Ðèñ. 17.29. Градуировочные графики установки UNCC для топливных сборок реактора на кипящей воде (8´8 стержней) с различным содержанием добавки гадолиния

ность для фиксированной геометрии составила около 0,1 %. Интенсивность приборного отклика для топлива реакторов на легкой воде не входила в насыщение и продолжала возрастать с ростом обогащения в обычном для топлива диапазоне. Относительно небольшое изменение загрузки, обычно не превышающее 1,9 %, могло быть зарегистрировано за время измерения 1000 с. Увеличение времени измерения может в дальнейшем уменьшить статистическую погрешность. Установка UNCC недавно поступила в опытную эксплуатацию для инспекторских целей.

17.3.3Пассивный воротниковый счетчик нейтронных совпадений PNCC

Описанная выше установка UNCC была модифицирована для контроля смешанного оксидного топлива для сборок быстрых реакторов или реакторов на легкой воде [25]. Сборки со смешанным топливом имеют мощный внутренний источник нейтронов в результате спонтанного деления 240Pu и (α,n)-реакции, так что нет необходимости использовать внешний AmLi-источник подсветки для возбуждения делений. Пассивный воротниковый счетчик нейтронных совпадений PNCC (рис. 17.30) подобен установке UNCC за исключением того, что стенка, содержащая AmLi-источник, заменена на четвертый блок детекторов, и между внутренней стенкой рабочей полости и сборкой установлены выдвижные кадмиевые экраны. Установка PNCC имеет те же основные размеры и характеристики, что и стандартная установка UNCC, для взаимозаменяемости их составных частей.

В пассивном режиме работы установки нейтроны, образованные в результате спонтанного деления, измеряются с помощью обычной методики нейтронных совпадений для определения эффективной массы 240Pu. В активном режиме пассивные нейтроны отражаются назад в сборку, вызывая реакции деления в ядерном материале топлива. Для определения доли отраженных нейтронов изменяется альбедо пограничного слоя, т.е. замедлителя, окружающего сборку, посредством введения и удаления кадмиевого экрана.

Ðèñ. 17.30. Чертеж пассивного воротникового счетчика нейтронных совпадений PNCC, используемого для пассивного и активного анализов сборок из смешанного топлива

Скорость счета совпадений R и полная скорость счета Т измерялись как с кадмиевым экраном, так и без него. В пассивном режиме градуировочная кривая является функцией R от эффективной массы 240Pu и обычно необходимо вводить поправку на размножение в делящихся компоненах топлива. Для этого могут быть использованы различные методики. Кадмиевое отношение дает возможность определить количество делящегося материала и эффе кт размножения.

Скорость вынужденного деления от отраженных нейтронов пропорциональна величине R = R(без кадмия) — R(с кадмием). Однако величина R также пропорциональна общему выходу первичных нейтронов, который отличается для каждой сборки. Устранить это влияние можно, пронормировав R на T, тогда получается величина R/T, которая характеризует только содержание делящегося материала и не зависит от общего потока нейтронов из сбор ки.

Предварительные измерения со сборками для быстрого реактора были проведены в Англии на установке в Уиндскейл [26]. Использовались как активный, так и пассивный методы. Рис. 17.31 показывает результаты измерений. Нижняя кривая описывает обычные результаты измерения эффективной массы 240Pu с кадмиевыми экранами, верхняя кривая показывает увеличение счета, когда экраны убраны. Это увеличение возникает из-за образования добавочных делений за счет самоподсветки тепловыми нейтронами. Если бы делящийся материал отсутствовал, то не было бы различия между этими кривыми. Результаты испытаний

Ðèñ. 17.31. Результаты пассивного анализа установкой PNCC сборок для быстрых реак- торов-размножителей с различным количеством стержней

дали стандартное отклонение на уровне 0,75 % для пассивного режима и от 3 до 7 % при активном режиме за время измерений 1000 с. Это оборудование предполагается в будущем использовать для контроля содержания плутония в свежих топливных сборках.

17.3.4. Монитор для входного контроля баллонов с UF6 RAM

Для обеспечения гарантий и учета высокообогащенного урана, произведенного на заводах по обогащению урана, необходимо измерять содержание 235U в контейнерах (баллонах) для хранения UF6. При обогащении выше 20 % по 235U хранение UF6 производится в баллонах типа "Модель-5А", которые имеют диаметр 127 и высоту 914 мм. Традиционный метод измерения обогащения этого материала включает регистрацию выхода гамма-излучения изотопа 235U с энергией 186 кэВ в непосредственной близости от поверхности контейнера. В работе [27] описана новая методика определения содержания 235U в контейнере "Модель-5А" с UF6. Пассивный метод совпадений, основанный на эффекте самоподсветки, был признан после оценки возможных применений нейтронного счетчика совпадений. Монитор RAM, который был разработан для применения этой методики, показан на рис. 17.32.

Монитор RAM [27] содержит 20 штук 3He-счетчиков с активной длиной 61 см. Кадмиевые экраны на 3He-счетчиках используются для получения постоянной эффективности вдоль высоты баллона с UF6, которая обычно составляет от 30 до 40 см. Быстрая электроника типа AMPTEK встроена в верхнюю крышку детектора, причем в этой области предусмотрены специальные материалы для смягчения возможных ударов при загрузке контейнера с материалом внутрь детектора. Уникальной особенностью установки RAM является то, что она имеет механически перемещаемый кадмиевый экран, который может управляться либо

Ðèñ. 17.32. Монитор RAM входного контроля для проверки содержания 235U â UF6 в баллонах типа "Мо- дель-5А"

вручную, либо с помощью внешнего микропроцессора. Обычная процедура анализа состоит в измерении продолжительностью 120 с при снятом кадмиевом экране и измерении в течение 360 с при установленном экране с погрешностью определения скорости счета около 0,5 %.

В этой новой пассивно-активной методике нейтроны (α,n)-реакций в UF6 вызывают вынужденные деления в 235U. Так как (α,n)-нейтроны случайны во времени, скорость счета совпадений R дает прямое измерение скорости вынужденного деления. Выход (α,n)-источника самоподсветки определяется путем измерения полной скорости счета Т. Отношение T/R пропорционально М(М-1), где М — умножение нейтронов утечки, которое не зависит от величины полного потока

(α,n)-нейтронов. Величина М(М-1), таким образом, полностью соответствует содержанию 235U.

Первичным источником (α,n)-нейтронов в обогащенном UF6 являются аль- фа-частицы распада 234U, взаимодействующие с атомами фтора (см. табл. 11.3 в главе 11). Кроме того, 232U также дает некоторый вклад в общее количество аль- фа-частиц. Имеется вклад связанных во времени нейтронов от спонтанного деления 238U. Их выход невелик (1,36Ч10-2 нейтр./ñ ã 238U) и им можно пренебречь в случае больших обогащений из-за уменьшения доли 238U и увеличения доли 234U. Величина вклада спонтанных делений 238U составляет около 10 % от сигнала для 235U при обогащении 20 % по 235U и менее 1 % при обогащении более 50 % по 235U (см. табл. 14.3 и 14.4 в главе 14).

На рис. 17.33 показаны результаты анализа для 38 баллонов типа "Мо- дель-5А" с UF6, полученные с помощью методики самоподсветки [27]. Отношение R/T было скорректировано с учетом эффекта увеличения полной скорости счета, который имеет место при удалении кадмиевого экрана. Эта поправка помогает скомпенсировать изменения плотности UF6 и эффект саморазмножения при переходе от одного баллона к другому. Наблюдаемый разброс результатов отно-

Ðèñ. 17.33. Результаты анализа установкой RAM содержания UF6 в 38 баллонах типа "Мо- дель-5А". Показано измеренное в пассивном режиме отношение R/T как функция содержания 235U, исправленное с учетом эффекта увеличения полной скорос ти сче- та при удалении кадмиевого экрана

сительно аппроксимирующей кривой составляет около 10 % (1σ) без поправки и 2,8 % с поправкой. Можно ожидать, что этот разброс будет уменьшен, когда механизм поправки, основанный на выдвижном кадмиевом экране, будет лучше понят. На рис. 17.33 не показаны результаты для многих частично заполненных баллонов, но скорректированное отношение R/T обеспечит почти линейную градуировочную кривую, что даст возможность определить содержание 235U в широком диапазоне высот заполнения.

ЛИТЕРАТУРА

1.J.E. Foley and L.R. Cowder, "Assay of the Uranium Content of Rover Scrap with the Random Source Interrogation System," Los Alamos Scientific Laboratory re- port LA-5692-MS (1974).

2.D. Langner, T. Canada, N. Ensslin, T. Atwell, H. Baxman, L. Cowder, L. Speir,

T.Van Lyssel, and T. Sampson, "The CMB-8 Material Balance System," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-8194-M (August 1980).

3.T. Gozani, Active Nondestructive Assay of Nuclear Materials, Principles and Applications, NUREG/CR-0602 and SAI-MLM-2585, (US Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC, 1981).

4.J.E. Swansen, P.R. Collinsworth, and M.S. Krick, "Shift-Register Coincidence Electronics System for Thermal Neutron Counters," Nuclear Instruments and Methods 176, 555 (1980).

5.M.S. Krick and H.O. Menlove, "The High-Level Neutron Coincidence Counter (HLNCC): Users' Manual," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-7779-M (1978).

6.J.E. Foley, "4π Neutron Counter for 55-Gallon Barrels," in "Nuclear Safeguards Research and Development Program Status Report, September-December 1970," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-4605-MS (January 1971), pp.24-26.

7.J.E. Swansen, "Dead-Time Reduction in Thermal Neutron Coincidence Counters," Los Alamos National Laboratory report LA-9936-MS (1984).

8.M.S. Krick and H.O. Menlove, "Channel Coincidence Counter: Version I," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-8404-MS (June 1980).

9.A.J.G. Ramalho, E. Dahn, E.G. Selleck, V. Kupryashkin, and A. Dubreuil, "The High-Level Neutron Coincidence Counter (HLNCC) Family of Detectors and Its Use," International Symposium on Recent Advances in Nuclear Materials Safeguards, Vienna, Austria, November 8-12, 1982, International Atomic Energy Agency report IAEA-SM-260.

10.L. Cowder and H.O. Menlove, "Neutron Coincidence Counter for MOX Fuel Pins in Storage Trays: Users’ Manual," Los Alamos National Laboratory report LA-9493-M (August 1982).

11.G.W. Eccleston, H.O. Menlove, and O.R. Holbrooks, "Universal Fast Breeder Reactor (FBR) Coincidence Counter Design," in "Safeguards and Security Status Report, February—July 1982," J. Shipley and D. Smith, Comps., Los Alamos National Laboratory report LA-9595-PR (February 1983), pp.29-31.

12.H.O. Menlove, O.R. Holbrooks and A. Ramalho, "Inventory Sample Coincidence Counter Manual," Los Alamos National Laboratory report LA-9544-M (November 1982).

13.N. Ensslin, E. Adams, D. Bowersox, and J. Stewart, "Neutron Coincidence Counting of Plutonium Solutions," Transactions of the American Nuclear Society 39, 335-336(1981).

14.H.O. Menlove, E.L. Adams, and O.R. Holbrooks, "Plutonium Nitrate Bottle Counter Manual," Los Alamos National Laboratory report LA-10009-M (1984).

15.N. Ensslin, M.L. Evans, H.O. Menlove, and J.E. Swansen, "Neutron Coincidence Counters for Plutonium Measurements," Nuclear Materials Management VII (2), 43-65 (1978).

16.N. Ensslin, A. Gibbs, C. Denard, and P. Deason, "Test and Evaluation of the Du- al-Range Coincidence Counter at the Savannah River Plant," Los Alamos National Laboratory report LA-8803-MS (April 1981).

17.G.A. Westsik, "Rockwell Dual Range Coincidence Counter," Rockwell Hanford Operations report RHO-QA-SA-004 (1984).

18.H.O. Menlove, "Description and Operation Manual for the Active Well Coincidence Counter," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-7823-M (1979).

19.H.O. Menlove, N. Ensslin, and T.E. Sampson, "Experimental Comparison of the Active Well Coincidence Counter with the Random Driver," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-7882-MS (1979).

20.M.S. Krick and P.M. Rinard, "Field Tests and Evaluations of the IAEA Active Well Coincidence Counter," Los Alamos National Laboratory report LA-9608-MS (December 1982).

21.R. Sher, "Active Neutron Coincidence Counter for the Assay of MTR Fuel Elements," Los Alamos National Laboratory report LA-9665-MS (February 1983).

22.H.O. Menlove, "Description and Performance Characteristics for the Neutron Coincidence Collar for the Verification of Reactor Fuel Assemblies," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-8939-MS (August 1981).

23.C. Beets, "Optimization of NDA Measurements in Field Conditions for Safeguards Purposes," Centre D’Etude de L’Energie Nucleaire Third Progress Report BLG553 — Contract RB/2274 (January 1982).

24.H.O. Menlove and A. Keddar, "Field Test and Evaluation of the IAEA Coincidence Collar for the Measurement of Unirradiated BWR Fuel Assemblies," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-9375-MS (December 1982).

25.H.O. Menlove, "Passive/Active Coincidence Collar for Total Plutonium Measurement of MOX Fuel Assemblies" Los Alamos Scientific Laboratory report LA-9288-MS (May 1982).

26.H.O. Menlove and A. Keddar, "Field Test and Evaluation of the Passive Neutron Coincidence Collar for Prototype Fast Reactor Fuel Subassemblies," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-9449-MS (August 1982).

27.J.E. Stewart, N. Ensslin, H.O. Menlove, L.R. Cowder, and P.J. Polk, "Confirmato-

ry Measurement of UF6 Using the Neutron Self-Interrogation Method," Proc. Inst. Nucl. Math. Manage. Conference, Albuquerque, New Mexico, July 1985, Los Alamos National Laboratory document LA-UR 85-2567.