СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ГЕКСАФТОРИДА УРАНА УРАНОМ-235 Российский патент 2002 года по МПК G01T1/00 G01N23/00 

Изобретение относится к способам контроля обогащения газообразного гексафторида урана ураном-235 и может быть применено на заводах по разделению изотопов урана.

Известен способ [1] контроля обогащения газообразного гексафторида урана ураном-235, заключающийся в облучении потоком гамма-излучения первой камеры с гексафторидом урана, одновременной регистрацией интенсивности гамма-излучения урана-235 от гексафторида урана, находящегося во второй камере, параллельно соединенной с первой, и интенсивности характеристического K_α излучения урана от первой камеры. Концентрацию урана-235 определяют по формуле

где С₅ - концентрация урана-235 в гексафториде урана;
I - интенсивность собственного гамма-излучения урана-235;
I - интенсивность характеристического рентгеновского K_α излучения урана;
α - градуировочная постоянная.

Сложность реализации этого способа требует больших аппаратурных затрат и значительных расходов на эксплуатацию установок. Способ требует применения внешнего радиоизотопного источника с энергией гамма-излучения выше К-края поглощения урана.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [2] контроля обогащения газообразного гексафторида урана, заключающийся в облучении потоком моноэнергетического гамма-излучения камеры с гексафторидом урана, одновременном измерении от этой камеры интенсивности гамма-излучения урана-235 и интенсивности прошедшего через камеру потока моноэнергетического гамма-излучения. По отношению интенсивности собственного гамма-излучения урана-235 к степени ослабления моноэнергетического гамма-излучения от внешнего радиоизотопного источника определяют концентрацию урана-235 в гексафториде урана по формуле

где С₅ - концентрация урана-235 в гексафториде урана;
I - интенсивность собственного гамма-излучения урана-235 от гексафторида урана;
N₀ - интенсивность потока моноэнергетического гамма-излучения, прошедшего от внешнего источника излучения через камеру без гексафторида урана;
N - интенсивность потока моноэнергетического гамма-излучения, прошедшего от внешнего источника излучения через камеру с гексафторидом урана;
α - градуировочная постоянная.

Способ требует значительных аппаратурных и больших эксплуатационных затрат из-за применения внешнего радиоизотопного источника гамма-излучения.

Задача заключается в снижении аппаратурных затрат на реализацию способа измерения, в исключении из процесса измерения внешнего радиоизотопного источника.

Техническое решение достигается тем, что согласно способу контроля обогащения гексафторида урана, заключающемуся в измерении от камеры с гексафторидом урана интенсивности гамма-излучения урана-235, одновременно измеряют давление и температуру находящегося в этой камере гексафторида урана, а содержание урана-235 определяют по формуле

где С₅ - концентрация урана-235 в гексафториде урана;
I - интенсивность гамма-излучения урана-235;
t - температура гексафторида урана;
Р - давление гексафторида урана;
α - градуировочная постоянная.

В сравнении с прототипом предложенное решение обладает новизной, т.к. значительно упрощает аппаратурную реализацию способа, исключает применение внешнего радиоактивного источника, снижает эксплуатационные расходы оборудования.

В патентной и научно-технической литературе не описаны аналогичные способы. Следовательно, предложенное решение отвечает критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображена функциональная схема экспериментальной установки для реализации предложенного способа.

На фиг. 2 и 3 представлены результаты экспериментальных измерений концентрации урана-235 по предлагаемому и известному способам, соответственно, в зависимости от давления гексафторида урана.

Изображенная на фиг. 1 установка содержит цилиндрическую камеру 1, детектор 2, прибор измерения давления 3, датчик температуры 4, блок сбора данных 5, анализатор 6, вычислительный комплекс 7, входной клапан 8, выходной клапан 9.

Детектор 2 регистрирует гамма-излучение урана-235 от находящегося в камере 1 гексафторида урана, одновременно прибором 3 измеряется давление и датчиком 4 температура гексафторида урана в этой камере. Концентрацию урана-235 в гексафториде урана определяют по формуле (2).

В выражении (2) величина интенсивности I собственного гамма-излучения урана-235 пропорциональна содержанию урана-235 в гексафториде урана. Значение величины общего содержания урана в газе пропорционально P/t. В процессе обогащения урана присутствие в гексафториде урана газообразных соединений других элементов маловероятно.

Погрешность δ измерения обогащения по предлагаемому способу обусловлена тремя независимыми составляющими: статистической погрешностью δ₅ измерения интенсивности гамма-излучения урана-235; погрешностью δ_p измерения давления и погрешностью δ_t измерения температуры:

В выражении (3) составляющая погрешности δ₅ является статистической погрешностью измерения интенсивности гамма-излучения с энергией 185,6 кэВ. Эта составляющая погрешности может быть снижена путем увеличения времени измерения.

Величины погрешности δ_p и погрешности δ_t характеризуются погрешностью прибора давления и погрешностью датчика температуры.

Предложенный способ испытан на экспериментальной установке. Камера 1 представляла алюминиевый цилиндр диаметром 26 см, высотой 30 см. Детектор 2 NaJ (T1) диаметром 15 толщиной 2 см с фотоумножителем ФЭУ-173. Прибор давления типа МЦ-2 с классом точности 0,5, датчик температуры - платиновый термометр с классом точности 0,2.

Анализатор 6 представляет двухканальный амплитудный анализатор импульсов, первый канал которого настраивался на энергетическую линию 185,6 кэВ, второй канал регистрировал гамма-излучение в более высокоэнергетическом интервале с целью учета фоновой составляющей под пиком 185,6 кэВ. Блоком 5 сбора данных производилась регистрация результатов измерения прибором давления и датчиком температуры. Этим блоком осуществлялось преобразование информации о давлении и температуре к виду, удобному для обработки в вычислительном комплексе 7, в качестве которого применялась ЭВМ. На вычислительный комплекс одновременно поступала информация с выхода анализатора 6.

После напуска в камеру гексафторида урана до требуемого давления камера отсекалась вентилями 8, 9. Включалось измерение интенсивности гамма-излучения, одновременно измерялись и постоянно фиксировались значения температуры и давления. Вычислялись средние значения температуры и давления за весь период измерения интенсивности гамма-излучения урана-235. По формуле (2) рассчитывались значения концентрации урана-235. Величина I корректировалась на величину фоновой составляющей под пиком 185,6 кэВ. Давление в камере изменялось, циклы измерений повторялись на каждой ступени давления. При аналогичных условиях были проведены измерения по известному способу. При этом значение концентрации урана-235 рассчитывалось по формуле (1). Обработка информации ЭВМ при измерении по известному способу производилась с учетом фоновых составляющих величин I, N₀, N.

Результаты измерений представлены графически на фиг. 2 и фиг.3, как С₅/С_ист.= f(Р), т.е. как зависимость от давления отношения концентрации С₅ к истинному значению концентрации С_ист.. За истинное значение концентрации принята величина 0,3600±0,0018 мас.%, определенная как средняя величина из трех измерений масс-спектрометром.

На фиг. 2, 3 отрезки, показывающие отклонения, представляют собой суммарную ошибку измерения и масс-спектрометра.

Проведенные измерения показывают, что предложенный способ позволяет производить контроль обогащения гексафторида урана с погрешностью не хуже погрешности измерения по известному способу.

Основным достоинством предлагаемого решения является то, что оно не требует применения внешнего радиоизотопного источника гамма-излучения, что значительно снижает аппаратурные и эксплуатационные затраты установок.

Источники информации
1. Измеритель массовой доли ИМД. Техническое описание и инструкция по эксплуатации eK2.800.011 ТО. Уральский Электрохимический комбинат, г. Новоуральск, Свердловской обл., 1987г. с. 10, 13.

2. Richard B. Strittmatter "AGAG-PHASE UF⁶ ENRICHMENT MONITOR", Los-Alamos National Laboratory, Nuclear technology, 1982, november, p. 355, (прототип).

Использование: в технологических потоках заводов по разделению изотопов урана. Сущность: в способе определение содержания урана-235 производят путем измерения интенсивности гамма-излучения. Определение общего содержания урана в гексафториде урана осуществляется путем одновременного контроля давления и температуры газа в измерительной камере. Технический результат: сокращение аппаратурных затрат, исключение применения внешнего радиоизотопного источника. 3 ил.

Способ контроля обогащения газообразного гексафторида урана ураном-235, заключающийся в измерении от камеры с гексафторидом урана интенсивности гамма-излучения урана-235, отличающийся тем, что одновременно с измерением интенсивности гамма-излучения урана-235 измеряют давление и температуру гексафторида урана, а о содержании урана-235 в гексафториде урана судят по значению отношения

где С - содержание урана-235 в гексафториде урана;
I - интенсивность гамма-излучения урана-235;
Р - давление гексафторида урана в камере;
t - температура гексафторида урана в камере;
α - градуировочная постоянная.