Атомная энергетика

Спектральные характеристики нейтронного поля в облучательной сборке.

Расчётный анализ экспериментальных данных по активационным инди­каторам из никеля, марганца, золота, вольфрама в центре контейнера с гидридом циркония позволяет проверить точность расчёта спектра нейтронов. Указанные индикаторы обладают различной чувствительностью к разным областям спектра, так сечение реакции  58Ni (n,p) имеет пороговую зависимость от энергии, а в сечениях остальных трех ярко выражена резонансная структура.

Так как в данной работе основной интерес представляет низкоэнергетическая часть спектра, то для сравнения расчётных и экспериментальных результатов скорости реакций были отнормированы на скорость реакции 58Ni (n,p).

В таблице 2 приведены результаты сравнения расчётных и экспериментальных данных по указанным реакциям. Расчётные значения получе­ны, используя метод Монте-Карло, (программа МССG). Следует отметить, что для индикаторов марганца и золота не приходилось вводить поправок на самоэкранировку сечений и эти результаты наиболее надёжны.

Таблица 2

Результаты сравнения экспериментальных и расчётных отношений сечений к сечению 58Ni (n,p) в центре облучательной сборки ячейка 174.

 Реакция

 Р/Э

59Mn (n,γ)

197Au (n,γ)

186W (n,γ)

0,99 -+ 7 %

1,16  -+ 7 %

0,70 -+ 8 %

 

В межтвэльном пространстве облучательной сборки в ячейке 174 были измерены функционалы: 8ƒ/5ƒ, 8c/5ƒ, 9ƒ/5ƒ, Coc/5ƒ.

Результаты сравнения полученных экспериментальных значений с данными расчёта, выполненными по программе MCCG даны в таблице 3.

Таблица 3

Результаты сравнения экспериментальных и расчётных отношений сечений

в межтвэльном пространстве облучательного устройства в ячейке 174.

Функционалы: iƒ/

 P/Э

8ƒ/

8с/

Coc/

9ƒ/

 0,86 -+ 3 %

1,27  -+ 4 %

0,74 -+ 4 %

0,81 -+ 4 %

Механизм формирования спектра нейтронов в данном случае еще более сложен, чем в центре облучательной сборки. Индикаторы располагались на границе двух зон ЗБО и экрана, спектр возмущен гидридом циркония (см. рис.4). Однако и в этом случае расчёт в пределах ~ 25 % описывает экспериментальные данные. Накопление 60Со на периферии облучательной сборки оказалось в 2 раза меньше по сравнению с её центром.

В заключение можно сделать вывод о достаточно надёжном предсказании активации кобальта в условиях сильного возмущения нейтронного поля гидридом циркония. Возрастание среднего сечения захвата кобальта на порядок по сравнению с сечением на спектре быстрого реактора предсказывается с точностью  ~ 20 %. В эксперименте подтверждена возможность достижения удельных активностей 60Со ~ 100 Ku/г. в реакторе БН-350 (зоне воспроизводства) при использовании для этих целей замедлителя гидрида циркония.

Возмущения нейтронного поля АЗ, вносимые облучательным

 устройством.

Облучательная сборка, содержащая замедлитель, возмущает нейтронное поле в окружающих её ТВС, вызывая увеличение скорости деления урана-235, что приводит к всплеску энерговыделения в этих сборках. Возрастание скорости захвата в уране-238 приводит к уве­личению накопления плутония-239 в соседних с облучательной сборкой ТВС.

Распределение скоростей 235U (n,f), 238U (n, γ) и других измерялось в центре активной зоны (в ячейках 166, 187) и на границе ЗБО и экрана (ячейки 173, 174) –см. таблица 4.

В таблице 4 приведены результаты измерений распределения скоростей реакций 235U (n,f), ест.U (n,f), 238U (n,f) , 238U (n,γ), и 59Co  (n,γ) в центральной области ЗМО. Результаты нормированы на значения скоростей реакций в 3 микроампуле ТВС ячейки 187 (см. рис. 5), наиболее удаленном от контейнера с гидридом циркония, где возмущение поля практически отсутствует. Расчёт распределений проводился с помощью программы КРАБ-1.

Для корректного учёта резонансного эффекта на границе двух сред были проведены расчёты поправки с помощью программ MMKFK и МКРА. Поправка для реакции деления урана-235 не велика.

Таблица 4.

Отношения расчётных и экспериментальных результатов распределения скоростей реакций в центральной области ЗМО.

 Ячейка

(микро­ампула)

 235U (n,f)

 Р/Э

 238U (n,γ),

 Р/Э

 ест.U (n,f),

 Р/Э

 59Co (n,γ),

 Р/Э

 166(1)

  187(1)

 187(2)

 187(3)

 1,04 -+ 2 %

  1,01 -+ 2 %

 1,00 -+ 2 %

 1,00

 0,87 -+ 3 %

  0,93 -+ 3 %

 1.04 -+ 3 %

 1,00

 0,91 -+ 3 %

  0,88 -+ 3 %

 0,95 -+ 3 %

 1,00

 1,10 -+ 4 %

  1,23 -+ 4 %

 1,00

 --

Некоторое завышение расчётных данных по распределению захвата в кобальте, как и занижение данных в случае деления урана-238, по-видимому, указывает на то, что реальный спектр нейтронов более жёсткий. В целом эксперимент показал достаточную надёжность расчётных данных по оценке возмущений в центре активной зоны. Всплеск энерговыделения при этом в ближайших ТВС составляет ~ 50 %. Расчёт возмущений при помещении облучательной сборки в первый ряд экрана (ячейка 174) более сложен, он был проведен по программе КРАБ-1 и программе МССG.

Результаты сравнения расчётных и экспериментальных данных для распределения скоростей реакций 235U (n,f), 238U (n,γ) в ячейках 174 и 173 (см. рис. 7), приведены в таблице 5. Для нормировки результатов взяты данные микроампулы 3 ТВС ячейки 173, наиболее удаленной от замедлителя облучательной сборки.

При установки облучательной сборки в 1-й ряд бокового экрана в ближай-шей с ней ТВС наблюдается всплеск энерговыделения также, как и в ЗМО ~ 50 %.

Таблица 5

Отношения расчётных и экспериментальных результатов скоростей деления урана-235 и захвата урана-238 в ячейках 174 и 173 (см. рис. 7 и 8).

 Ячейка (микроампула)

 235U (n,f), Р/Э

 238U (n,γ), Р/Э

174(1)

173(1)

173(2)

173(3)

1,08 -+ 2 %

1,07 -+ 2 %

 1,03 -+ 2 %

1,00

0,91 -+ 3 %

0,88  -+ 3 %

0,95 -+ 3 %

1,00

Выводы по наработке радиоактивного кобальта

Проведенные исследования и эксперименты подтвердили возможность производства на реакторе БН-350 радиоактивных источников 60Со с удельной активностью ~ 100 Кu/ /гр.

Использованные расчётные программы (обычно применяемые в реакторных расчётах) позволяют рассчитать удельную активность 60Со в облучательном устройстве с точностью ~ 20 % и предсказывают эффекты возмущения нейтронного поля и энерговыделения в окрестностях сборки с замедлителем с удовлетворительной точностью.


 

Рис. 5. Конструкция выемного контейнера

Рис. 6. Картограмма загрузки в активную зону и боковой экран ТВС с 

 измерительными ампулами.

 

Рис. 7. Расположение детекторов в ТВС ячеек 173, 174, 175.

 

Рис. 8. Расположение детекторов в ТВС ячеек 187 и 166.

Ядерные реакторы