Разработка и изготовление установки измерения массы ЯДН и активности отдельных нуклидов в емкостях ТРО, образующихся от разделки ОТВС реакторов АМБ, с использованием импульсного нейтронного метода

Бежунов Г.М., Богданов С.А., Волнистов Д.В., Мастеров А.В., Николаев С.А., Рыков Н.С., Чернов В.А. (АО «ГНЦ РФ – ФЭИ»), Кочерыгин М.В., Лачугин А.В., Самохвалов Л.А. (АО НПФ «Сосны»), Типоченков Е.Т. (НПО «Квант»)

Вопросы атомной науки и техники. Серия: ядерно-реакторные константы, № 4, 2025

PDF версия

Разработана, изготовлена и испытана система для измерений массы делящихся нуклидов (ДН) и активности отдельных нуклидов в твердых радиоактивных отходах (ТРО) в контейнерах до 500 литров, включая высокоактивные. Измерительная система включает импульсный нейтронный генератор (ИНГ) с выходом нейтронов 10⁸ с^–1, замедляющий нейтроны блок со счетчиками надкадмиевых нейтронов и измерительной камерой для размещения контейнеров, временной анализатор импульсов, промышленный компьютер с программой накопления и обработки временных спектров импульсов от регистрации нейтронов.

Выполнены экспериментальные и расчетные исследования для моделей контейнеров с ТРО объемом 100 и 500 л с матрицами из графита и стали различной плотности с содержанием ДН в количестве от 5 до 245 г с использованием аттестованных объектов (АО) и рабочих образцов (РО) на основе соединений урана и плутония различных геометрических размеров, характеристики которых определены по методикам на основе разрушающих измерений.

Определены параметры измерительной системы, включая значения отклика в единицах отсчетов в секунду на грамм ДН в контейнере и на нейтрон ИНГ. Время измерений при частоте запуска ИНГ 20 Гц с выходом нейтронов ~ 10⁷ н/импульс составляет 200 с.

Оценено влияние различных факторов на результаты измерений: влагосодержания матрицы, химического состава и плотности матриц, гетерогенности расположения ДН по пространству, наличия внутренних источников нейтронов, выгорания и начального обогащения урана в отработавшем ядерном топливе (ОЯТ).

Измерения массы делящихся нуклидов в контейнерах с помощью разработанной системы возможны для случая высокоактивных ТРО с присутствием в контейнере гамма-излучающих нуклидов и спонтанных источников нейтронов с интенсивностью до 5·10⁷ с^–1 на контейнер. Удельные активности нуклидов Cs-137 и Co-60 определяются по аттестованной методике измерений, разработанной AO «НПЦ «АСПЕКТ», г. Дубна, и ООО «ЛСРМ», п. Менделеево, с использованием трех гамма-спектрометрических модулей с детекторами CdZnTe производства AO «НПЦ «АСПЕКТ», г. Дубна.

Полученные результаты использованы при разработке методики измерений удельной активности и количества ЯМ в емкостях с ТРО, разработанной и аттестованной АО «ГНЦ РФ – ФЭИ».

Методические работы выполнены специалистами АО «ГНЦ РФ – ФЭИ», конструкторские работы и изготовление установки – АО «НПФ «Сосны», разработка и изготовление блоков детектирования нейтронного излучения и вторичной электронной аппаратуры – АО НПО «КВАНТ».

Ключевые слова: твердые радиоактивные отходы, реакторы АМБ, делящиеся нуклиды, активный нейтронный метод, импульсный нейтронный генератор, борные счетчики нейтронов, временной анализ, мгновенные нейтроны деления, эффективность регистрации нейтронов, MCNP, высокоактивные отходы, гамма-спектрометрия.