Published September 1967 | Version v1
Book

Experimental Determination of the Neutron Characteristics of UO2-PuO2-H2O Lattices

  • 1. Centre d'Etude de l'Energie Nucleaire, Mol (Belgium)

Description

As part of the investigation, in the VENUS test facility, of the variably moderated core of the BR3/VULCAIN reactor, a fuel assembly consisting of 37 UO2-PuO2 pins (94% natural UO2, 6% PuO2 ) was substituted for one of the enriched (to 7% 235U) UO2 fuel assemblies constituting the reactor core. Experiments were carried out with the object of refining the mathematical models for calculating the performance of this special assembly; inter alia, the fission density distribution and the changing ratio of the effective cross-sections for fission in the 233Pu and 235U were measured. Using the same critical facility, the authors are carrying out a critical experiment related directly to the problems of plutonium recycling in pressurized light-water thermal reactors. Three types of fuel are being used: UO2-PuO2 with 3% 235U and 1% fissile plutonium, UO2-PuO2 with 2% 235U and 2% fissile plutonium, and UO2 with 4% 235U. The two UO2-PuO2 mixtures have completely different isotopic contents of 240Pu: 7% and 17%. In the first part of the experimental programme, a study is being made of regular lattices in cores having two co-axial cylindrical zones: a UO2-PuO2 zone and a UO2 zone. Particular attention is being paid to investigating the region on either side of the interface separating the two zones, where the neutron spectrum reflects the characteristic energy distributions in each of the two lattices. The experimental results are to be used in calibrating the computational methods. In the second part of the experimental programme, parts of the core of the SENA power reactor will be simulated with a view to studying the problems of reloading one third of the core with mixed UO2-PuO2 fuel. Among the experimental techniques employed in these various experiments emphasis is given to those most specifically related to the presence of plutonium: fission density measurements by direct counting of the fission products formed in the mixed fuel as a result of irradiation, and measurements of spectral indices by means of fission detectors and detectors having resonances close to those of the isotopes of plutonium. The optimum conditions for applying these techniques are described and the effect on the fuel cycle of uncertainties in the values for the spectral indices (ratios of cross-sections) is discussed. A brief reference is finally made to a programme of sub-critical experiments conducted hitherto with two batches of UO2 fuel enriched to 5% and 7% 235U, and having the purpose of studying possible methods of exciting a sub-critical lattice by means of an external neutron source in pulsed and modulated operation. The aim of this programme is to ascertain to what extent these methods, which employ a quantity of fuel considerably less than the critical mass, can help in determining the characteristics of a lattice. The advantages of such methods are particularly obvious in the case of plutonium fuels. (author)

Abstract (French)

Au cours de l'etude dans l'installation critique VENUS du coeur a moderation variable du reacteur BR3/VULCAIN, un assemblage combustible constitue de 37 crayons UO2-PuO2 (94% UO2 naturel, PuO2) a ete substitue a un des assemblages combustibles UO2 enrichi a 7% 235U constituant le coeur de ce reacteur. Des experiences ont ete effectuees dans le but de permettre l'ajustement des modeles du calcul des performances de cet assemblage special: on a notamment mesure la distribution de la densite de fission ainsi que l'evolution du rapport des sections efficaces effectives de fission dans 239Pu et 235U. Une expérience critique directement orientée sur les problèmes de recyclage du plutonium dans les réacteurs thermiques à eau légère pressurisée est en cours d'exécution dans la même installation critique. A cette fin, on dispose de deux combustibles mixtes UO2-PuO2 enrichis respectivement à 3% 235U- 1% Pu fissile et 2% 235U-2% Pu fissile, et d'un combustible UO2 enrichi à 4% 235U; les teneurs isotopiques en 240Pu des deux combustibles mixtes sont en outre nettement différentes, respectivement 7 et 17%. Dans une première partie du programme, on étudie des réseaux réguliers dans des coeurs à deux zones cylindriques coaxiales, une zone UO2-PuO2 et une zone UO2 ; on s'attache particulièrement à explorer, de part et d'autre de la frontière commune à ces deux zones, la région de transition dans laquelle le spectre neutronique évolue entre les distributions énergétiques caractéristiques de chacun des deux réseaux. Les résultats expérimentaux sont destinés à l'étalonnage des méthodes de calcul. Dans une seconde partie du programme, on simulera des portions du coeur du réacteur de la centrale SENA afin d'étudier les problèmes particuliers au rechargement d'un tiers de ce coeur par du combustible mixte UO2-PuO2. Parmi les techniques expérimentales mises en oeuvre à l'occasion de ces différentes expériences, on met en évidence celles qui sont les plus spécifiques de la présence du plutonium: mesure de la densité de fission par comptage direct des produits de fission formés par irradiation dans le combustible mixte, mesure d'indices de spectre au moyen de détecteurs fissiles et de détecteurs présentant des résonances voisines de celles des isotopes du plutonium. Les conditions optimales d'application de ces techniques sont présentées; l'incidence des incertitudes affectant les résultats expérimentaux des indices de spectre (rapports de sections efficaces) sur le cycle du combustible est discutée. Enfin, on présente brièvement un programme d'essais sous-critiques conduit jusqu'à présent sur deux lots de crayons combustibles UO2 enrichi à 5 et 1% 235U, dans le but d'étudier les possibilités des méthodes consistant à exciter un réseau sous-critique au moyen d'une source extrinsèque de neutrons en régimes puisé et modulé. L'objectif de ce programme est d'apprécier dans quelle mesure ces méthodes, qui mettent en oeuvre une quantité de combustible sensiblement' inférieure à la masse critique, peuvent contribuer à la détermination des caractéristiques d'un réseau: dans le cas des combustibles plutoniféres, l'intérêt de telles méthodes serait particulièrement évident. (author)

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Determination Experimentale Des Caracteristiques Neutroniques De Reseaux UO

Publishing Information

Publisher
IAEA
Imprint Place
Vienna (International Atomic Energy Agency (IAEA))
Imprint Title
Plutonium as a Reactor Fuel. Proceedings of a Symposium on the Use of Plutonium as a Reactor Fuel
Imprint Pagination
876 p.
Journal Series
Proceedings Series
Journal Page Range
p. 85-107
ISSN
0074-1884

Conference

Title
Symposium on the Use of Plutonium as a Reactor Fuel
Dates
13-17 Mar 1967
Place
Brussels (Belgium)

INIS

Country of Publication
International Atomic Energy Agency (IAEA)
Country of Input or Organization
International Atomic Energy Agency (IAEA)
INIS RN
44073740
Subject category
S21: SPECIFIC NUCLEAR REACTORS AND ASSOCIATED PLANTS; S11: NUCLEAR FUEL CYCLE AND FUEL MATERIALS;
Resource subtype / Literary indicator
Conference
Quality check status
Yes
Descriptors DEI
BR-3 REACTOR; CHOOZ-A REACTOR; ENERGY SPECTRA; FISSION; FISSION PRODUCTS; FUEL ASSEMBLIES; NEUTRON SOURCES; NEUTRON SPECTRA; NEUTRONS; NUCLEAR FUELS; PLUTONIUM; PLUTONIUM 233; PLUTONIUM 240; PLUTONIUM OXIDES; REACTOR CORES; URANIUM 235; URANIUM DIOXIDE; WATER;
Descriptors DEC
ACTINIDE COMPOUNDS; ACTINIDE NUCLEI; ACTINIDES; ALPHA DECAY RADIOISOTOPES; BARYONS; BETA DECAY RADIOISOTOPES; CHALCOGENIDES; ELECTRON CAPTURE RADIOISOTOPES; ELEMENTARY PARTICLES; ELEMENTS; ENERGY SOURCES; ENRICHED URANIUM REACTORS; EVEN-EVEN NUCLEI; EVEN-ODD NUCLEI; FERMIONS; FUELS; HADRONS; HEAVY NUCLEI; HYDROGEN COMPOUNDS; INTERNAL CONVERSION RADIOISOTOPES; ISOMERIC TRANSITION ISOTOPES; ISOTOPES; MATERIALS; METALS; MINUTES LIVING RADIOISOTOPES; NUCLEAR REACTIONS; NUCLEI; NUCLEONS; OXIDES; OXYGEN COMPOUNDS; PARTICLE SOURCES; PLUTONIUM COMPOUNDS; PLUTONIUM ISOTOPES; POWER REACTORS; PWR TYPE REACTORS; RADIATION SOURCES; RADIOACTIVE MATERIALS; RADIOISOTOPES; REACTOR COMPONENTS; REACTOR MATERIALS; REACTORS; SPECTRA; SPONTANEOUS FISSION RADIOISOTOPES; THERMAL REACTORS; TRANSURANIUM COMPOUNDS; TRANSURANIUM ELEMENTS; URANIUM COMPOUNDS; URANIUM ISOTOPES; URANIUM OXIDES; WATER COOLED REACTORS; WATER MODERATED REACTORS; YEARS LIVING RADIOISOTOPES;

Optional Information

Contract/Grant/Project number
Contract 001-64-1 TRUB
Lead record
bmrn5-mty63
Notes
30 refs., 8 figs., 5 tabs.
Secondary number(s)
IAEA-SM--88/50