Expert Assessment of the Current Criticality Level of Clusters of Fuel-Containing Materials after the New Safe Confinement Installing

Ye. D. Vysotskyi, K. О. Sushchenko, R. L. Godun

Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants, NAS of Ukraine,
36a, Kirova st., Chornobyl, 07270, Ukraine

DOI: doi.org/10.31717/2311-8253.20.1.6

Abstract

Results of the analysis and interpretation of changes of dynamics of the neutron flux density (NFD) at points of neutrons activity monitoring (which are located on the periphery of main clusters of fuel-containing materials, FCM) are presented. The presence of a constant growth trend in the dynamics of the NFD can be caused by an increase of the effective multiplication coefficient (​\( K_{ef} \)​) in the process of water loss by a waterlogged breeding medium (FCM clusters). Under the condition of the presence of a critical composition in the penetration zone of the sub-reactor plate of the reactor shaft and the continued introduction of positive reactivity into this breeding medium, there are risks of an emergence of uncontrolled self-sustaining chain reaction (SCR) of neutron fission with difficultly predictable consequences. Thus, the change of neutron-physical parameters (due to changes of storage conditions) of nuclear hazardous fissile materials (NHFM) clusters requires an effective procedure for identifying the achievement of dangerous values of the subcriticality level. In connection with this, an algorithm for assessing the current and forecasted level of subcriticality of the NHFM cluster according to the NFD dynamics (recorded at the periphery of this FCM) is proposed. The proposed algorithm is based on the use of existing dependencies (obtained from the results of calculation and experimental work), as well as taking into account the kinetics of the neutron activity of the breeding system. For the version of material model of a NHFM cluster, the conservative estimates of the positive reactivity input rate as well as the time to reach emergency values of subcriticality due to the water loss in breeding medium were obtained. Under the assumption of a constant rate of the water concentration decrease in breeding medium, the conservative estimate of rate of positive reactivity introduction (according to the current registered NFD dynamics) did not exceed 10^-7 ​\( \beta \)​/s. Thus, at the maximum rate of reactivity input, the current period for NFD doubling is at least 2 years, which allows for the detection of emergency values to take measures on criticality parameters suppression. For effective timely identification of dangerous changes in the level of subcriticality of NHFM clusters, it is recommended to introduce the proposed methodology into the software of a state nuclear safety monitoring system of the Shelter object.

Keywords: subcriticality level, unorganized accumulations of fuel containing materials, neutron flux density dynamics, leakage neutron flux density, estimation of subcriticality level.

References

1. Высотский Е. Д. Локализация ядерно-опасных скоплений топливосодержащих материалов / Е. Д. Высотский, А. А. Ключников, В. А. Краснов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2007. — Вип. 7. — С. 66-75.

2. Михайлов А. В. К вопросу о материальных и энергетических источниках образования топливосодержащих материалов во время аварии на 4-м блоке ЧАЭС/ А. В. Михайлов // Ядерна фізика та енергетика. — 2016. — Т. 17, № 4. — С.54-363.

3. Гончар В. В. Исследование некоторых физических характеристик ЛТСМ объекта «Укрытие» / В. В. Гончар, A. Н. Двоеглазов, А. В. Жидков // Объект «Укрытие» — 10 лет. Основные результаты научных исследований. — 1996. — С. 173-182.

4. Наноразмерные поровые каналы как составляющая порового пространства лавообразных топливосодержащих материалов объекта «Укрытие» / С. В. Габел-ков, А. А. Ключников, Е. Е. Олейник, П. Е. Пархомчук, Г. Ф. Чемерский, В. Н. Щербин // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2014. — Вип. 22. — С. 70-73.

5. Фролов В. В. Аномальный инцидент 27-30 июля 1990 г. в объекте «Укрытие» Чернобыльской АЭС / В. В. Фролов // Атомная энергия. — 1996. — Т. 80, вып. 3.

6. Боровой А. А. Опыт Чернобыля (работы на объекте «Укрытие») / А. А. Боровой, Е. П. Велихов. Ч. 1. — М. : НИЦ «Курчатовский институт», 2012. — 168 с.

7. Нейтронно-физические характеристики ядерноопасных скоплений топливосодержащих материалов / Е. Д. Высотский, А. А. Ключников, В. Н. Щербин, B. Б. Шостак // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2009. — Вип. 12. — С. 93-102.

8. Ядерно-опасные скопления топливосодержащих материалов в разрушенном четвертом блоке Чернобыльской АЭС / Е. Д. Высотский, А. А. Ключников, А. С. Лагунен-ко и др. // Радиохимия. — 2011. — Т. 53, № 2. — С. 178-183.

9. Высотский Е. Д. Динамика нейтронной активности и подкритичность ядерно-опасного скопления в условиях комплекса НБК-ОУ / Е. Д. Высотский, Р. Л. Годун, А. А. Дорошенко // Проблеми безпеки атомних елек-тро-станцій і Чорнобиля. — 2018. — Вип. 30. — С. 76-86.

10. Бабенко В. О. Вивчення можливості виникнення, розвитку та властивостей самопідтримної ланцюгової реакції в паливовмісних масах об’єкта «Укриття» / В. О. Бабенко, В. М. Павлович // Ядерна фізика та енергетика. — 2018. — Вип. 3. — С. 254-266.

11. Шостак В. Б. Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасные скопления топливосодержащих материалов в объекте «Укрытие» / В. Б. Шостак, В. Н. Щербин, Е. Е. Олейник // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2014. — Вип. 22. — С. 98-110.