Activity Characterization Studies in FiR 1 TRIGA Research Reactor Decommissioning Project

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6051-5
Title: Activity Characterization Studies in FiR 1 TRIGA Research Reactor Decommissioning Project
Author: Räty, Antti
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Doctoral Programme in Materials Research and Nanoscience
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd.
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-08-07
Belongs to series: Doctoral school in natural sciences dissertation series - URN:ISSN:2670-2010
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6051-5
http://hdl.handle.net/10138/314805
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: During normal operation of a nuclear reactor neutrons cause fission reactions in the uranium fuel producing energy. In addition, some of the neutrons from reactor core are also absorbed into the construction materials close to the core causing activating nuclear reactions in these materials. Radioactive characterization is the process of determining the radiological properties of reactor fuel and activated structural materials. In the early phase of a decommissioning project characterization is performed with non-destructive computational methods and by studying material samples collected from low-active outer parts of a reactor. FiR 1 is a TRIGA Mark II type research reactor operated by VTT Technical Research Centre of Finland. The reactor has been used for various research and education purposes and producing radioisotopes for both medical and industrial use for years 1962-2015. This thesis consists of the activity characterization work carried out in the FiR1 TRIGA research reactor decommissioning project during the years 2014-2019. Radionuclides in the spent nuclear fuel were studied with two separate burnup calculation models. The calculated nuclide inventories were also tested by applying them in a computational dose rate model. The results were compared with dose rates that had been measured earlier from individual fuel elements. Activated construction materials were studied by building a three dimensional neutron transport calculation model of the reactor structures to calculate the neutron fluxes during reactor operation. This data was combined with reactor operation history and material-specific activating impurity concentrations to model the production of different radionuclides in these materials. Conservative assumptions have been used especially regarding material compositions and operational history modelling simplifications to provide slightly overestimated activities. Measurements from active samples support the calculated results and indicate that the calculations have been conservative as intended. The results from activity characterization are used in a nuclear decommissioning project as input data for estimating the amount of radioactive waste, choosing optimal dismantling methods, planning the practical radiation safety during dismantling and estimating the long-term safety of final disposal of decommissioning waste. The thesis also briefly describes applying the results in these parts of the FiR 1 reactor decommissioning project.Normaalin käytön aikana ydinreaktorissa fissioreaktioista vapautuu neutroneita ydinpolttoaineeseen ja reaktorisydäntä ympäröiviin rakenteisiin aiheuttaen niissä aktivoitumisreaktioita. Käytetyn ydinpolttoaineen ja aktivoituneiden materiaalien nuklidivektoreiden ja kokonaisaktiivisuuksien tutkimusta kutsutaan aktiivisuuskarakterisoinniksi. Ydinlaitoksen käytöstäpoistoprojektin varhaisessa vaiheessa aktiivisuuskarakterisointia tehdään rakenteita rikkomattomalla laskennallisella menetelmällä ja laitoksen turvallisuuskriittisyydeltään vähäisistä rakenteista kerättyjä näytteitä analysoimalla. FiR 1 on teknologian tutkimuskeskus VTT:n operoima TRIGA Mark II -tyyppinen tutkimuskäyttöön suunniteltu 250 kW tehoinen ydinreaktori Espoon Otaniemessä. Reaktoria on käytetty erilaisiin tutkimus- ja koulutuskäyttöön sekä teollisuuden ja lääketieteen isotooppien tuottoon vuosina 1962-2015. Väitöskirjassa kuvataan FiR1-reaktorin käytöstäpoistohankkeessa vuosina 2014-2019 tehtyä aktiivisuuskarakterisointitutkimusta. Käytettyyn ydinpolttoaineeseen syntyneitä radionuklideja tutkittiin kahdella eri palamalaskentamenetelmällä. Lisäksi tuloksia sovellettiin laskennalliseen annosnopeustarkasteluun, jonka tuloksia verrattiin polttoaine-elementeistä aiemmin mitattuihin arvoihin. Aktivoituneita rakennemateriaaleja tutkittiin luomalla reaktorista kolmiulotteinen laskentamalli, jolla neutronien kulkeutumismallinnuksen avulla arvioidaan käytön aikana reaktorisydämessä syntyviä neutronivoita. Yhdistämällä tieto laitoksen käyttöhistoriaan ja rakennemateriaalien aktivoituvien nuklidien pitoisuuksiin voidaan mallintaa aktivoituminen eri rakenneosissa. Käyttöhistoriaan ja materiaalikoostumuksiin liittyvät yksinkertaistavat oletukset tehtiin konservatiivisesti. Kerätyistä materiaalinäytteistä tehdyt mittaukset tukevat laskennan tuloksia ja osoittavat konservatiivisuusoletukset realistisiksi. Aktiivisuuskarakterisoinnin tuottamia tuloksia käytetään lähtötietoina ydinreaktorin käytöstäpoistossa arvioidessa syntyviä radioaktiivisen jätteen määriä, sopivien purkumenetelmien valinnassa, suunnittelemaan purkutyöntekijöiden käytännön säteilysuojelu ja arvioidessa radioaktiivisen jätteen pitkäaikaisturvallisuutta loppusijoituksessa. Väitöskirjassa kuvataan lyhyesti myös tulosten soveltamista FiR 1 -reaktorin käytöstäpoistohankkeen näissä osa-alueissa.
Subject: fysiikka
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
ethesis_räty.pdf 5.033Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record