Măsurări de flux - spectre de neutroni

1. METODA DIFERENŢEI ÎN CADMIU

Cunoaşterea distribuţiilor spaţială şi energetică ale neutronilor într-un reactor nuclear reprezintă prima etapă, şi cea mai importantă, în deter¬minarea parametrilor reţelei respective.

Bilanţul neutronic, comportarea în regimuri normale sau de avarie,, controlul şi reglajul puterii, instrumentaţia, precum şi termohidraulica zonei active a reactorului sânt condiţionate de cunoaşterea precisă a dis¬tribuţiei spaţio-energetice (uneori şi temporale) a neutronilor.

Descrierea flux-spectrului de neutroni, ea funcţie de stare a reacto¬rului, constituie o preocupare permanentă a fizicienilor şi de aceea s-au pus la punct diferite metode pentru determinarea acestuia.

S-a văzut că distribuţia energetică a neutronilor se poate reprezenta prin doi parametrii integrali: temperatura neutronică şi duritatea spectrului, adică raportul dintre fluxul epitermic şi termic.

În convenţia Westeott această distribuţie este considerată ca fiind suma dintre o distribuţie maxwelliană la o temperatură egală cu tempe¬ratura neutronilor (diferită de cea fizică a mediului împrăştietor, slab absorbant) şi o componentă în 1/Е, care poate fi scrisă ca

unde şi Ферi sânt fluxurile de neutroni termici şi, respectiv, epitermici, este o funcţie de unire, iar µkT este energia de tăiere între cele două distribuţii considerate.

Introducând relaţia (1) în (9.49) şi neglijând împrăştierea în foiţă şi corecţiile de activare, se obţine activarea sub forma

Se vede că activarea totală este suma a două componente, ce se datoresc reacţiilor cu neutroni termici şi, respectiv, epitermici.

Răspunsul unui detector, dat de relaţia (2) nu poate fi utilizat în determinările fluxurilor absolute sau relative, aceasta deoarece la defi¬nirea unui concept de reactor sânt necesare informaţii legate de valorile absolute ale fluxurilor termice, epitermice sau rapide, a hărţilor respec¬tive de flux sau a diferiţilor factori de dezavantaj, ca atare se impune o metodă de separare a componentelor termică si epitermică din relaţia (2).

În acest scop se utilizează cadmiul a cărui secţiune eficace are valori foarte mari pentru neutronii de energie E < 0,5 eV.

În acest fel cadmiul joacă rolul unui filtru pentru neutronii termici, fiind, practic, transparent pentru cei epitermici, ceea ce sugerează metoda de separare a celor două componente ale relaţiei (2). Metoda, numită metoda diferenţei în cadmiu, constă în activarea unei foiţe într-un câmp de neutroni cu şi fără cadmiu. Capsulele de cadmiu folosite au dife¬rite forme geometrice de grosimi variind intre 0,5 şi 1,5 mm.

Geometria, ca şi grosimea capsulelor de cadmiu sânt foarte importante, ele determinând energia de tăiere a cadmiului, adică a pragului inferior de energie, pentru care neutronii epitermici nu mai sânt absorbiţi.

Deoarece neutronii termici sânt absorbiţi în totalitate [1] relaţia [10.2) se reduce la

uude este grosimea capsulei de cadmiu, iar este coeficientul de absorbţie în cadmiu.

În relaţia (3) s-a introdus un factor de corecţie al cadmiului defi¬nit prin

În această relaţie s-a neglijat perturbarea data de activarea termică.

Factorul FCd ia în consideraţie capturile neutronice în cadmiu între energia de tăiere a spectrului epitermic şi energia de tăiere a cadmiului şi depinde de grosimea capsulei, grosimea foiţei tipul detectorului (foiţei), şi de funcţia de unire.

Activarea termică se poate obţine simplu din

În cazurile practice, pentru determinări de flux, se utilizează foiţe subţiri din elemente cu o secţiune eficace de tip şi capsule de cadmiu cu pereţi având o grosime mai mare de 0,5 mm. În aceste condiţii se poate arăta că transparenţa pentru neutroni termici este practic nulă.