Устройство экспресс-контроля обогащения урана в порошках

Изобретение относится к атомной промышленности. Устройство экспресс-контроля обогащения урана в порошках содержит емкость, расположенную над сцинтилляционным детектором гамма-излучения, соединенным с блоком управления и обработки результатов измерения. Устройство снабжено блоком защиты от фона, который выполнен в виде цилиндра из свинца и размещен в стальном каркасе с возможностью сквозного вывода кабелей к блоку управления и обработки результатов измерения. Блок управления и обработки результатов измерения выполнен в виде компьютера с процессором импульсных сигналов. Изобретение позволяет обеспечить быструю (от единиц до одного-двух десятков минут) методику контроля обогащения 235U в порошках оксидов урана при произвольной степени нарушения радиационного равновесия, основанной на использовании легко адаптируемого к условиям производства сцинтилляционного детектора. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано для контроля обогащения урана в порошках оксидов урана при изготовлении ядерного топлива.

Под обогащением урана принято понимать либо атомную, либо массовую концентрацию изотопов 235U в образце, выраженную в процентах (Фролов В.В. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ. М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 116).

Известен способ контроля обогащения в порошках UO2, включающий измерение спектра гамма-излучения образца с характерным размером, обеспечивающим самопоглощение гамма-излучения в диапазоне 0-300 КэВ с помощью спектрометра на сцинтилляционном детекторе и последующую обработку спектра расчетным путем. (RU 2100856 С1, опубл. 27.12.1997). Данный способ не позволяет измерять обогащение в условиях, если топливо является регенерированным.

Известен масс-спектрометрический метод (Цитович И.К. Курс аналитический химии. М.: Высшая школа, с. 330-331) определения содержания в веществе атомов той или иной массы, основанный на разделении потоков ионизированных частиц, различающихся отношением массы к заряду. Однако метод применим только в лабораторных условиях и чрезвычайно не оперативен, так как на отбор, передачу и анализ образцов требуется не менее суток, поэтому метод неприменим для экспресс-контроля обогащения.

Известно устройство, которое содержит блок детектирования для регистрации собственного γ-излучения, исходящего от изделия. Блок детектирования размещен в защитном блоке и по линии связи соединен с процессором импульсных сигналов, предназначенным для получения спектрометрической информации от измеряемого изделия. Процессор установлен в компьютере, предназначенном для обработки получаемой информации со спектрометра и выдачи результатов измерения на монитор (RU 2457557, С1, опубл. 27.07.2012). Устройство применяется только для измерения массовой доли 235U в смеси изотопов урана топливных таблеток с обогащением менее 5% абс.

При измерении спектров собственного гамма излучения с помощью сцинтилляционных детекторов исходя из их разрешающих способностей невозможно получить конкретную аналитическую линию поглощения того или иного гамма-излучающего элемента (в данном случае 235U), а лишь область вблизи нее, в которую могут входить как стабильные гамма-излучающие элементы, так и нет (в основном это продукты распада 238U и 235U).

Задачей изобретения является создание эффективного устройства экспресс-контроля обогащения после операций сушки и прокалки с возможностью контроля обогащения 235U порошков оксидов урана высокого обогащения (5-90%).

Технический результат изобретения заключается в обеспечении быстрой (от единиц до одного-двух десятков минут) методики контроля обогащения 235U в порошках оксидов урана при произвольной степени нарушения радиационного равновесия, основанной на использовании легко адаптируемого к условиям производства сцинтилляционного детектора.

Технический результат достигается устройством экспресс-контроля обогащения урана в порошках, содержащим емкость, расположенную над сцинтилляционным детектором гамма-излучения, соединенным с блоком управления и обработки результатов измерения. Устройство снабжено блоком защиты от фона, размещенным в стальном каркасе с возможностью сквозного вывода кабелей к блоку управления и обработки результатов измерения.

На фиг. 1 изображена схема предложенного устройства.

На фиг. 2 изображены графики, иллюстрирующие пример зависимости площади измеренных импульсов за единицу времени, попавших в пик полного поглощения в зависимости от обогащения измеряемого порошка.

На фиг. 3 изображен график, иллюстрирующие исходный спектр.

На фиг. 4 изображен график, иллюстрирующий разложение спектра на три составляющие: две единично нормированные гауссианы 235U, 212Pb и постоянная составляющая комптоновского излучения.

Предложенное устройство экспресс-контроля обогащения 235U в порошках ядерного топлива содержит емкость, расположенную над сцинтилляционным детектором гамма-излучения 1 с кристаллом 7 (например, NaI(Tl)), установленный в свинцовую защиту от фона 2, размещенную в металлическом каркасе 3 с резьбовыми отверстиями 8 и 9 для зажимных болтов, предназначенных для фиксации сцинтилляционного детектора, который соединен коммутационными кабелями 4 с блоком управления и обработки результатов измерения 5, включающим персональный компьютер с установленным в него процессором импульсных сигналов (например, спектрометром типа SBS-77) и специализированным программным обеспечением. Сцинтилляционный детектор 1 предназначен для регистрации потока гамма-излучения, исходящего из емкости с порошком ядерного топлива.

Процессор импульсных сигналов (спектрометр) предназначен для получения спектрометрической информации об исходящем от пробы с порошком гамма-излучении. Данный спектрометр установлен в компьютер со специализированным программным обеспечением, предназначенный для обработки получаемой информации об обогащении порошка пробы на монитор блока обработки результатов измерения 5.

Блок защиты 2 представляет собой цилиндр из свинца с расточенным отверстием 1, 7 под сцинтилляционный детектор и отверстием для установки емкости с пробой измеряемого порошка б.

Устройство комплектуется специализированными стальными контейнерами с одинаковыми геометрическими размерами для засыпки измеряемых порошков оксидов урана.

Регистрацию гамма-излучения, исходящего от измеряемой пробы, осуществляют при помощи сцинтилляционного детектора с кристаллом NaI(Tl). Измерения происходят в диапазоне энергий гамма-излучения от 0 до 500 кэВ. Технологический порошок засыпается в специальную емкость, обеспечивающую достаточный объем для самопоглощения гамма-излучения измеряемого порошка, и устанавливается на измерительную позицию, перекрывая площадь кристалла NaI(Tl) детектора. Простота конструкции защиты обеспечивает отсутствие фоновых воздействий ионизирующего излучения, а также простоту размещения емкости.

Устройство работает следующим образом.

Порошок оксида урана (например, закись-окись урана - U3O8) в виде обезвоженного порошка после цикла прокалки выгружается в тару безопасного объема, которая поджимается с помощью ручного механизма к реторте печи непосредственно в боксе выгрузки. Выгружаемый продукт анализируется на содержание изотопов 235U в общей смеси изотопов. Диапазон отклонения по обогащению выпускаемой закиси-окиси урана составляет ±0,7% абс.

Каждая проба порошка для определения условной массовой доли 235U вручную размещается над сцинтилляционным детектором для экспресс-контроля таким образом, чтобы излучение происходило с «бесконечной толщины» порошка ядерного топлива, тем самым обеспечивается независимость ослабления в материале пробы от плотности измеряемого порошка. Осуществляют измерение собственного гамма-излучения порошков урана с энергиями 98,43 кэВ и 186 кэВ в емкости автоэмиссионным методом измерения. Собственное гамма-излучение измеряемой среды регистрируется сцинтилляционным детектором 1 (например, типа БДЭГ) с кристаллом 7 NaI(Tl). Далее сигнал от детектора по коммутационным кабелям 4 подается на блоком управления и обработки результатов измерения 5, где при помощи специально разработанных алгоритмов программного обеспечения анализируется содержание 235U в составе измеряемого порошка. Содержание изотопа урана 235U определяется как прямая зависимость от площади набранного пика полного поглощения характеристического излучения порошка с энергией 186 кэВ.

Данная измерительная схема и алгоритм обработки получаемого спектра позволяет регистрировать только полезный сигнал гамма-излучения от 235U пробы, убирая при регистрации все паразитные фоновые гамма-излучения, гамма-излучения неравновесных продуктов распада урана, позволяя получить достоверный результат.

В процессе контроля площадь пика полного поглощения γ-квантов 235U, 238U, а также гамма-квантов с относительно высокой энергией в диапазоне от 0 до 500 кэВ, зарегистрированных с помощью сцинтилляционного детектора, преобразуется в статистически распределенную последовательность электрических импульсов, поступающих на плату спектрометрического анализатора (см. Фиг. 2), где происходит соответствующее усиление и амплитудная дискриминация, а далее - запись в файл временной последовательности чисел.

При анализе файла данных с помощью программы его обработки определяется кривая распределения пика полного поглощения при неизменном значении плотности анализируемого порошка и энергии 186 кэВ, далее оценивается количество импульсов, попавших в пик полного поглощения, и в зависимости от их числа определяется обогащение 235U порошка в емкости, размещенной над кристаллом детектора.

Программа обработки производит преобразование исходного спектра (см. фиг. 3) излучения урана в необходимый для расчета обогащения вид (см. фиг. 4).

Первый пик отвечает за излучение 235U, второй пик отвечает за излучение фоновой подставки, третий пик отвечает за излучение продуктов деления, оставшихся после регенерации топлива (если топливо регенерированное).

При этом в зависимости от состояния топлива (равновесное или не равновесное топливо, регенерированное или нет) пик фоновой подставки (комптоновский пьедестал) и пик, отвечающий за степень регенерации, могут быть различны, а пик, отвечающий за обогащение 235U топлива, остается неизменным при любом состоянии уранового порошка в указанных выше условиях измерения. При этом важным фактором оказался выбор границ этого пика: исследования показали, что оптимальными границами являются границы, взятые на его полуширине. Поэтому, зная величину площади этого пика для нескольких проб и соотнеся их к известным заранее значениям обогащения, можно построить единую градуировочную зависимость измерения обогащения во всем диапазоне измерений.

Все измеренные значения записываются в базу данных программы (при необходимости), а также выводятся на экран компьютера.

Установка позволяет с высокой производительностью определять обогащение 235U в порошках различного состава, формировать базу данных (при необходимости) и выдавать полученные данные либо на экран компьютера, либо на печатающее устройство.

1. Устройство экспресс-контроля обогащения урана в порошках, содержащее емкость, расположенную над сцинтилляционным детектором гамма-излучения, соединенным с блоком управления и обработки результатов измерения, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком защиты от фона, размещенным в стальном каркасе с возможностью сквозного вывода кабелей к блоку управления и обработки результатов измерения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок защиты выполнен в виде цилиндра из свинца с расточенным отверстием под сцинтилляционный детектор и отверстием для установки емкости с пробой порошка.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сцинтилляционный детектор выполнен на основе кристалла NaI(Tl).

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления и обработки результатов измерения выполнен в виде компьютера с процессором импульсных сигналов, предназначенным для получения спектрометрической информации об исходящем от пробы порошка гамма-излучении с массовой долей 235U более 5%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано при изготовлении таблеток ядерного топлива для контроля обогащения U235 и содержания Gd2O3 в пресспорошках UO2.

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано при контроле равномерности распределения топлива в тепловыделяющих элементах (твэлах) гамма-адсорбционным методом с помощью сцинтилляционного спектрометра.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть применено при изготовлении кольцевых тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов. Установка для контроля характеристик топливного столба кольцевых твэлов содержит расположенные в ряд блоки 1-4 детектирования собственного гамма-излучения топливного столба и блоки 5, 6 детектирования гамма-излучения, прошедшего через топливный столб.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов (твэлов) для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов.

Изобретение относится к электрическим нагревателям, предпочтительным применением которых является электрическое моделирование ядерных топливных стержней, предназначенных для соединения в сборки в силовых реакторах.

Предлагаемое изобретение относится к способам определения совместимости различных видов ядерного топлива и конструкционных материалов. Способ испытания на совместимость порошка ядерного топлива с материалом оболочки твэла заключается в отжиге диффузионной пары порошка ядерного топлива и оболочки твэла.

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано при изготовлении таблеток ядерного топлива. Предложенное устройство содержит бункер 1 с пресс-порошком, который соединен вертикальной засыпной трубой 2 с устройством 3 прессования таблеток.

Изобретение относится к дожиганию водорода, входящего в состав газовой среды. Дожигатель состоит из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и наполнителя в форме оксида висмута Bi2O3 и/или оксида свинца, размещенного в корпусе.

Заявленное изобретение относится к способу проверки тепловыделяющих элементов. Способ включает определение давления гелия под оболочкой (9) тепловыделяющего элемента после его герметизации, при котором удерживают тепловыделяющий элемент (1) на позиции измерения в течение всего времени контроля, осуществляют локальный импульсный нагрев тепловыделяющего элемента в области (4) компенсационного объема, регистрируют временную зависимость температуры участков оболочки в месте нагрева (10) и на удаленном от места нагрева участке (12) оболочки в течение всего времени контроля.

Изобретение относится к средствам контроля тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов). Способ включает определение давления гелия под оболочкой (11) тепловыделяющего элемента после его герметизации, при котором удерживают тепловыделяющий элемент (1) на позиции измерения, осуществляют локальный импульсный нагрев тепловыделяющего элемента в области компенсационного объема (8), регистрируют временную зависимость температуры участков оболочки в месте нагрева (10) и на противоположной стороне оболочки, по ней оценивают давление гелия и состояние тепловыделяющего элемента.

Изобретение относится к устройствам для контроля поверхности цилиндрических объектов и, в частности, может быть использовано в производстве ядерного топлива при контроле внешнего вида торцевой поверхности топливных таблеток. Устройство содержит последовательно установленные на транспортерах два узла контроля торцов изделий, два узла разделения потока изделий, установленные по одному перед каждым узлом контроля торцов изделий, а также два узла сдува бракованных изделий, установленные после каждого узла контроля торцов изделий. Каждый узел разделения потока содержит средство для продольной подачи изделий на транспортер по одному с определенными промежутками. Каждый узел контроля торцов изделий содержит оптический датчик для обнаружения изделий, средство освещения контролируемых изделий, средство для формирования излучения видимого спектра и средство регистрации и передачи изображения торца изделия в аналитическое устройство. Каждый узел сдува бракованных изделий содержит оптический датчик для обнаружения изделий и средство сдува для формирования направленного потока воздуха. Технический результат - автоматизированный, оперативный, высоконадежный, бережный исключающий человеческий фактор контроль торцевых поверхностей на наличие и характер дефектов, высокая производительность технологической операции контроля. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к атомной промышленности. Способ контроля линейной плотности распределения топлива по длине топливного столба уран-засыпных и уран-заливных твэлов заключается в том, что регистрируют спектр собственного гамма-излучения топлива при движении с помощью механизмов перемещения контролируемого твэла, с помощью спектрометрических трактов гамма-излучения, установленных на линии контроля и состоящих из блоков детектирования и спектрометров, установленных в компьютер, где происходит обработка данного регистрируемого спектра с целью выделения и вычисления площади пика гамма-излучения U235. Автоматически вычисляют характеристики линейной плотности по единой градуировочной зависимости, полученной в результате соотношения величины значения амплитуды «чистого» U235, деленной на значение контролируемого в данный момент обогащения U235, и значения самой линейной плотности. Изобретение позволяет обеспечить массовый контроль уран-засыпных, уран-заливных твэл с различным топливным составом и геометрией изготовления по единой градуировочной зависимости. 4 ил.

Изобретение относится к способам испытаний высокотемпературных твэлов в исследовательском реакторе в составе ампульного облучательного устройства и может быть использовано при разработке и обосновании конструкции невентилируемых высокотемпературных твэлов, например, термоэмиссионного реактора-преобразователя наземной атомной станции малой мощности для использования в труднодоступных и удаленных районах. Способ включает размещение в ампульном облучательном устройстве вентилируемых твэлов, имеющих диаметральные размеры и материальный состав базовых твэлов, облучение и последующее измерение диаметральной деформации их оболочек. В ампульном облучательном устройстве дополнительно размещают и одновременно с вентилируемыми испытывают с последующим измерением деформации оболочек не менее трех невентилируемых твэлов с теми же диаметральными размерами и материальным составом, имеющих различные компенсационные объемы, величины которых отличаются друг от друга не менее чем в два раза. При этом внутреннюю полость вентилируемых твэлов заполняют инертным газом под давлением, которое в процессе испытаний поддерживают в диапазоне (0,4÷4)⋅104 Па. Техническим результатом является повышение надежности оценки работоспособности твэлов путем разделения вкладов в изменении характеристик оболочки от воздействия топлива и воздействия газообразных продуктов деления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к атомной промышленности. Устройство экспресс-контроля обогащения урана в порошках содержит емкость, расположенную над сцинтилляционным детектором гамма-излучения, соединенным с блоком управления и обработки результатов измерения. Устройство снабжено блоком защиты от фона, который выполнен в виде цилиндра из свинца и размещен в стальном каркасе с возможностью сквозного вывода кабелей к блоку управления и обработки результатов измерения. Блок управления и обработки результатов измерения выполнен в виде компьютера с процессором импульсных сигналов. Изобретение позволяет обеспечить быструю методику контроля обогащения 235U в порошках оксидов урана при произвольной степени нарушения радиационного равновесия, основанной на использовании легко адаптируемого к условиям производства сцинтилляционного детектора. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх