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Thermal Neutron Spectral and Spatial Distributions in Light-Water-Moderated Uranium Lattices; Distributions Spectrale et Spatiale des Neutrons Thermiques dans des Reseaux a Uranium et a Eau Leger; Spektral'noe i prostranstvennoe raspredelenie teplovykh nejtronov v uranovykh reshetkakh s vodnym zamedlitelem; Distribuciones Espectral y Espacial de los Neutrones Termicos en los Reticulados de Uranio Moderados por Agua Ligera

Conference:

Abstract

A review is presented of experiments on thermal neutron behaviour in light-water-moderated uranium lattices. The experiments are of two basic types: thermal utilization measurements, and spatial activation distributions of thermal neutrons in uniformly poisoned water media. The experiments have been designed to test the validity of present theoretical models by distinguishing spectral from spatial effects in a reactor environment. Comparisons have been made with theoretical models involving varying approximations to transport theory and the thermal neutron scattering kernel. The first set of experiments are activation measurements of thermal disadvantage factors in a variety of lattice cells of the TRX assembly, an H{sub 2}O-moderated, slightly enriched uranium reactor with cylindrical fuel rods arranged in a hexagonal array. Comparisons of the thermal utilization data were made with a Monte Carlo description. Two kernels, the Radkowsky and the Nelkin, were used. The Radkowsky kernel is a first order approximation which has been universally used in reactor design. The Nelkin kernel is a more recent and more detailed description of the scattering kernel. Since calculated thermal neutron absorption rates are sensitive to the choice of scattering kernel, particularly if the neutron flux spectrum is non-Maxwellian, another set of activation experiments was designed in the  More>>
Authors:
Hardy, J.; Volpe, J. J.; Klein, D.; Schmidt, E.; Gelbard, E. [1] 
  1. Bettis Atomic Power Laboratory, Pittsburgh, PA (United States)
Publication Date:
Feb 15, 1964
Product Type:
Conference
Report Number:
IAEA-SM-42/35
Resource Relation:
Conference: Symposium on Exponential and Critical Experiments, Amsterdam (Netherlands), 2-6 Sep 1963; Other Information: 10 refs., 10 figs., 5 tabs.; Related Information: In: Exponential and Critical Experiments Vol. II. Proceedings of the Symposium on Exponential and Critical Experiments| 494 p.
Subject:
73 NUCLEAR PHYSICS AND RADIATION PHYSICS; 22 GENERAL STUDIES OF NUCLEAR REACTORS; ABSORPTION; DISADVANTAGE FACTOR; EIGENVALUES; HOLLOW FUEL RODS; KERNELS; KEV RANGE; MONTE CARLO METHOD; NEUTRON FLUX; NEUTRON SPECTRA; NEUTRON TRANSPORT THEORY; P3-APPROXIMATION; REACTOR LATTICES; SCATTERING; SLIGHTLY ENRICHED URANIUM; SLOWING-DOWN; SPATIAL DISTRIBUTION; THERMAL NEUTRONS; THERMAL UTILIZATION; WATER MODERATED REACTORS
OSTI ID:
22121999
Research Organizations:
International Atomic Energy Agency, Vienna (Austria)
Country of Origin:
IAEA
Language:
English
Other Identifying Numbers:
Other: ISSN 0074-1884; TRN: XA13M2689078110
Submitting Site:
INIS
Size:
page(s) 339-359
Announcement Date:
Aug 27, 2013

Conference:

Citation Formats

Hardy, J., Volpe, J. J., Klein, D., Schmidt, E., and Gelbard, E. Thermal Neutron Spectral and Spatial Distributions in Light-Water-Moderated Uranium Lattices; Distributions Spectrale et Spatiale des Neutrons Thermiques dans des Reseaux a Uranium et a Eau Leger; Spektral'noe i prostranstvennoe raspredelenie teplovykh nejtronov v uranovykh reshetkakh s vodnym zamedlitelem; Distribuciones Espectral y Espacial de los Neutrones Termicos en los Reticulados de Uranio Moderados por Agua Ligera. IAEA: N. p., 1964. Web.
Hardy, J., Volpe, J. J., Klein, D., Schmidt, E., & Gelbard, E. Thermal Neutron Spectral and Spatial Distributions in Light-Water-Moderated Uranium Lattices; Distributions Spectrale et Spatiale des Neutrons Thermiques dans des Reseaux a Uranium et a Eau Leger; Spektral'noe i prostranstvennoe raspredelenie teplovykh nejtronov v uranovykh reshetkakh s vodnym zamedlitelem; Distribuciones Espectral y Espacial de los Neutrones Termicos en los Reticulados de Uranio Moderados por Agua Ligera. IAEA.
Hardy, J., Volpe, J. J., Klein, D., Schmidt, E., and Gelbard, E. 1964. "Thermal Neutron Spectral and Spatial Distributions in Light-Water-Moderated Uranium Lattices; Distributions Spectrale et Spatiale des Neutrons Thermiques dans des Reseaux a Uranium et a Eau Leger; Spektral'noe i prostranstvennoe raspredelenie teplovykh nejtronov v uranovykh reshetkakh s vodnym zamedlitelem; Distribuciones Espectral y Espacial de los Neutrones Termicos en los Reticulados de Uranio Moderados por Agua Ligera." IAEA.
@misc{etde_22121999,
title = {Thermal Neutron Spectral and Spatial Distributions in Light-Water-Moderated Uranium Lattices; Distributions Spectrale et Spatiale des Neutrons Thermiques dans des Reseaux a Uranium et a Eau Leger; Spektral'noe i prostranstvennoe raspredelenie teplovykh nejtronov v uranovykh reshetkakh s vodnym zamedlitelem; Distribuciones Espectral y Espacial de los Neutrones Termicos en los Reticulados de Uranio Moderados por Agua Ligera}
author = {Hardy, J., Volpe, J. J., Klein, D., Schmidt, E., and Gelbard, E.}
abstractNote = {A review is presented of experiments on thermal neutron behaviour in light-water-moderated uranium lattices. The experiments are of two basic types: thermal utilization measurements, and spatial activation distributions of thermal neutrons in uniformly poisoned water media. The experiments have been designed to test the validity of present theoretical models by distinguishing spectral from spatial effects in a reactor environment. Comparisons have been made with theoretical models involving varying approximations to transport theory and the thermal neutron scattering kernel. The first set of experiments are activation measurements of thermal disadvantage factors in a variety of lattice cells of the TRX assembly, an H{sub 2}O-moderated, slightly enriched uranium reactor with cylindrical fuel rods arranged in a hexagonal array. Comparisons of the thermal utilization data were made with a Monte Carlo description. Two kernels, the Radkowsky and the Nelkin, were used. The Radkowsky kernel is a first order approximation which has been universally used in reactor design. The Nelkin kernel is a more recent and more detailed description of the scattering kernel. Since calculated thermal neutron absorption rates are sensitive to the choice of scattering kernel, particularly if the neutron flux spectrum is non-Maxwellian, another set of activation experiments was designed in the TRX assembly to test the scattering kernel more directly. The experiments were performed under conditions in which the spectral distortion was largely caused by a uniform poison. Measurements were done in a 10-cm diameter, H{sub 2}O-filled tube mounted in the TRX lattice. The tube wall was filled with B{sup 10} powder, effectively decoupling the tube interior from the reactor lattice at energies below 10 keV. Relative thermal activation rates and radial shapes of spectrally sensitive detectors were measured in two cases having, respectively, a near Maxwellian (pure H{sub 2}O) and a spectrum strongly distorted by cadmium poison. Calculations with each kernel were done, for this experiment, in a 12-energy group, P{sub 3} approximation. The slowing-down source shape was obtained by means of an eigenvalue calculation of the spatial modal shapes, decaying exponentially in lethargy, which are sustained by the system, supplemented by measured epicadmium activation shapes. Between the poisoned and unpoisoned cases, calculated relative activation rates predicted by the two kernels differed by as much as 10%. Comparisons of the experimental results with calculations using the Radkowsky kernel and the Nelkin kernel were made. Results strongly favour the harder spectrum predicted by the Nelkin kernel. (author) [French] Les auteurs passent en revue certaines experiences sur le comportement des neutrons thermiques dans les reseaux a uranium et a eau legere. Les experiences sont de deux types principaux: mesures de l'utilisation thermique et mesures par activation de la distribution spatiale des neutrons thermiques dans un milieu aqueux uniformement empoisonne. Ces experiences ont ete concues pour verifier la validite des modeles theoriques actuels en separant les effets spectraux des effets spatiaux a l'interieur d'un reacteur. On a procede a des comparaisons avec des modeles theoriques impliquant differentes approximations touchant la theorie du transport et le noyau de diffusion des neutrons thermiques. La premiere serie d'experiences a consiste en mesures par activation des facteurs de desavantage pour le flux thermique dans differentes cellules du reseau de l'assemblage TRX, qui est un reacteur a uranium faiblement enrichi et a eau legere et dont les barreaux de combustible cylindriques sont disposes en un faisceau hexagonal. Les auteurs ont compare les mesures de l'utilisation thermique avec les resultats de calculs faits par une methode de Monte-Carlo. Ils ont fait usage du noyau de Radkowsky et du noyau de Nelkin. Le noyau de Radkowsky est une approximation de premier ordre, qui est utilise universellement pour l'etude des reacteurs. Le noyau de Nelkin est une description plus recente et plus detaillee du noyau de diffusion. Comme les taux d'absorption des neutrons thermiques obtenus par le calcul dependent du choix du noyau de diffusion, notamment lorsque le spectre du flux de neutrons est non maxwellien, on a concu une autre serie d'experiences d'activation a l'aide de l'assemblage TRX pour verifier le noyau de diffusion de facon plus directe. Ces experiences ont eu lieu dans des conditions ou la deformation spectrale etait essentiellement due a un empoisonnement uniforme. Les mesures etaient faites dans un tube rempli d'eau, de 10 cm de diametre, monte dans le reseau TRX. La paroi du tube etait remplie de {sup 10}B en poudre grace auquel l'interieur du tube se trouvait isole du reseau des reacteurs pour les energies inferieures a 10 keV. Les taux d'activation relatifs des neutrons thermiques et les formes radiales des detecteurs sensibles aux spectres ont ete mesures dans deux cas correspondant respectivement a une distribution pratiquement maxwellienne (H{sub 2}O pure) et a un spectre fortement deforme par la presence de cadmium. En vue de cette experience, on a procede a un calcul a 12 groupes a l'aide de chacun des noyaux avec une approximation P{sub 3}. La forme du milieu de ralentissement a ete obtenue par un calcul aux valeurs propres portant sur les formes des modes spatiaux que prend le systeme et qui decroissent exponentiellement selon la lethargie, calcul complete par les mesures des formes d'activation epicadmique. Selon que le milieu etait empoisonne ou non, les taux d'activation relatifs calcules a l'aide des deux noyaux accusaient une difference pouvant atteindre 10%, Les donnees experimentales ont ete compares aux resultats des calculs faits avec le noyau de Radkowsky et celui de Nelkin. La comparaison est nettement en faveur du spectre dur prevu grace au noyau de Nelkin. (author) [Spanish] Se exponen los experimentos realizados acerca del comportamiento de los neutrones termicos en los reticulados de uranio moderados por agua ligera. Los experimentos pertenecen a dos tipos principales: mediciones del grado de utilizacion termica y mediciones, por activacion, de la distribucion espacial de los neutrones termicos en un medio acuoso uniformemente envenenado. Esos experimentos se concibieron con miras a comprobar la validez de los actuales modelos teoricos, distinguiendo los efectos espectrales de los espaciales en el interior de un reactor. Se han efectuado eomparaciones con modelos teoricos que entraflan distintas aproximaciones relacionadas con la teoria del transporte y el nucleo de dispercion de los neutrones termicos. La primera serie de experimentos consistio en medir por el procedimiento de activacion los factores de desventaja termica en distintas celdas de reticulados del conjunto TRX, que constituye un reactor de uranio ligeramente enriquecido, moderado por H{sub 2}O, con barras de combustible cilindricas dispuestas en haces hexagonales. Los autores han comparado los resultados de las mediciones del grado de utilizacion termica con los datos de calculos efectuados con arreglo al metodo de Montecarlo. Utilizaron dos nucleos, el de Radkowsky y el de N elk in. El nucleo de Radkowsky constituye una aproximacion de primer orden que se viene utilizando umversalmente en el disello de los reactores. El nucleo de Nelkin, por su parte, representa una descripcion mas reciente y mas detallada del nucleo de dispersion. Dado que los indices de absorcion calculados para los neutrones termicos dependen de la eleccion del nucleo de dispersion, especialmente si el espectro del flujo neutronico no es maxwelliano, se ideo otra serie de experimentos de activacion con ayuda del conjunto TRX para verificar de un modo mas directo la utilidad del nucleo de dispersion. Los experimentos se realizaron en condiciones tales que la deformacion espectral se debia esencialmente a un envenenamiento uniforme. Las mediciones se llevaron a cabo en un tubo de 10 cm de diametro, lleno de agua, y colocado en el reticulado del TRX. La pared del tubo se lleno con {sup 10}B en polvo, gracias al cual el interior del tubo se encontraba aislado del reticulado del reactor a energias inferiores alOkeV. Los indices de activacion relativos por neutrones termicos y las formas radiales de los detectores sensibles a los espectros se midieron en dos casos que corresponden respectivamente a una distribucion cuasi maxwelliana (H{sub 2}O pura) y a un espectro considerablemente deformado por la presencia de cadmio. En el marco de ese experimento, se procedio a un calculo de 12 grupoe energeticos con ayuda de cada uno de los nucleos y una aproximacion P{sub 3}. La forma del medio moderador se obtuvo mediante un calculo de valores propios referido a las formas de los modos espaciales que el sistema adopta y que decrecen exponencialmente segun el letargo; el calculo fiie completado por mediciones de las formas de activacion epicadmica. Los indices relativos de activacion, calculados con ayuda de los dos nucleos, acusaban diferencias de hasta 10%, segun que el medio estuviese o no envenenado. Los datos experimentales se compararon con los resultados de calculos efectuados con el nucleo de Radkowsky y el de Nelkin. Los resultados obtenidos son claramente favorables al espectro duro calculado mediante el nucleo de Nelkin. (author) [Russian] Daetsja obzor opytov s cel'ju izuchit' povedenie teplovyh nejtronov v uranovyh reshetkah s vodnym zamedlitelem. Sta- vilis' opyty dvuh osnovnyh tipov: izmerenija stepeni ispol'zovanija teplovyh nejtronov i prostranstvennye raspredelenija aktivacii teplovymi nejtronami v neravnomerno otravlen- noj vodnoj srede. Opyty prednadznachalis' dlja ispytanija prigodnosti sushhestvujushhih teore- ticheskih modelej v rezul'tate provedenija grani mezhdu spektral'nymi i prostranstvennymi jeffektami v reaktornoj srede. Dannye opytov sravnivalis' s teoreticheskimi modeljami, v tom chisle s razlichnymi priblizhenijami k teorii perenosa i integral'nomu jadru rassejanija terlovyh nejtronov. Pervaja serija opytov zakljuchaetsja v izmerenii blok-jeffektov teplovyh nejtronov v raz- nyh jachejkah reshetki sborki TRH, reaktora s vodnym zamedlitelem na slegka obogashhennom urane s cilindricheskimi toplivnymi jelementami, raspolozhennymi po geksagonal'noj sisteme. Sravnivalis' dannye ob ispol'zovanii teplovyh nejtronov s dannymi, poluchennymi v Monte Karlo. Primenjalis' funkcii Radkovskogo i Nelkina. Funkcija vlijanija Radkovskogo daet priblizhenie pervogo porjadka, shiroko ispol'zuemoe pri proektirovanii reaktorov. Funk- cija vlijanija Nelkina predstavljaet soboj bolee novoe i bolee podrobnoe opisanie integral'- nogo jadra rassejanija. Poskol'ku raschetnye znachenija pogloshhenija teplovyh nejtronov zavisjat ot vybora in- tegral'nogo jadra rassejanija, v osobennosti esli jeto ne maksvellovskij spektr potokov nej- tronov, drugaja serija opytov po izmereniju aktivacii na sborke TRH prednaznachalas' dlja bolee neposredstvennogo opredelenija integral'nogo jadra rassejanija. Opyty provodilis' v uslovijah, pri kotoryh iskazhenie spektra v osnovnom vyzyvalos' ravnomernym otravleniem. Izmerenija provodilis' v zapolnennoj vodoj trubke diametrom 10sm v reshetke TRX. Stenka trubki byla napolnena poroshkom B{sup 10}, jeffektivno razryvaja svjaz' mezhdu vnutrennej poverh- nost'ju trubki i reshetkoj reaktora pri jenergii nizhe 10 kjev. Otnositel'nye znachenija aktivacii teplovymi nejtronami i radial'nye konfiguracii chuvstvitel'nyh v otnoshenii spektrov detektorov izmerjalis' v dvuh sluchajah s polucheniem sootvetstvenno pochti maksvellovskogo spektra (dlja chistoj vody) i spektra, sil'no iskazhen- nogo v rezul'tate otravlenija kadmiem. Dlja jetogo opyta raschety s kazhdoj funkciej provodilis' v gruppe jenergii 12 s pribli- zheniem P{sub 3} . V rezul'tate rascheta sobstvennyh znachenij prostranstvennyh form, jeksponen- cial'no raspadajushhihsja v letargii, kotorye podderzhivajutsja v sisteme, v dopolnenie k iz- merenijam form aktivacii v zakadmievoj oblasti byla poluchena krivaja zatuhajushhego istoch- nika. V sluchajah s otravleniem i v sluchajah bez otravlenija raschetnye otnositel'nye znachenija aktivacii, poluchennye na osnovanii dvuh funkcij vlijanija, otlichalis' drug ot druga na velichinu porjadka 10%. Provodilis' sravnenija jeksperimental'nyh rezul'tatov s raschetnymi dannymi na osnovanii funkcii vlijanija Radkovskogo i funkcii vlijanija Nelkina. Rezul'taty reshitel'no govorjat v pol'zu bolee tverdogo spektra, predskazannogo na osnovanii funkcii vlijanija Nelkina. (author)}
place = {IAEA}
year = {1964}
month = {Feb}
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