Optimization of the detection system for ¹⁶N registration along with coolant leaks in the WWER-1000 steam generator

Abstract

One of the methods of control of steam generator coolant flow from the primary circuit to the 2nd circuit is a measurement of the isotope ¹⁶N activity. Aim of this work is the optimizing of characteristics and placements of NaI(Tl) detectors. Radiation transport from steam-line volume to the detector by Monte-Carlo method is simulated using MCNP and PENELOPE packages. The special procedure, which can decrease a simulation time due to increasing numbers of "virtual detectors" arranged around steam-line irradiation source, is developed. Influence of the NaI detector thickness to the amount of absorbed photons, which ones characterized ¹⁶N evidence, co-called response function is investigated. Different variants of cylindrical detectors with constant volume, which have various diameter to the hight ratios is investigated. Arrangement of ones around steam-line irradiation source is optimized.

Одним з методiв контролю протiкання теплоносiя з 1-го у 2-й контур в парогенераторi реактора ВВЕР1000 є вимiрювання активностi iзотопу ¹⁶N. Метою цiей роботи є оптимiзацiя характеристик та розташування детекторiв з кристалами NaI(Tl). Методом Монте-Карло (у пакетах MCNP та PENELOPE) проведено моделювання транспорту випромiнювання з об’єму паропроводу у детектор. Розроблена методiка пришвидчення розрахункiв за рахунок збiльшення кiлькостi "вiртуальних детекторiв", що розташованi навколо випромiнюючого паропровiда. Виконано дослiдження впливу товщини детектора з NaI накiлькiсть фотонiв, що поглинаються, якi харатерiзують наявнiсть ¹⁶N – функцiя видгуку детектора. Дослiдженi варiанти цилiдрiчних детекторiв постiйного об’єму з рiзними вiдношеннями диаметру до висоти та оптимiзовано їх розтошування вiдносно паропроводу.

Одним из методов контроля протечек теплоносителя из 1-го во 2-й контур в парогенераторе реактора ВВЭР-1000 является измерение активности изотопа ¹⁶N. Целью настоящей работы является оптимизация характеристики размещения детекторов с кристаллами NaI(Tl). Методом Монте-Карло (в пакетах MCNP и PENELOPE) смоделирован транспорт излучения из объема паропровода в детектор. Разработана методика ускорения расчетов за счет увеличения количества "виртуальных детекторов", размещенных вокруг излучающего паропровода. Выполнено исследование влияния толщины детектора из NaI на количество поглощенных фотонов, характеризующих наличие ¹⁶N – функция отклика детектора. Исследованы варианты цилиндрических детекторов постоянного объема с различными отношениями диаметра к высоте и оптимизировано их размещение относительно паропровода.