Układy podkrytyczne sterowane akceleratorem (ADS) są, ze względu na zwiększone bezpieczeństwo pracy takiego układu, jedną z technologii mających służyć transmutacji wypalonego paliwa jądrowego. Jednym z kluczowych zagadnień związanych z ich rozwojem jest możliwość monitorowania reaktywności w trakcie pracy. Większość znanych metod wywodzi się z punktowego modelu kinetyki reaktora, który zakłada stałość w przestrzeni parametrów pracy reaktora. Przybliżenie takie sprawdza się w przypadku reaktorów krytycznych, czy też w stanie bliskim krytyczności. Ich zastosowanie w układzie podkrytycznym sterowanym akceleratorem wymaga wcześniejszej walidacji eksperymentalnej. Opisane w pracy eksperymenty zostały przeprowadzone w dwóch reaktorach: YALINA-Booster oraz GUINEVERE. Przetestowane techniki pomiaru obejmowały metodę Simmonsa-Kinga, metodę Sjöstranda, metodę source-jerk oraz metodę mnożenia źródła. Poza sprawdzeniem możliwości pomiaru stałej wartości reaktywności przeprowadzono pierwsze testy pomiaru zmieniającej się reaktywności. Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że obserwowane są wyraźne efekty przestrzenne, uzależniające wynik pomiaru od położenia detektora. Opracowane zostały jednak odpowiednie metody ich korekcji. Po ich zastosowaniu określenie reaktywności układu podkrytycznego było możliwe. Wysunięto również szereg wniosków oraz zaleceń do dalszych prac rozwojowych, które mogą zostać wykorzystane do opracowania metodologii pomiaru reaktywności w układach podkrytycznych.
Reactivity measurement techniques in accelerator-driven systems
The accelerator-driven systems (ADS), due to their enhanced safety parameters, are one of the technologies proposed for transmutation of nuclear waste. One of the key aspects in ADS development are techniques for the online reactivity monitoring. There are several established methods for reactivity measurement. However, those methods are derived from the point kinetic model, which assumes the reactor kinetic parameters as space independent. The experimental validation of their suitability for subcritical systems is therefore required. Selected methods were tested in two experimental facilities: YALINA-Booster and GUINEVERE. Reactivity determination techniques used included the Simmons-King method, the Sjöstrand method, the source- jerk method and the source multiplication method. What is important, not only the static reactivity measurements were performed, but also, for the first time, the dynamic measurements of varying reactivity. The experiments revealed that strong spatial effects are observed. Measured values are dependent on detectors position. Adequate correction methods were therefore proposed an successfully tested. After corrections determination of core reactivity was possible. The results of this work, its conclusions and several areas pointed out for future work can contribute to the development of the final online reactivity monitoring system for the accelerator-driven systems.
