СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДЕЛЯЩЕГОСЯ И ВОСПРОИЗВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК G21C17/00 G21C17/06 G01T1/16 

Изобретение предназначено для определения типа делящегося или воспроизводящего материала, степени его обогащения. Оно может быть использовано на предприятиях атомной и ядерной промышленности и связанных с ними сферами деятельности.

Известен способ идентификации делящихся и воспроизводящих материалов, описанный в работе /1/. Этот способ заключается в измерении γ- излучения от образца идентифицируемого материала спектрометром с хорошим энергетическим разрешением и известной эффективностью регистрации γ- квантов, определении положения пика характерного γ- излучения, определении границ этого пика, определении фона помещения и фона образца, вычитании этих фонов из измеренного спектра γ- квантов для получения чистого числа зарегистрированных γ- квантов характерного излучения и определении из полученных данных типа и количества идентифицируемого материала.

К недостаткам известного способа относится необходимость в детекторе с хорошим энергетическим разрешением и в определении его эффективности регистрации γ- квантов различной энергии, а также необходимость в определении фонов и наличие сложной процедуры обработки измеренных данных для получения конечного результата.

Авторы решали техническую задачу по созданию способа определения типа делящегося или воспроизводящего материала, использующего аппаратуру простую в эксплуатации и обслуживании, не требующую детекторов с хорошим энергетическим разрешением, не требующим определения фонов и эффективности регистрации γ- квантов, использующем простую процедуру обработки измеренных данных для получения конечного результата.

Сущность предлагаемого технического решения, позволяющего решать поставленную техническую задачу, в том, что γ- излучение от образца идентифицируемого материала измеряют в диапазону энергий γ- квантов 40-3000 кэВ, причем этот энергетический диапазон разбивают на энергетические диапазоны с известными фиксированными границами, внутри этих энергетических диапазонов осуществляют интегральный счет зарегистрированных γ- квантов, сравнивают значения этих интегральных счетов, а идентификацию материала осуществляют в зависимости от соотношения величин этих счетов. При этом окончание замера происходит либо по желанию оператора, либо автоматически после набора заданного заранее известного суммарного числа γ- квантов, зарегистрированных во всех энергетических диапазонах (удобно чтобы это число было равно 10000), либо после истечения определенного заданного заранее интервала времени (удобно чтобы этот интервал времени равнялся 15 с). Экспериментально было получено, что оптимальными являются границы энергетических диапазонов, если они выбраны в пределах: нижняя граница первого диапазона (она же нижняя граница всего энергетического диапазона) - 40±5 кэВ, верхняя граница первого (она же нижняя граница второго) диапазона - 80±5 кэВ, верхняя граница второго (она же нижняя граница третьего) диапазона - 140±10 кэВ, верхняя граница третьего (она же нижняя граница четвертого) диапазона - 260±15 кэВ, верхняя граница четвертого (она же нижняя граница пятого) диапазона - 850±20 кэВ, верхняя граница пятого (она же нижняя граница шестого) диапазона - 1085-20 кэВ, верхняя граница шестого (она же нижняя граница седьмого) диапазона - 1320 кэВ, верхняя граница седьмого диапазона (она же верхняя граница всего энергетического диапазона) - 3000-30 кэВ.

Технический результат достигается за счет того, что любой делящийся или воспроизводящий материал имеет характерный присущий только ему энергетический спектр γ- излучения, соотношения интегральных интенсивностей различных участков этого спектра (границы этих участков приведены выше) для каждого материала индивидуальны, причем эти соотношения слабо зависят от фона помещения. Выбор значений границ энергетических интервалов в указанных пределах позволяет свести к минимуму влияние этого параметра на достоверность получаемого результата. Прекращение измерений после регистрации 10000 γ- квантов позволяет оптимизировать соотношение времени измерения и достоверности получаемого результата, кроме того, на этой число удобно нормировать результаты измерений. При этом, если за 15 с регистрируется меньше, чем 10000 γ- квантов, то делается вывод о том, что исследуемый материал не относится к числу делящихся или воспроизводящих.

Способ осуществляется следующим образом: образец из исследуемого материала помещается на детектор и осуществляется регистрация γ- излучения из этого образца. После завершения регистрации суммарного числа γ- квантов (10000) во всем энергетическом диапазоне (40-3000 кэВ) или истечения интервала времени, равного 15 с, измерение автоматически прекращается и проводится обработка набранной информации. Если измерение прекратилось после достижения заданного заранее интервала времени 15 с, делается вывод, что излучение из образца не превышает 5-6 естественных фонов в месте расположения детектора и этой случай квалифицируется как отсутствие радиационного излучения из исследуемого образца.

Если измерение прекратилось после завершения регистрации заданного заранее общего числа зарегистрированных γ- квантов во всем энергетическом диапазоне 40-3000 кэВ, то проводится последовательное сравнение зарегистрированного числа γ- квантов в каждом установленном заранее энергетическом диапазоне с установленными заранее определенными числовыми значениями и в зависимости от соотношения между зарегистрированным числом γ- квантов в каждом энергетическом диапазоне и заданным заранее числовым значением для каждого энергетического диапазона определяется (идентифицируется) тип делящегося или воспроизводящего материала.

Если число зарегистрированных γ- квантов в энергетическом диапазоне от 1320±20 кэВ до 3000-30 кэВ превышает или равно 450, то делается вывод о том, что в исследуемом образце содержится воспроизводящий материал - торий.

Если число зарегистрированных γ- квантов в энергетическом диапазоне от 1320±20 кэВ до 3000-30 кэВ не превышает 450, то проводится сравнение зарегистрированного числа γ- квантов в энергетическом диапазоне от 40+5 кэВ до 80±5 кэВ. Если число зарегистрированных γ- квантов в этом энергетическом диапазоне превышает или равно 1400, то делается вывод о том, что в исследуемом образце содержится делящийся материал - плутоний.

Если число зарегистрированных γ- квантов в энергетическом диапазоне от 1320±20 кэВ до 3000-30 кэВ не превышает 450, и если число γ- квантов, зарегистрированных в энергетическом диапазоне от 40+5 кэВ до 80±5 кэВ, не превышает 1400, то проводится сравнение зарегистрированного числа γ- квантов в энергетическом диапазоне от 140±10 кэВ до 260±15 кэВ. Если число зарегистрированных γ- квантов в этом энергетическом диапазоне превышает или равно 3100, то проводится сравнение зарегистрированного числа γ- квантов в энергетическом диапазоне от 850±20 кэВ до 1085±20 кэВ. Если число γ- квантов, зарегистрированных в этом энергетическом диапазоне, превышает или равно 45, то делается вывод о том, что в исследуемом образце содержится делящийся материал - уран среднего обогащения (20-60%)
Если число зарегистрированных γ- квантов в энергетическом диапазоне от 1320±20 кэВ до 3000-30 кэВ не превышает 450, и если число γ- квантов, зарегистрированных в энергетическом диапазоне от 40+5 кэВ до 80±5 кэВ, не превышает 1400, то проводится сравнение зарегистрированного числа γ- квантов в энергетическом диапазоне от 140±10 кэВ до 260±15 кэВ. Если число зарегистрированных γ- квантов в этом энергетическом диапазоне превышает или равно 3100, то проводится сравнение зарегистрированного числа γ- квантов в энергетическом диапазоне от 850±20 кэВ до 1085±20 кэВ. Если число γ- квантов, зарегистрированных в этом энергетическом диапазоне, не превышает 45, то делается вывод о том, что в исследуемом образце содержится делящийся материал - уран высокого обогащения (60-100%).

Если число зарегистрированных γ- квантов в энергетическом диапазоне от 1320±20 кэВ до 3000-30 кэВ не превышает 450, и если число γ- квантов, зарегистрированных в энергетическом диапазоне от 40+5 кэВ до 80±5 кэВ, не превышает 1400, и если число γ- квантов, зарегистрированных в энергетическом диапазоне от 140±10 кэВ до 260±15 кэВ, не превышает 3100, но превышает или равно 2300, то проводится сравнение зарегистрированного числа γ- квантов в энергетическом диапазоне от 850±20 кэВ до 1085±20 кэВ. Если число γ- квантов, зарегистрированных в этом энергетическом диапазоне, превышает или равно 250, то делается вывод о том, что в исследуемом образце содержится делящийся материал - уран низкого обогащения (0-20%).

Если число зарегистрированных γ- квантов в энергетическом диапазоне от 1320±20 кэВ до 3000-30 не превышает 450, и если число γ- квантов, зарегистрированных в энергетическом диапазоне от 40+5 кэВ до 80±5 кэВ, не превышает 1400, и если число γ- квантов, зарегистрированных в энергетическом диапазоне от 140±10 кэВ до 260±15 кэВ, не превышает 3100, но превышает или равно 2300, то проводится сравнение зарегистрированного числа γ- квантов в энергетическом диапазоне от 850±20 кэВ до 1085±20 кэВ. Если число γ- квантов, зарегистрированных в этом энергетическом диапазоне, не превышает 250, то делается вывод о том, что в исследуемом образце содержатся прочие радионуклиды.

Если число зарегистрированных γ- квантов в энергетическом диапазоне от 1320±20 до 3000-30 кэВ не превышает 450, и если число γ- квантов, зарегистрированных в энергетическом диапазоне от 40+5 кэВ до 80±5 кэВ, не превышает 1400, и если число γ- квантов, зарегистрированных в энергетическом диапазоне от 140±10 кэВ до 260±15 кэВ, не превышает 2300, то делается вывод о том, что в исследуемом образце содержатся прочие радионуклиды.

Использование: изобретение предназначено для определения типа делящегося и воспроизводящего материала. Оно может быть использовано на предприятиях атомной и ядерной промышеленности и связанных с ними сферами деятельности. Сущность изобретения: γ - излучение от образца идентифицируемого материала измеряют в диапазоне энергий γ - квантов 40 - 3000 кэВ, причем этот энергетический диапазон разбивают на энергетические диапазоны с известными фиксированными границами. Внутри этих энергетических диапазонов осуществляют интегральный счет зарегистрированных γ - квантов, сравнивают значения этих интегральных счетов, а идентификацию материала осуществляют в зависимости от соотношения величин этих счетов. При этом окончание замера происходит либо по желанию оператора, либо автоматически после набора заданного заранее известного суммарного числа γ - квантов, зарегистрированных во всех энергетических диапазонах. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ идентификации делящегося и воспроизводящего материала, заключающийся в измерении γ -излучения от образца идентифицируемого материала, отличающийся тем, что γ -излучение измеряют в энергетическом диапазоне 40 - 3000 кэВ, этот энергетический диапазон разбивают на энергетические диапазоны с известными границами, осуществляют интегральный счет γ -квантов, зарегистрированных в каждом из этих энергетических диапазонов, сравнивают значения этих интегральных счетов, а идентификацию делящегося и воспроизводящего материала осуществляют в зависимости от соотношений интегральных счетов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения оканчивают после набора заданного заранее известного суммарного числа γ -квантов, зарегистрированных во всех диапазонах. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве заданного заранее суммарного числа γ -квантов выбирают число 10000. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения оканчивают после истечения определенного заданного заранее интервала времени. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве заданного заранее интервала времени выбирают интервал времени, равный 15 с. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве известных границ энергетических диапазонов выбирают энергии из интервалов 40±5, 80±5, 140±10, 260±15, 850±20, 1085±20, 1320±20 и 3000-30 кэВ.