173089. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nukleáris fűtőelemek kiégési szintjének roncsolásmentes meghatározására
3 173089 A találmány további alapja az a felismerés, hogy küszöbdetektorok segítségével kiküszöbölhetők az 1 MeV alatti energiájú és igen nagy intenzitású gammasugarak, mert az izomer állapottal rendelkező atommagok geijeszthetősége rezonancia jellegű. Így az aktivációs nívó ismeretében meghatározhatók azok a körülmények, amelyeknél a kiégésre jellemző hasadási terméken keresztül mind a kiégés mértékére, mind a kiégés eloszlására értékelhető információ nyerhető. Fentiek alapján a találmány eljárás nukleáris fűtőanyagok kiégési fokának és a kiégés fűtőelemen belüli eloszlásának roncsolásmentes meghatározására izomer aktiváció útján. A találmány értelmében úgy járunk el, hogy a Ba-La-140 hasadási termék gamma-sugárzásával In-115, Cd-111, Rh-103 és/vagy Er-167 küszöbdetektorokat izomer állapotukra gerjesztünk, majd a felsorolt izomerek gamma-emissziója alapján mérjük az izomer aktiváció mértékét, az így kapott mérési eredményből meghatározzuk a fűtőelemben levő Ba- La-140 mennyiségét és ebből az üzemeltetési paraméterek figyelembevételével meghatározzuk a fűtőelem kiégésének mértékét és eloszlását. A találmány értelmében célszerűen úgy járunk el, hogy az adott felhasználási célra kiválasztott indium, kadmium, ródium és/vagy erbium elemekből, illetve ezek vegyületeiből a fűtőelem (köteg) méreteihez és alakjához alkalmazkodó huzalt, fóliát vagy tokozott pasztillát készítünk, amelyeket aktiválás céljából a fűtőelem-köteg belsejébe vagy felületére helyezünk, így a minták az 115 InÍT/y’)115 In m,111 Cd(7,-y’) ” 1 Cdm, 103Rh(7,7’)103Bhm, 16 ’Erfr.y)167ErTMreakciók alapján 4,5 órás, 49 perces, 57 perces, ill. 2,3 másodperces felezési idejű izomer aktivitásra tesznek szert (E. E Bowman and K- W. MacMurdo, Atomic Data and Nuclear Data Tables. Kiadó: Academic Press New York and London, 1974. 13. kötet, Nos. 2, 3). Ezután a nukleáris méréstechnikában szokásos módon méijük a besugárzott minták izomer aktivációjának mértékét a fenti izomerek ismert 336 keV-es; 151 és 245 keV-es; 21 keV-es; ill. 208 keV-es gamma-sugárzásán keresztül. Relatív mérés esetén — azonos besugárzási és mérési körülményeket biztosítva — a gamma-intenzitások összehasonlításával meghatározzuk a kiégési szintet, a fűtőelem hossztengelye mentén elhelyezett mintasorozattal pedig a kiégés fűtőelemen belüh eloszlását. Az izomer aktiváció mértékének abszolút értékéből magfizikai adatok segítségével kiszámíthatjuk a megfelelő fűtőelem-rész Ba-La-140 aktivitását, s ebből további adatok (hasadási hozam, üzemviteli paraméterek stb.) felhasználásával a kiégés abszolút mértékét határozhatjuk meg. A találmány szerinti eljárás főbb előnyei a következők: a) Az ismert roncsolásmentes, a fűtőelem gammasugárzását közvetlenül mérő módszereknél, illetve mérőrendszereknél jóval egyszerűbb, és a mérés gyakorlatilag zavarmentes, mert az eljárásban használt rezonancia küszöbdetektorok az 1 MeV alatti, óriási intenzitású gamma-vonalakat nem érzékelik. b) A minták elhelyezése és a besugárzás a fűtőelemtárolóban viszonylag könnyen megvalósítható, az izomeríntenzítás-mérésekhez pedig a szokásos spektrométerek használhatók. 4 c) A járulékos anyag-, berendezés-, stb. költség csekély. d) Néhány napos hülési idő után az izomer-aktiválás elvégezhető; ez alatt az idő alatt a besugárzást zavaró rövidebb felezési idejű, 1 MeV feletti energiájú gamma-vonallal rendelkező hasadási termékek gyakorlatilag teljesen elbomlanak, vagy pedig ilyen vonalaik intenzitása nagymértékben csökken. ej A besugárzás és az intenzitás-mérések viszonylag gyorsan végezhetők: elegendő 10—30 perces besugárzás, illetve 5—10 perces intenzitás-mérés. f) A minták aktiválás után 2-3 nap alatt elbomlanak, így újból felhasználhatók. g) A módszer nemcsak a fűtőelemek kiégésére, hanem a reaktorból kivett fűtőelemekben a hőteljesítmény hatására bekövetkező Ba-La-140 migrációra (diffúzióra) is információkat szolgáltat. h) Az ismert módszereknél pontosabban teszi lehetővé a Ba-La-140 aktivitásmérését, ill. abból a kiégési szint meghatározását. A találmány szerinti eljárás foganatosítására az alábbi kiviteli példát adjuk meg. Példa E példában egy általunk végzett modellkísérlet alapján becslést adunk arra a - fűtőelem egységnyi hosszára eső - minimális Ba-La-140 aktivitásra, amely egy szokásos tömegű indium-mintában olyan izomer aktivitást kelt - viszonylag rövid besugárzási idő alatt —, hogy az izomer gamma-sugárzás intenzitását általánosan használt Ge(li)-spektrométerrel mérve az intenzitás-különbségből a kiégési szint 5%-nál nagyobb eltérése is kimutatható. a) A lantán-forrás adatai: összetétel La2 O3 tömeg 20 g La-tartalom 17 g méret; alak: 10 cm3 henger 0 21 mm m 30 mm sűrűség (átlag) 2g/cm3 sűrűség-inhomogenitás 10% tokozás 1,3 mm-es alumínium-kapszula aktivitás 450 Ci (termikus neutron-tn=3,5xl013ncm'2 s'1;-fluxus) t = 72 óra A= 10,7 Ci/g 1013-on fluxusban fajlagos aktivitás 150 Ci/cm A természetes összetételű In-minta adatai: tömeg 10g In-115 tömege 9,6 g méret 31x32x1,4 mm alak lemez In-115 (metastabil) felezési idő 4,5 óra gamma-sugárzás energiája 336 keV 1 átmenethez tartozó gyakoriság 45% 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
