Способ контроля плотности потока тепловых нейтронов и устройство для его осуществления

Результат выполнения научно-исследовательской и конструкторской разработки. Способ контроля плотности потока тепловых нейтронов и устройство для его осуществления предназначен для повышения точности и надежности контроля плотности потока тепловых нейтронов при высокотемпературном облучении. Относится к средствам контроля плотности потока тепловых нейтронов и может применяться для мониторинга нейтронных потоков при высокотемпературных испытаниях ядерного топлива в исследовательских реакторах, включая промышленные испытания топливных сборок для энергетических реакторов, исследования радиационной стойкости конструкционных материалов. Способ контроля плотности потока тепловых нейтронов выполняют следующим образом. Транспортную магистраль изготавливают в виде газорегулируемого двухконцевого капилляра. При этом средний участок транспортной магистрали выполняют из тугоплавкого материала и помещают во внутренний объем капсулы с топливных образцов (ТО). В качестве делящегося детектора (ДД) используют капсулированное микросферическое топливо. ДД при помощи инертного газа доставляют в средний участок транспортной магистрали со скоростью, не превышающей 20 м/с, и фиксируют его на период Т1 для облучения тепловыми нейтронами. По окончании облучения осуществляют эвакуацию ДД к месту регистрации активности реперных радионуклидов. По истечении времени Т2 осуществляют измерение активности реперных радионуклидов в ДД в месте регистрации. Исходя из полученных данных рассчитывается плотность потока тепловых нейтронов вблизи топливных образцов. Работа устройства осуществляется следующим образом. Вначале делящийся детектор (ДД), в качестве которого используется капсулированное микросферическое топливо (например, микротвэл для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора), вручную помещается в камеру загрузки, снабжённую герметизирующей пробкой. Камера соединена с одним из концов транспортной магистрали, выполненной в виде газорегулируемого двухконцевого капилляра с внутренним диаметром 1,5–1,6 мм и общей длиной около 30 м. Средняя часть капилляра, изготовленная из тугоплавкого материала (например, молибдена длиной 70 мм), размещена внутри капсулы с топливными образцами, где происходит высокотемпературное облучение. Подача газообразного гелия из баллона под избыточным давлением 0,2 бар в камеру загрузки обеспечивает перемещение ДД по капилляру. Скорость транспортировки не превышает 20 м/с, что регулируется системой дистанционно управляемых электроклапанов. Детектор фиксируется в зоне облучения (внутри капсулы с ТО) с помощью дроссельной шайбы, где находится в течение времени Т₁, подвергаясь воздействию потока тепловых нейтронов. После завершения экспозиции электроклапаны переключаются, и под действием давления гелия ДД транспортируется к месту регистрации активности реперных радионуклидов. Там с помощью полупроводникового детектора гамма-спектрометрического устройства проводится измерение активности радионуклидов в течение времени Т₂. По окончании измерений детектор перемещается форвакуумным насосом в приёмный контейнер для временного хранения, что контролируется по снижению мощности дозы гамма-излучения вблизи места регистрации. После этого все электроклапаны закрываются, и система готова к загрузке следующего детектора. Плотность потока тепловых нейтронов рассчитывается по формуле, учитывающей измеренную активность реперного радионуклида, исходное количество ядер нуклида-мишени, сечение активации, постоянную распада, а также время экспозиции и задержки до начала измерения. Техническим результатом является ускорение и упрощение процесса измерения, расширение функциональных возможностей, повышение точности измерения плотности потока тепловых нейтронов, а, следовательно, повышение надежности контроля энерговыделения и выгорания в ТО на любом этапе облучения. Разработка защищена патентом РФ № 2787139.