On-line Reactivity Monitoring System in Accelerator-Driven Systems

Accelerator Driven Systems (ADS) are one of technologies proposed for transmutation of spent nuclear fuel. It is a relatively new concept consisting of subcritical reactor and spallation neutron source driven by proton accelerator. The benefit of operating in subcritical state are enhanced safety properties. However, the distance to criticality should be a known value during the system’s operations. Therefore there is need to develop the reactivity monitoring system for ADS. Due to fact that most known methods of measuring the reactivity are based on point kinetic model there is a need to validate their suitability for ADS. The appropriate experiments were carried out in two experimental reactors. Tested methods included among others the Sjöstrand and source-jerk techniques. The results confirm that subcritical core kinetics differ from point kinetic model and measured reactivity value depends on the detector position. However this obstacle can be overcome by using proper correction techniques. They were successfully tested and accurate reactivity determination was possible. Another issue is possibility to measure the reactivity during system perturbation. Due to nature of delayed neutrons accurate measurement is not possible immediately after change of reactivity. More research is needed to confirm the possibility to compensate this effect. Finally, tested methods were proved to be useful in reactivity monitoring system, at least in steady state.

---

Układy podkrytyczne sterowane akceleratorem (ADS) są jedną z technologii mających służyć to transmutacji wypalonego paliwa jądrowego. Jest to stosunkowo nowa koncepcja zakładająca zastosowanie reaktora pracującego w stanie podkrytycznym oraz spalacyjnego źródła neutronów. Praca w stanie podkrytycznym znacząco zwiększa margines bezpieczeństwa pracy takiego układu. Ponieważ dystans do krytyczności powinien być zawsze znany, konieczne jest opracowanie systemu pomiaru reaktywności. Większość znanych metod pomiaru reaktywności wywodzi się z punktowego modelu kinetyki reaktora, dlatego konieczna jest ich walidacja pod katem użycia w układach podkrytycznych. Odpowiednie eksperymenty przeprowadzono z wykorzystanie dwóch reaktorów badawczych. Wśród testowanych metod były metody Sjöstranda ora source-jerk. Wyniki eksperymentów potwierdzają, że z uwagi na różnice w zachowaniu rzeczywistego układu od modelu punktowego, mierzona wartość silnie zależy od położenia detektora. Problem ten może zostać rozwiązany przez zastosowanie odpowiednich poprawek, które zostały z powodzeniem zweryfikowane. Kolejnym problemem jest pomiar reaktywności w trakcie zmiany jej wartości. Z uwagi na właściwości neutronów opóźnionych dokładny pomiar nie jest możliwy natychmiast. Możliwość skompensowania tego efektu powinna być jednym z tematów dalszych prac. Podsumowując, można stwierdzić, że przedstawione metody mogą zostać wykorzystane w systemie pomiaru reaktywności, przynajmniej do pomiaru stałej reaktywności.