В Национальном исследовательском ядерном университете "МИФИ" завершается разработка экспериментальной установки для неразрушающего контроля содержания урана в инновационных топливных компактах. Эти элементы предназначены для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, который станет основой для атомной энерготехнологической станции. Проект реализуется научной группой под руководством доцента кафедры теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов Татьяны Борисовны Алеевой.
Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор тепловой мощностью 200 МВт призван обеспечивать выработку тепла для крупномасштабного производства водорода. Температура гелия на выходе из активной зоны достигает 850 oC. На данный момент реактор находится на стадии проектирования, однако топливные элементы для него уже созданы и представляют собой уникальные графитовые цилиндры высотой 5 см и диаметром 12,5 мм. Внутри компактов распределены шарики с кернами из диоксида урана в многослойной керамической оболочке.
Разработанная установка основана на активном нейтронном методе. Партия компактов облучается внешним источником нейтронов, которые вызывают деление урана. Регистрация нейтронов деления позволяет определить интенсивность отклика и, соответственно, количество урана в партии. Для создания потока нейтронов используется экспериментальная установка, включающая графитовый куб массой около 3 тонн и расположенный в нем плутоний-бериллиевый радиоизотопный источник нейтронов. Нейтроны с жестким энергетическим спектром (средняя энергия около 4,5 МэВ) замедляются в графите и попадают в измерительную полость с компактами, где происходит реакция вынужденного деления.
Для регистрации быстрых нейтронов над графитовым кубом размещен блок детектирования на основе гелиевых счетчиков, находящихся в полиэтиленовом замедлителе. Между кубом и блоком детектирования установлен кадмиевый экран, поглощающий тепловые нейтроны от внешнего источника. Это снижает фон и улучшает соотношение полезного сигнала к фоновым сигналам.
Самым сложным этапом при конструировании было правильно выбрать материалы и геометрию измерительной системы, подобрать источник и выбрать его положение. Для этого проводились предварительные нейтронно-физические расчеты и экспериментальные исследования.
Установка позволит проводить контроль содержания урана в партии свежих топливных компактов перед их помещением в тепловыделяющие сборки, что является важным этапом технологической цепочки производства топлива для будущего высокотемпературного газоохлаждаемого реактора.
