JPH0317115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料集合体の中性子増倍率測定法に関
する。

〔発明の技術的背景〕

燃料集合体の中性子増倍率（k_eff）は、燃料集
合体内の核分裂物質（フイツサイル）濃度と密接
な関係を有する量であるから、k_effを測定すれば
フイツサイル量を正確に評価することができる。

また、使用済燃料集合体にあつては、そのフイ
ツサイル量を知ることができれば、再処理工程に
おける臨界安全性を容易に確保することができ、
また核燃料の保障措置を十分に行なうことができ
る。また、それにより燃焼計算手法の妥当性を評
価することもできる。

ところが、現在燃料集合体のk_effを測定し得る
測定法は存在しない。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に基きなされたもので、燃
料集合体の中性子増倍率測定法を得ることを目的
としている。

〔発明の概要〕

本発明においては水中に被測定燃料集合体を配
置し、この燃料集合体を挟んで配置した中性子源
と中性子検出器とがある位置関係にある時の中性
子計数率φ₁と、前記両者のいずれか一方を被測
定燃料集合体の軸方向にかつ前記中性子源と前記
中性子検出器との間に介在する燃料集合体部の長
さが大きくなる位置に移動させた後の中性子計数
率φ₂との比の対数l_o（φ₁／φ₂）から、別に中性子
増倍率既知の燃料集合体を用いて求めた同一測定
条件におけるl_o（φ₁／φ₂）と中性子増倍率ｋとの
相関関係を通して前記被測定燃料集合体の中性子
増倍率を求めるようにして前記目的を達成してい
る。

〔実施例〕

被測定燃料集合体Ｆは水中におかれ、中性子源
Ｓおよび中性子検出器Ｄは燃料集合体Ｆの軸に垂
直な線上に、燃料集合体Ｆを挟んで配置されてい
る。本発明においては、対向状態での中性子計数
率測定と、中性子源Ｓを燃料集合体Ｆの軸方向に
ｈだけ移動させた時の中性子計数率測定とを行な
う。いずれの測定においても、中性子検出器Ｄに
は中性子源から放出され燃料集合体内でフイツサ
イルと反応することなく透過して来た中性子（本
明細書中で透過中性子と定義）と、中性子源Ｓか
らの中性子が燃料集合体内のフイツサイルに吸収
され、核分裂の結果生じた中性子またはその子孫
の中性子（本明細書中で分裂中性子と定義）とが
入来する。

而して、中性子源Ｓと中性子検出器Ｄとの間に
介在する燃料集合体部の長さl₃がl₄のように大き
くなるように中性子源と中性子検出器との距離を
大きくすると、透過中性子の割合は急激に低下す
るが、分裂中性子の割合はそれ程急激には低下し
ない。特にk_effが大きい程低下率は小である。

本発明者は実験の結果、測定体系を適切に選定
し、すなわち、中性子源Ｓと中性子検出器Ｄとの
間に介在される燃料集合体Ｆの長さを大きくし、
反応にあずからない中性子に対する反応にあずか
る中性子の比を大きくするようにすれば、前記２
つの測定値の比の対数を、k_effと直線関係を持つ
ものとなし得ることを発見した。

第２図は測定結果の一例を示している。被測定
燃料集合体は外径約12mmのAl被覆管に直径10mm
のUO₂ペレツトを充填した燃料棒を、格子ピツチ
15.2mmで水中に９×９の正方格子として配列して
構成した。被測定燃料集合体は同一の濃縮度の燃
料（未照射）で構成し、濃縮度は、１、２または
３重量％とした。燃料集合体の横断面の大きさは
（９×1.52）×（９×1.52）すなわち13.68cm×13.68
cmである。燃料集合体中心軸と中性子源の中心軸
および中性子検出器中心軸までの距離はいずれも
７×1.52＝10.64cmであつた。すなわち、l₁＝21.28
cmである。第１の測定では中性子源の中心の高さ
と中性子検出器中心の高さは同一（ｈ＝０）、第
２の測定ではｈ＝30cmとした。なお、中性子源の
軸方向長さは約1.0cm、中性子検出器の有感部の
長さは約10cmであつた。また、k_eff値は燃料組成
既知のため、計算で求めた。

第２図に示すような、２つの上述のような測定
条件に対する測定値（cps）₁と（cps）₂の比の対数
値が実効増倍率k_effによつて直線的に変化する現
象は、従来よく用いられてきた１点炉近似に基づ
く未臨界体系の中性子束に関する次式 φ＝βS／（１−ｋ） ……(1) 但し、φはcps、βは定数、Ｓは中性子源強度、
ｋはk_eff では説明できない。もし、この式を用いると、比
（cps）₁／（cps）₂はｋに無関係に一定になつてし
まうからである。

ところで、中性子増倍体系の大きさが有限で、
中性子源を局所的に配置したときの中性子束φを
上式で表わすには不充分で、各種の実験と解析に
検討を加え、 φ＝αS＋βS／（１−ｋ） ……(2) とすべきであることを本願発明者は発見した。こ
の式においてαSは増倍にあずからない中性子束
とみなすこともできる。中性子検出器や中性子源
を燃料集合体に対していかに配置するかによつて
α、βは変化する。例えば中性子源の近傍に中性
子検出器を配置すると、中性子増倍体系で増倍し
て中性子束より増倍に寄与していない中性子束の
方が大きくなり、αS≫βS／（１−ｋ）となる。
しかし、増倍特性を測定する目的ではそのような
構成は不都合で、中性子源と中性子検出器とは燃
料集合体を挟んで対向するように配置することに
なる。このような場合、多くの数値計算によると
αS≪βS／（１−ｋ）となり、αSの値は負の値に
なることもあることが判つた。βS／（１−ｋ）
は正の値である。したがつて(2)式は次のように書
くこともできる。すなわち、 φ＝βS／１−ｋ｛１＋α／β（１−ｋ）｝……（2a
） この式によると、｛１＋（α／β）／（１−ｋ）｝
は従来の理論式(1)に対する補正因子とみなすこと
ができる。

いま、式（2a）を２つの測定条件１と２に対
して書き、比をとると、αとβおよびφの値が変
化するので、 φ₁／φ₂ ＝β₁／β₂×｛１＋α₁／β₁（１−ｋ）｝／ ｛１＋α₂／β₂（１−ｋ）｝ ……(3) と書ける。増倍率測定に好適な条件では通常｜
α₁／β₁｜×（１−ｋ）および｜α₂／β₂｜×（１−
ｋ）の値は1.0に比べ可成り小さくなるので、(3)
式は次のように近似できる。すなわち、 φ₁／φ₂ ≒β₁／β₂×｛１＋（１−ｋ） （α₁／β₁−α₂／β₂）｝ ……（3a） ここで、｛ ｝内の第２項は1.0に比べて可成
り、ないし充分小さいことが上述から明らかであ
るため、（3a）式の対数をとつて｛ ｝部を展開
すると、 l_o（φ₁／φ₂） ≒l_So（β₁／β₂）＋（１＋ｋ） （α₁／β₁−α₂／β₂ ……(4) となる。α₁、α₂、β₁、β₂は測定条件で決まる定数
である。したがつて、(4)式は２つの状態での中性
子計数率の比の対数は中性子増倍率ｋに対し、ほ
ぼ直線関係にあることを示している。もし、(2)式
を用いないで(1)式を用いると、α₁＝α₂＝０である
ため、l_o（φ₁／φ₂）はｋに無関係に一定となり、
第２図の測定結果を説明できない。

本発明は上記実施例のみに限定されない。例え
ば、移動前の中性子源Ｓと中性子検出器Ｄは、燃
料集合体Ｆの軸に垂直な線上に配置されていなく
てもよい。また、中性子検出器を移動させるよう
にしてもよい。また、移動距離ｈは距離l₁の1/2
以下では中性子計数率の変化が少ないので、l₁の
長さ以上好ましくは1.5l₁以上とすることが望まし
い。

なお、移動前の中性子計数率と移動後の中性子
計数率との比の対数は、それぞれの位置での計数
率の対数の差に等しいので、測定を２点に限定せ
ず、多数の軸方向位置において中性子計数率の対
数を求め、それらのデータからフイツトして直線
を求め、その勾配をk_effと対応させるようにして
もよい。

また、使用済燃料の測定に際しては、組成の分
つている未照射の燃料集合体を使用して本発明を
実施し、較正曲線を作成しておけばk_effを容易に
求めることができる。

また、燃料バンドル内に中空管がある場合に
は、これを利用して本発明を実施することもでき
る。

〔発明の効果〕

上記から明らかなように、本発明によれば燃料
集合体のk_effを容易かつ正確に求めることができ
るので、例えば使用済燃料の再処理工程における
臨界安全性管理、核燃料保障措置を有効に行なう
ことができる。また、燃焼計算手法の妥当性の評
価も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の模式図、第２図はそ
の測定結果を示すグラフである。 Ｓ……中性子源、Ｄ……中性子検出器、Ｆ……
燃料集合体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水中に被測定燃料集合体を配置し、この燃料
   集合体を挟んで配置した中性子源と中性子検出器
   とがある位置関係にある時の中性子計数率φ₁と、
   前記両者のいずれか一方を被測定燃料集合体の軸
   方向にかつ前記中性子源と前記中性子検出器との
   間に介在する燃料集合体部の長さが大きくなる位
   置に移動させた後の中性子計数率φ₂との比の対
   数l_o（φ₁／φ₂）から、別に中性子増倍率既知の燃
   料集合体を用いて求めた同一測定条件におけるl_o
   （φ₁／φ₂）と中性子増倍率ｋとの相関関係を通し
   て前記被測定燃料集合体の中性子増倍率を求める
   ことを特徴とする燃料集合体の中性子増倍率測定
   法。