способ определения водорода в топливных таблетках из двуокиси урана

Формула изобретения

Способ определения водорода в топливных таблетках из двуокиси урана, включающий нагрев таблетки в инертном газе, отделение водорода от выделившихся газов и измерение водорода, отличающийся тем, что после нагрева таблетки проводят разложение воды при температуре свыше 1000^oC в присутствии графита и гидрида кальция.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитической химии, в частности определению общего водорода в таблетках из двуокиси урана.

Известен способ определения водорода в твердых телах с помощью устройства с применением сенсора на основе МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). (Аналитическая химия N 45, 1990 г., стр. 1317)

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает раздельного определения свободного водорода и воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату - прототип, является метод АSТМ (Стандартные методики химических, масс-спектрометрических и спектральных анализов порошков и таблеток двуокиси урана ядерного сорта. ANSI/ASTM С696-80, ЦНИИАТОМИНФОРМ, Москва, 1982, перевод N 129 п. 142-147, стр. 82-85).

Таблетка из двуокиси урана нагревается в графитовом тигле в атмосфере инертного газа до температуры больше чем 1800^oC. Выделившийся водород, предварительно прошедший очистку от сопутствующих газов, измеряют интегрированием выходного пика от детектора по теплопроводности.

Недостатком указанного способа является занижение результатов анализа водорода в пробе. В процессе выделения воды и водорода из таблеток при нагревании имеет место конкуренция двух противоположно протекающих химических процессов. Это восстановление закиси-окиси урана, имеющего место в таблетке двуокиси урана, водородом с образованием воды

U₃O₈+2H₂ = 3UO₂ + 2H₂O

и окисление двуокиси урана водой с образованием водорода

3UO₂ + 2H₂O = U₃O₈ + 2H₂

Равновесие этой обратимой реакции не смещено в ту или иную сторону. Поэтому в поступающей в катарометр смеси присутствует как водород, так и вода, которая регистрироваться не будет.

При контакте паров воды с раскаленным углем при температуре свыше 1000^oC образуется так называемый водяной газ

H₂O + C ---> CO+H₂

Однако при этом надо иметь в виду, что с ростом температуры до 1800^oC идет одновременно мгновенное увеличение объема газа в 5 раз. Вследствие этого выделившаяся вода из пробы и образовавшаяся вода за счет реакции восстановления закиси-окиси урана водородом до двуокиси урана будет удаляться потоком газа-носителя в менее нагретые зоны печи, не успев количественно разложиться. Это дает основание утверждать, что некоторая доля воды не участвует в анализе. Результаты определения водорода будут занижены.

Задача изобретения - повышение точности результатов анализа водорода.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способ определения водорода, включающий нагрев таблетки, отделение водорода от выделившихся газов и измерение водорода, вводят операцию разложения воды при температуре свыше 1000^oC в присутствии графита и гидрида кальция.

Указанная совокупность признаков способа является новой и обладает изобретательским уровнем, так как вода, не успевшая разложиться в печи, разлагается в диссоциаторе воды в присутствии графита на водород и окись углерода, а затем, для гарантированного разложения, в присутствии гидрида кальция по реакции

CaH₂ +2H₂O=Ca(ОН)₂+2H₂

Предлагаемый способ реализуется на приборе, схематически изображенном на чертеже.

Прибор состоит из электродной печи 1 для нагревания образца, термического диссоциатора воды 2, колонки с гидридом кальция 3, химической и газовой хроматометрической системы для отделения выделившихся газов 4, детектора по теплопроводности для измерения водорода 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Таблетка из двуокиси урана нагревается в электродной печи 1 в среде инертного газа при температуре свыше 1800^oC. Из образца выделяются вода и газы, главным образом водород, кислород и азот. Вода из таблеток распадается на водород и окись углерода при высокой температуре и наличии углерода. Однако часть воды уносится потоком газа, не успев разложиться. Выделившиеся газы и вода поступают в термический диссоциатор воды 2, где при температуре свыше 1000^oC в присутствии графита происходит разложение воды на водород и окись углерода. Для гарантированного разложения воды газы поступают в колонку 3, наполненную гидридом кальция. Затем выделившиеся газы поступают на химическую и газовую хроматометрическую систему 4, где окись углерода окисляется в двуокись углерода посредством колонок, наполненных реагентом Шутца (пятиокись иода на силикагеле). Двуокись углерода улавливается гидроокисью натрия на асбесте. Вода, образовавшаяся при реакции двуокиси углерода с гидроокисью натрия, улавливается перхлоратом магния. Азот отделяется при прохождении газа через хроматографическую колонку. Водород, вышедший из колонки, входит в детектор 5, где измеряется.

Таким образом, предлагаемый способ повышает точность результатов анализа водорода в топливных таблетках из двуокиси урана.