CdZnTe-детекторы, разрешение которых на порядок хуже, но другие свойства весьма привлекательны: они могут работать при комнатной температуре; имеют малые размеры; обладают высокой радиационной стойкостью. Эти достоинства важны, например, при измерениях в хранилищах ОТВС, при подготовке партий ОТВС для транспортировки и др.

Применение стандартных образцов

Рассмотрение формул (В2.2) и (В2.3) приводит к выводу, что для прямого определения выгорания по результату гаммаспектрометрического измерения необходимо использовать ряд коэффициентов. Каждый из этих коэффициентов известен с некоторой погрешностью, которая дает вклад в общую погрешность результата анализа. Повысить точность можно путем использования стандартных образцов и перехода от прямых измерений к относительным.

122

В упрощенном виде формула для определения выгорания при этом будет выглядеть следующим образом:

где nm и nсоm – скорости счета импульсов в пиках нуклида-монитора в спектрах исследуемого и стандартного образцов (СО), Всо – выгорание стандартного образца.

В качестве СО используют специально аттестованную ОТВС (в опытах на ЛАЭС) или твэлы (в опытах на реакторе МР-1М). В процессе аттестации из них вырезали образцы топлива и анализировали их нуклидный состав. Такой путь изготовления СО является высокотрудоемким и дорогим.

Для аттестации СО, служащих для определения выгорания ОТВС ИРТ (и других исследовательских реакторов), применим другой подход, основанный на неразрушающих измерениях. Аттестуемую ОТВС и свежую, паспортизованную на заводеизготовителе ТВС, подвергают кратковременному (несколько часов) нейтронному облучению, помещая в позицию вблизи активной зоны ИРТ. После этого в спектрах свежей и отработавшей ТВС измеряют пик 1596 кэВ продукта деления 140La (его период полураспада равен 12,8 дня) – (рис. В2.4). Высокоэнергетическое излучение 140La обладает высокой проникающей способностью и ТВС ИРТ являются для него «прозрачными».

Отношение скоростей счета импульсов в пиках 1596 кэВ в спектрах ОТВС и свежей ТВС характеризует остаточное содержание 235U в ОТВС, а по разности его начального (паспортного) и остаточного содержания можно определить выгорание. Этот метод дает возможность с помощью неразрушающих измерений определять выгорание с рекордной точностью (около 2 %). Таким путем были аттестованы ОТВС, используемые в лабораторном практикуме на ИРТ МИФИ.

Схема измерительной установки, включающая перегрузочный контейнер с размещенной в ней ОТВС и германиевый детектор, показана на рис. В2.5. Поворотное устройство для вращения ОТВС в процессе измерения спектра показано на рис. В2.6.

123

Рис. В2.5. Схема экспериментального устройства по определению выгорания ОТВС:

1 – лебедка для подъема ТВС, 2 – перегрузочный контейнер, 3 – ОТВС, 4 – устройство для вращения ТВС, 5 – перегрузочный канал шахтыхранилища, 6 – коллимационные отверстия, 7 – свинцовая защита детектора, 8 – Ge-детектор, 9 – ведро перегрузочного контейнера, 10 – реперный источник 57Co

124