В ДИАПАЗОНЕ ЭНЕРГИЙ 740¸800 КЭВ
О. Е. АТНЮКОВА
Научные руководители А. В. БУШУЕВ, В. Н ЗУБАРЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВОЗМОЖНОСТЬ КОНТРОЛЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ ПЛУТОНИЯ И УРАНА В МОХ-ТОПЛИВЕ ПО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЮ ПЛУТОНИЯ -239 И УРАНА-238
В ДИАПАЗОНЕ ЭНЕРГИЙ 740¸800 КЭВ
Цель работы – исследование возможности определения Pu/U-отношения в МОХ-топливе по измерению гамма-излучения 238U и 239Pu в диапазоне энергий 740-800 кэВ. Рассмотрена возможность применения разрабатываемого метода для анализа МОХ-топлива с разными композициями.
Топливо из оксидов плутония и урана (смешанное или МОХ-топливо) используется для загрузки как в энергетические реакторы на тепловых нейтронах так и быстрых нейтронах, при этом доля плутония в топливе существенно различается. В исследованиях, проводимых в России, рассматриваются возможности применения для фабрикации твэлов из МОХ-топлива плутония различного качества (с разным изотопным составом), в том числе и выделенного из отработавших ТВС ВВЭР и БН, а также избыточного оружейного плутония. Для контроля различного МОХ – топлива могут потребоваться разные методы измерения. Их объединяет три общих требования:
- Метод должен быть неразрушающим.
- Результаты анализов должны иметь приемлемую точность.
- Время проведения единичного анализа должно быть небольшим.
Причины, вызывающие необходимость новой методической разработки:
- Согласно литературным источникам подход, основанный на измерениях в диапазоне энергий около 100 кэВ, может давать искаженные результаты.
- Используемое обычно мягкое гамма – излучение сильно поглощается в таблетках и твэлах, что может приводить к искажению полученных результатов.
- В применяемых методах уран определяют по излучению 235U (Eg = = 186 кэВ). Поэтому для расшифровки результатов нужно точно знать обогащение используемого урана, что затруднительно из-за малого содержания 235U в отвале, используемом для фабрикации МОХ-топлива.
Работа включала два этапа:
1. На первом этапе проводились измерения спектров гамма - излучения малых образцов урана и плутония и моделирование из них спектра излучения МОХ-топлива.
2. На втором этапе анализировались реальные спектры МОХ-топлива, измеренные в других организациях (рис. 1.).
Полученные результаты позволили сделать следующие выводы:
- Существует возможность определять относительное содержание плутония и урана по интенсивности гамма-пиков с энергией 769.4 кэВ 239Pu и 766.4 кэВ 238U (протактиния-234m). Эти пики легко разделить с помощью Ge-спектрометра. Такой подход применим для контроля образцов, изготовленных с использованием «чистого» плутония – оружейного или произведенного из топлива быстрых реакторов. Применимость метода для контроля МОХ-топлива из «грязного» плутония затруднена мешающим излучением 766.6 кэВ 238Pu.
Расход времени на измерение и достижимая точность результата зависит от массы измеряемого материала: погрешность измерения отдельного образца массой около 1 грамма длительностью 1 час составляет 5-10%. При измерении среднего соотношения для нескольких топливных таблеток (10 и более), целых твэлов или лотков с твэлами уменьшается время измерения и повышается точность результата.
Кроме того погрешность результата зависит от относительного содержания плутония, т. е. при анализе МОХ-топлива для быстрых реакторов достижимая точность значительно выше.
Рис. 1. Спектр гамма-излучения образца MOX-топлива
