способ контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана
Классы МПК: | G21C17/06 устройства или приспособления для контроля или проверки ядерного топлива или топливных элементов вне активной зоны реактора, например для контроля выгорания, загрязнений G01T1/16 измерение интенсивности излучения |
Автор(ы): | Козлов Максим Петрович (RU), Бойко Сергей Викторович (RU), Воробьев Геннадий Васильевич (RU), Канцелярский Владимир Михайлович (RU), Сушко Николай Иосифович (RU), Водолазских Виктор Васильевич (RU), Скугорев Александр Николаевич (RU), Кулаков Виктор Григорьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-05-19 публикация патента:
10.08.2010 |
Изобретение относится к анализу ядерных материалов радиационными методами и предназначено для оперативного контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках изотопно-разделительного уранового производства. Сущность изобретения: способ контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана заключается в том, что газообразный гексафторид урана десублимируют в измерительной камере путем понижения температуры основания камеры, определяют интенсивность гамма-излучения изотопа уран-235 в твердой фазе и рассчитывают массовую долю изотопа уран-235 в гексафториде урана по формуле:
где М - масса гексафторида урана в измерительной камере, определяемая с помощью массового расходомера или весоизмерительной системы, г; I - интенсивность гамма-излучения от урана-235 в гексафториде урана, находящегося в измерительной камере в твердой фазе, с -1; - градуировочный коэффициент. Техническим результатом изобретения является повышенная оперативность и точность оценки значения массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках гексафторида урана. 1 н.п. и 6 з.п. ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана, включающий измерение интенсивности гамма-излучения изотопа уран-235 в измерительной камере, отличающийся тем, что газообразный гексафторид урана десублимируют в измерительной камере, определяют интенсивность гамма-излучения изотопа уран-235 в твердой фазе и рассчитывают массовую долю изотопа уран-235 в гексафториде урана по формуле:
где М - масса гексафторида урана в измерительной камере, определяемая с помощью массового расходомера или весоизмерительной системы, г;
I - интенсивность гамма-излучения от урана-235 в гексафториде урана,
находящегося в измерительной камере в твердой фазе, с-1;
- градуировочный коэффициент, определяемый при настройке системы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу гексафторида урана, помещаемого в измерительную камеру, предварительно рассчитывают по формуле:
М=S·h· ,
где
S - площадь поверхности десублимации, см2;
h - максимально допустимая толщина слоя гексафторида урана в твердой фазе, см;
- средняя плотность гексафторида урана в твердой фазе, г/см3;
причем толщину слоя твердой фазы гексафторида урана выбирают меньше толщины слоя полного самопоглощения в гексафториде урана в твердой фазе.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу гексафторида урана, помещаемого в измерительную камеру, контролируют с помощью массового расходомера.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу гексафторида урана, помещаемого в измерительную камеру, контролируют с помощью весоизмерительной системы, подключенной к измерительной камере.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что гексафторид урана десублимируют в измерительной камере путем понижения температуры основания камеры.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после определения интенсивности гамма-излучения изотопа уран-235 в твердой фазе гексафторид урана сублимируют и выводят из измерительной камеры.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что гексафторид урана сублимируют в измерительной камере путем повышения температуры основания камеры.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к анализу ядерных материалов радиационными методами и предназначено для оперативного контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках изотопно-разделительного уранового производства.
Известны способы контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана (патент RU № 2256963, МПК7 G21C 17/06, G01N 23/00, опубл. 20.07.2005; патент RU № 2185667, МПК7 G21C 17/06, G01N 23/00, опубл. 20.07.2002; патент RU № 2325672, МПК7 G01T 1/00, G01N 23/00, опубл. 27.05.2008), заключающиеся в измерении интенсивности гамма-излучения урана-235 от гексафторида урана, а также давления и температуры гексафторида урана, находящегося в измерительной камере в газообразном состоянии. В этих способах контроля массовую долю урана-235 определяют по формуле
где I - интенсивность гамма-излучения урана-235; Т - температура гексафторида урана в камере; p - давление гексафторида урана в камере; - градуировочная постоянная.
Интенсивность гамма-излучения урана-235 определяют путем измерения характеристического гамма-излучения, присущего данному изотопу (как правило, по основному аналитическому пику 185,7 кэВ гамма-спектра, сопровождающему естественный альфа-распад урана-235).
Наиболее полно учитывает все фоновые составляющие под контролируемым пиком способ контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана и система измерения для его реализации (патент RU № 2325672, МПК7 G01T 1/00, G01N 23/00, опубл. 27.05.2008) (прототип).
Задачей данного изобретения является расширение арсенала способов контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках гексафторида урана.
Поставленная задача решается тем, что согласно способу контроля массовой доли изотопа урана-235 в газовой фазе гексафторида урана, заключающегося в измерении интенсивности гамма-излучения изотопа уран-235 в измерительной камере, газообразный гексафторид урана десублимируют в измерительной камере путем понижения температуры основания камеры, определяют интенсивность гамма-излучения изотопа уран-235 в твердой фазе и рассчитывают массовую долю изотопа уран-23 5 в гексафториде урана по формуле:
где М - масса гексафторида урана в измерительной камере, определяемая с помощью массового расходомера или весоизмерительной системы, г;
I - интенсивность гамма-излучения от урана-235 в гексафториде урана, находящегося в измерительной камере в твердой фазе, с -1;
- градуировочный коэффициент.
Градуировочный коэффициент ' определяют один раз при настройке системы, например, путем сравнения результатов измерений с результатами эталонных измерений, выполненных с помощью масс-спектрометра.
Массу гексафторида урана, помещаемого в измерительную камеру, предварительно рассчитывают по формуле:
где S - площадь поверхности десублимации, см2;
h - максимально допустимая толщина слоя гексафторида урана в твердой фазе, см;
- средняя плотность гексафторида урана в твердой фазе, г/см3.
При расчете массы гексафторида урана, помещаемого в измерительную камеру, по формуле (4) учитывают, что площадь поверхности десублимации определяется эффективной площадью применяемого детектора гамма-излучения, а максимально допустимую толщину слоя твердой фазы гексафторида урана выбирают меньше толщины слоя полного самопоглощения в гексафториде урана в твердой фазе.
Интенсивность гамма-излучения основного аналитического пика изотопа уран-235 с энергией 185,7 кэВ рассчитывают по формуле
где I - суммарная интенсивность гамма-излучения от урана-235 в измерительной камере с десублимированным гексафторидом урана, определенная в выбранном энергетическом интервале, с-1 ;
IB - интенсивность непрерывной фоновой составляющей под пиком полного поглощения основного аналитического пика урана-235 с энергией 185,7 кэВ, определенная в выбранном энергетическом интервале и обусловленная радиоактивными примесями, которые могут присутствовать в анализируемом гексафториде урана, а также гамма-излучением от внешних источников, с-1 ;
IФ - фоновая интенсивность гамма-излучения в измерительной камере без гексафторида урана, обусловленная коррозионными отложениями на стенках камеры, определенная в выбранном энергетическом интервале, с-1.
Для устранения составляющей фоновой интенсивности гамма-излучения от урана-235, обусловленной внешними источниками, измерительную камеру окружают защитой из свинца.
Контроль массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана проводят циклами.
В начале каждого цикла с блока сбора, управления и обработки информации через внутреннюю магистраль информационного обмена подают информационные сигналы, приводящие элементы измерительной системы в следующие состояния:
- входной клапан измерительной камеры - закрыт;
- выходной клапан измерительной камеры - закрыт;
- устройство для откачки - не работает;
- нагнетательное устройство -не работает;
- термоэлектрический элемент, присоединенный к основанию измерительной камеры, - в режиме охлаждения рабочей поверхности до температуры -5 -10°С.
Затем с блока сбора, управления и обработки информации подают информационные сигналы:
- на входной клапан, открывающий его;
- на нагнетательное устройство, разрешающий его работу.
С помощью нагнетательного устройства из газовой магистрали начинают нагнетать в измерительную камеру гексафторид урана, необходимое количество которого предварительно рассчитывают по формуле (3).
Гексафторид урана проходит через массовый расходомер (или при использовании весоизмерительной системы, подключенной к камере, - напрямую) и поступает в измерительную камеру, где десублимируется тонким слоем на охлажденном участке камеры. Как только масса гексафторида урана, поступившего в камеру, достигнет заданного значения, с блока сбора, управления и обработки информации поступают информационные сигналы:
- на входной клапан, закрывающий его;
- на нагнетательное устройство, запрещающий его работу.
Состояние остальных информационных сигналов остается неизменным.
Сигнал с выхода детектора гамма-излучения, расположенного непосредственно на измерительной камере, в виде электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, поступает на вход цифровой гамма-спектрометрической системы. В гамма-спектрометрической системе в течение времени, необходимого для получения достаточного количества импульсов, регистрируется спектр энергетического распределения гамма-квантов от гексафторида урана, который по внутренней магистрали информационного обмена передается в блок сбора, управления и обработки информации.
После завершения регистрации гамма-спектра в блоке сбора, управления и обработки информации осуществляется расчет значения суммарной интенсивности гамма-излучения I от урана-235 в измерительной камере с десублимированным гексафторидом урана и интенсивности непрерывной фоновой составляющей Iв, обусловленной радиоактивными примесями, которые могут присутствовать в анализируемом гексафториде урана. В то же время с блока сбора, управления и обработки информации через внутреннюю магистраль информационного обмена подают информационные сигналы:
- на выходной клапан, открывающий его;
- на устройство для откачки, разрешающий его работу;
- на термоэлектрический элемент, переводящий его в режим нагрева рабочей поверхности.
Состояние остальных информационных сигналов остается неизменным.
Нагрев основания измерительной камеры приводит к процессу сублимации гексафторида урана. Газообразный гексафторид урана через открытый выходной клапан с помощью устройства для откачки выводят в газовую магистраль каскадной установки.
После вывода гексафторида урана из измерительной камеры с блока сбора, управления и обработки информации подают информационные сигналы:
- на выходной клапан, закрывающий его;
- на устройство для откачки, запрещающий его работу;
- на термоэлектрический элемент, переводящий его в режим охлаждения.
Сигнал с выхода детектора гамма-излучения в виде электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, поступает на вход цифровой гамма-спектрометрической системы. В цифровой гамма-спектрометрической системе ведется регистрация гамма-спектра для определения фоновой интенсивности гамма-излучения от урана-235 в измерительной камере без гексафторида урана, который передается в блок сбора, управления и обработки информации.
По окончании временного интервала измерения в блоке сбора, управления и обработки информации по формуле (2) осуществляется расчет массовой доли изотопа уран-235. Рассчитанное значение массовой доли изотопа уран-235 в гексафториде урана передается через внешнюю магистраль информационного обмена в локальную вычислительную сеть управления каскадной установки.
Система готова к проведению следующего цикла измерения.
В отличие от приведенных выше известных способов, в которых массовая доля изотопа уран-235 в гексафториде урана определяется по формуле (1), в предлагаемом способе контроля массовая доля изотопа уран-235 в гексафториде урана рассчитывается по формуле (2), которая позволяет исключить погрешности, связанные с погрешностями измерения температуры и давления гексафторида урана в измерительной камере.
Другим существенным отличием является то, что интенсивность гамма-излучения изотопа уран-235 определяют в твердой фазе гексафторида урана, тем самым увеличивая скорость счета детектора гамма-излучения за счет повышения массы контролируемого урана-235 в измерительной камере.
Использование предлагаемого способа контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана позволит повысить оперативность и точность оценки значения массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках гексафторида урана.
Класс G21C17/06 устройства или приспособления для контроля или проверки ядерного топлива или топливных элементов вне активной зоны реактора, например для контроля выгорания, загрязнений
Класс G01T1/16 измерение интенсивности излучения