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Reactor noise analysis for a graphite-moderated and -reflected core in KUCA

KUCAにおける黒鉛減速反射炉心のための炉雑音解析

左近 敦士*; 中嶋 國弘*; 高橋 和暉*; 芳原 新也*; 佐野 忠史*; 深谷 裕司  ; 橋本 憲吾*

Sakon, Atsushi*; Nakajima, Kunihiro*; Takahashi, Kazuki*; Hohara, Shinya*; Sano, Tadafumi*; Fukaya, Yuji; Hashimoto, Kengo*

黒鉛反射熱中性子炉では、燃料領域から遠くに配置された検出器であっても、ある程度の相関振幅を検出する可能性がある。これは、黒鉛中の中性子の平均自由行程が水やポリエチレンよりも長いためである。そこで、本研究の目的は、原子炉騒音分析のためのグラファイト反射器への中性子検出器配置の高い柔軟性を実験的に確認することである。京都大学臨界集会(KUCA)の黒鉛減速反射炉心において炉雑音解析を実施した。BF$$_{3}$$比例中性子計数管(直径1インチ)を黒鉛反射領域に配置し、検出器を炉心からそれぞれ約35cmと30cmの厚さの黒鉛で隔離した。臨界状態と未臨界状態で、検出器からの時系列信号データを取得し、高速フーリエ変換(FFT)アナライザーにより分析し、周波数領域でのパワースペクトル密度を取得した。炉心から遠く離れた検出器から得られたパワースペクトル密度には、有意な相関成分を含むことが確認できた。また、パワースペクトル密度理論式にデータに最小二乗法で適合さることにより、即発中性子減衰定数を決定した。臨界状態での減衰定数は63.3$$pm$$14.5[1/s]となった。2つの検出器間の相互パワースペクトル密度とコヒーレンス関数データから決定された減衰定数とよい一致を示した。予想通り、炉心から約35cmの位置に検出器を設置することで、原子炉のノイズ解析が可能であることが確認された。

In graphite-reflected thermal reactors, even a detector placed far from fuel region may detect a certain degree of the correlation amplitude. This is because mean free path of neutrons in graphite is longer than that in water or polyethylene. The objective of this study is experimentally to confirm a high flexibility of neutron detector placement in graphite reflector for reactor noise analysis. The present reactor noise analysis was carried out in a graphite-moderated and -reflected thermal core in Kyoto University Critical Assembly (KUCA). BF$$_{3}$$ proportional neutron counters (1" dia.) were placed in graphite reflector region, where the counters were separated by about 35cm and 30cm -thick graphite from the core, respectively. At a critical state and subcritical states, time-sequence signal data from these counters were acquired and analyzed by a fast Fourier transform (FFT) analyzer, to obtain power spectral density in frequency domain. The auto-power spectral density obtained from the counters far from the core contained a significant degree of correlated component. A least-squares fit of a familiar formula to the auto-power spectral density data was made to determine the prompt-neutron decay constant. The decay constant was 63.3$$pm$$14.5 [1/s] in critical state. The decay constant determined from the cross-power spectral density and coherence function data between the two counters also had a consistent value. It is confirmed that reactor noise analysis is possible using a detector placed at about 35cm far from the core, as we expected.

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