18.3КОСВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫГОРАНИЯ ТОПЛИВА

Как описывается в разделе 18.2.3, при пассивном анализе нейтронного или гамма-излучения облученного топлива нельзя непосредственно измерить содержание делящихся элементов или выгорание топлива из-за высоких уровней окружающей радиации. В этом разделе рассматривается множество косвенных методик для качественного или количественного определения выгорания топлива, при применении многих из которых как раз используются высокие уровни окружающей радиации.

18.3.1 Физические атрибутивные признаки

Перед определением выгорания инспектор может провести идентификацию сборок облученного топлива и проверить их массы. Тепловыделяющие сборки представляют собой отдельные опечатанные единицы с идентификационными номерами. Если вода в бассейне выдержки чистая, идентификационный номер можно прочесть с помощью комплекта биноклей через плавающее плексигласовое окошко, используемое для устранения ряби. Если вода слишком грязная для того, чтобы осуществить эту простую проверку, можно использовать подводный перископ или видеокамеру, использующиеся на многих реакторных бассейнах выдержки. Информация о физической целостности тепловыделяющей сборки может быть получена с помощью динамометрического датчика для определения массы. Большинство бассейнов выдержки имеют крановый механизм для перемещения тепловыделяющих сборок, на котором можно смонтировать такой динамометрический датчик.

При визуальном контроле тепловыделяющей сборки обычно можно идентифицировать, была ли она в активной зоне реактора. Свежая тепловыделяющая сборка имеет блестящую поверхность, в то время как поверхность облученной тепловыделяющей сборки подвержена незначительному окислению, вызывающему появление тусклой красноватой пленки. Кроме того, на сборке облученного топлива может образоваться визуально определяемая корочка, и сборка может оказаться чуть искривленной или скрученной.

18.3.2 Черенковское излучение

Гамма-кванты продуктов деления или активации производят электроны, которые приводят к черенковскому излучению. Таким образом, измерения черенковского излучения можно использовать для идентификации присутствия материала, испускающего гамма-излучение. Эта косвенная характеристика может применяться для проверки сборок отработавшего топлива, хранящегося под водой [9 и 10].

Электромагнитное черенковское излучение образуется всякий раз, когда заряженная частица проходит через среду со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде. В воде фазовая скорость света составляет около 75 % от величины фазовой скорости в вакууме. Таким образом, например, любой электрон, проходящий через воду и имеющий кинетическую энергию, равную по крайней мере 0,26 МэВ, будет генерировать черенковское излучение. Сборки облученного топлива являются сильным источником бета-частиц, гамма-квантов и

нейтронов. Все три вида излучения могут непосредственно или косвенно образовывать черенковское излучение.

Наиболее значительное образование черенковского излучения происходит от высокоэнергетического гамма-излучения продуктов деления, которое взаимодействует с оболочкой топлива или водой из бассейна выдержки. При этом взаимодействии образуются электроны и позитроны в результате комптоновского рассеяния или других процессов. Расчеты количества фотонов черенковского излучения, генерируемых из этих бета-частиц, показывают, что образование черенковского излучения в диапазоне длин волн видимого света от 4000 до 6000 ангстрем (4Ч10-7 äî 6×10-7 м) пренебрежительно мало для гамма-квантов с энергией ниже 0,5 МэВ, но резко увеличивается с повышением энергии. Гамма-кванты с энергией 2 МэВ производят в 500 раз больше фотонов черенковского излучения по сравнению с гамма-квантами с энергией 0,6 МэВ.

Общий уровень черенковского излучения и его затухание во времени связаны с выгоранием. Сокрытие переключения ядерного материала либо путем подмены топливных сборок холостыми, либо неправильно заявленным значением выгорания затруднительно, если можно точно измерить интенсивность черенковского излучения.

18.3.3 Интенсивность гамма-излучения отдельных продуктов деления

Образование определенных продуктов деления может быть использовано в качестве количественной меры выгорания. Полная интенсивность гамма-излуче- ния определенного продукта деления может служить средством контроля выгорания, если удовлетворяются следующие условия [11]:

1.Продукт деления должен иметь равные выходы на деление основных делящихся изотопов урана и плутония. Если выходы сильно отличаются, то эффективный выход будет зависеть частично от характера протекания процесса в реакторе.

2.Сечение захвата нейтронов продуктом деления должно быть достаточно малым, чтобы концентрация исследуемого продукта деления была обусловлена только делением тяжелого элемента, а не вторичными реакциями захвата нейтронов.

3.Период полураспада продукта деления должен быть длительным по сравнению со временем облучения топлива, чтобы количество образованного продукта деления было приблизительно пропорционально числу деле ний.

4.Гамма-кванты продуктов деления должны обладать относительно высокой энергией (500 кэВ или больше), чтобы они могли покинуть топливный стержень. Для стержня оксидного топлива диаметром 1 см 39 % гамма-квантов изотопа 137Cs

ñэнергией 662 кэВ поглощаются внутри стержня. Это сильное поглощение приводит к тому, что измерение пассивного гамма-излучения тепловыделяющих сборок практически ограничивается внешними рядами стержней. Следующая сложность заключается в том, что неравномерный поток нейтронов во время облуче- ния может привести к неравномерному выгоранию внутри сборки. Это особенно верно для тепловыделяющих сборок реактора BWR, так как две стороны каждой сборки примыкают к регулирующим пластинам.