СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО УРАНА Российский патент 2002 года по МПК G01N17/00 

Предлагаемое изобретение относится к области химии урана, а именно к коррозионным исследованиям металлического урана в герметичных контейнерах, и может быть использовано для анализа и контроля степени коррозионного разрушения урана.

Известен способ контроля коррозии металлического урана, помещенного для длительного хранения в герметичный контейнер, из которого откачен воздух и в котором поддерживается контролируемый вакуум (ж. Коррозия - NASE 7 vol. N 307, N 27, September, 1974, с. 330-9). Определение степени коррозии в известном способе осуществляется на основе построения калибровочных графиков зависимости изменения кислорода и водорода, измеряемых хроматографически, от времени хранения, а также по измерению содержания аргона, применяемого в качестве "внутреннего стандарта", и дополнительно по весу твердых продуктов коррозии.

Известен наиболее близкий по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному способ контроля коррозии металлического урана при длительном хранении в герметичных контейнерах, среда хранения которых содержит коррозионные агенты и газообразные примеси, включающий динамическое измерение изменения параметров среды хранения (концентрации углеводородов - УВ) с последующим построением калибровочных графиков зависимости определяемых параметров среды хранения от времени, помещение в контейнер системы из поглотителя и катализатора на основе палладия, селективно поглощающих газообразные примеси из среды хранения, продувку перед динамическим измерением контейнера с металлическим ураном воздухом до стабильного состояния системы, динамическое измерение изменения параметров ведут путем регистрации изменения содержания легколетучих УВ, периодическое контрольное вскрытие контейнера с ураном (заявка 98115862, МПК G 01 N 17/00, опубл. в БИ 10.06.2000).

К недостаткам известного способа относится отсутствие возможности выявления степени очистки поверхности урана от продуктов первичной коррозии на этапе хранения, предшествующем контрольному вскрытию контейнера, достаточно высокая сложность определения компонента среды хранения (концентрации УВ) и повышенная трудоемкость способа в связи с необходимостью тщательной продувки контейнера для удаления измеряемого компонента среды из измеряемого объема, а также невысокая эффективность определения момента начала очередного этапа коррозии металлического урана после контрольного нарушения герметичности контейнера.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего эффективно выявлять наличие продуктов первичной коррозии (или степень очистки от них) в процессе хранения металлического урана в контейнерах и определять момент начала коррозии металлического урана на каждом этапе после контрольного вскрытия контейнера.

Новый технический результат при использовании предлагаемого способа заключается в упрощении и повышении эффективности определения момента начала коррозии металлического урана после очередного контрольного нарушения герметичности контейнера и в обеспечении возможности выявления степени очистки поверхности урана от продуктов первичной коррозии на этапе хранения, предшествующем контрольному вскрытию контейнера.

Дополнительный технический результат заключается в повышении достоверности и точности определения момента начала коррозии металлического урана после очередного контрольного нарушения герметичности контейнера за счет одновременной регистрации изменения концентрации двух компонентов - и СО₂ и дополнительно УВ.

Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в известном способе контроля коррозии металлического урана при длительном хранении в герметичных контейнерах, среда хранения которых содержит коррозионные агенты и газообразные примеси, включающем динамическое измерение изменения параметров среды хранения с последующим построением калибровочных графиков зависимости определяемых параметров среды хранения от времени, помещение в контейнер системы из поглотителя и катализатора на основе палладия, селективно поглощающих сопутствующие примеси из среды хранения, продувку воздухом контейнера с металлическим ураном перед динамическим измерением до стабильного состояния системы, динамическое измерение изменения параметров путем регистрации изменения содержания по крайней мере одного из компонентов среды хранения, периодическое контрольное вскрытие контейнера с ураном, в соответствии с предлагаемым способом измерение изменения содержания компонентов среды хранения ведут путем регистрации изменения содержания двуокиси углерода, реагирующей с продуктами первичной коррозии металлического урана, а о степени коррозионного разрушения металлического урана судят по резкому изменению фактического содержания двуокиси углерода на калибровочных графиках относительно их исходного состояния в течение каждого периода хранения между контрольными вскрытиями контейнера.

Кроме того, измерение изменения содержания компонентов среды хранения ведут путем регистрации изменения и содержания двуокиси углерода и дополнительно содержания углеводородов в объеме контейнера.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

В процессе длительного хранения образцов из металлического урана в герметичных контейнерах накапливаются различные газообразные примеси, в том числе и двуокись углерода. Минимальный уровень концентрации двуокиси углерода (СО₂) в контейнере в начальный момент хранения соответствует содержанию последней в воздухе производственных помещений и составляет величину порядка 6•10^-4 г/л. Дальнейшее повышение концентрации двуокиси углерода связано с поступлением последней в среду хранения из находящихся в контейнерах приборов, обшивки контейнера и других конструкционных материалов, где СО₂ находится в виде примесей или образуется в процессе деструкции органических материалов.

Достижение равновесного уровня содержания СО₂ реализуется в течение времени под воздействием следующих факторов:
- поверхностной площади материалов, содержащихся в контейнере;
- массы этих материалов;
- адсорбционной способности;
- свободного объема контейнера;
- числа контрольных вскрытий контейнера;
- времени хранения между контрольными вскрытиями контейнеров;
- температуры производственных помещений или резко изменяющихся климатических условий окружающей атмосферы при нахождении контейнеров на открытом воздухе.

Присутствие в среде хранения поглотителей газообразных примесных компонентов на основе силикагеля, алюмогеля, алкина и некоторых других с палладиевым катализатором (или без него) не оказывает заметного влияния на содержание СО₂ и не способствует снижению концентрации последнего при условии относительного постоянства температуры хранения урана. В связи с этим погрешность определения концентрации СО₂ минимизируется и, как следствие, возрастает точность определения момента начала очередного этапа коррозии урана.

Наличие образцов металлического урана в контейнерах изменяет процесс накопления двуокиси углерода в среде хранения.

Двуокись углерода, как показали эксперименты, является ингибитором коррозии урана. Однако в присутствии даже следовых количеств продуктов коррозии урана СО₂ поглощается ими и содержание последней над образцами урана в среде хранения будет уменьшаться. Это имеет место при воспроизведении этапа хранения образцов металлического урана после неполной очистки их от продуктов коррозии.

Как это видно, изменение концентрации двуокиси углерода свидетельствует о наличии коррозии металлического урана и контроль содержания СО₂ в атмосфере контейнера позволяет контролировать собственно кинетику процесса коррозии металлического урана.

Это реализуется путем динамического измерения изменения параметров среды хранения одного из компонентов среды хранения - концентрации CO₂ с последующим построением калибровочных графиков зависимости определяемых параметров среды хранения от времени (фиг.1).

На фиг.1 представлен график зависимости концентрации СО₂ от времени, где кривая 1 характеризует рост концентрации СО₂ в отсутствии корродирующего урана; кривая 2 показывает некоторое уменьшение концентрации СО₂ при хранении урана в воздушной среде, содержащей остаточные продукты коррозии урана и где возможно наличие слабо текущих коррозионных процессов; кривая 3 показывает резкое падение концентрации СО₂ вплоть до ее полного поглощения в связи с интенсивной коррозией металлического урана в отсутствии кислорода или при следовых его содержаниях. Интенсивность процесса определяется разными факторами, прежде всего величиной открытой поверхности урана, влажностью окружающей среды и другими. Крутизна кривой 3 зависит от скорости протекания коррозионного процесса, а кривой 2 - от количества оставшихся продуктов коррозии.

О степени коррозионного разрушения металлического урана судят т.о. по резкому изменению фактического содержания двуокиси углерода на калибровочных графиках, относительно их исходного состояния в течение каждого периода хранения между контрольными вскрытиями контейнера.

Именно использование процедуры определения концентрации СО₂ позволяет повысить эффективность определения момента начала коррозии металлического урана после очередного контрольного нарушения герметичности контейнера по сравнению с использованием контроля по углеводородам (УВ), как это предусмотрено в прототипе, за счет того, что измерение изменения концентрации СО₂ доступнее и проще, чем измерение углеводородов, тогда как в прототипе необходимо использование более трудоемких методик и более сложных приборов.

В контейнер помещают систему из поглотителя и катализатора на основе палладия, селективно поглощающих сопутствующие примеси (некоторые органические, неорганические кроме двуокиси углерода и УВ) из среды хранения.

Далее производят продувку воздухом контейнера с металлическим ураном перед динамическим измерением до момента получения стабильного состояния системы, которую повторяют на каждом очередном этапе контрольного вскрытия.

Проведение процедуры контрольного вскрытия диктуется необходимостью проведения очистки урановых образцов от продуктов первичной коррозии и проветриванием атмосферы хранения воздухом. Кроме того, на каждом очередном этапе вскрытия контейнера производится измерение содержания СО₂, и это позволяет точно определять момент начала очередного этапа коррозии металлического урана при воспроизведении нового цикла хранения.

Наиболее точно и достоверно момент начала коррозии металлического урана можно определить измерением изменения содержания компонентов среды хранения путем регистрации изменения содержания двуокиси углерода (СО₂) и содержания УВ в объеме контейнера. Эффект совмещения определения изменения концентраций двух газообразных соединений показан на фиг.2. Кривые 1,2 показывают динамику изменения концентрации СО₂ (уменьшение) и концентрации легких (С₁-C₂) углеводородов (рост) в среде хранения при наличии коррозионных процессов на поверхности металлического урана. Момент начала интенсивной коррозии регистрируется в точках "а" и "б".

Т.о. использование предлагаемого способа обеспечивает упрощение и повышение эффективности определения момента начала коррозии металлического урана после очередного контрольного нарушения герметичности контейнера и возможность выявления степени очистки поверхности урана от продуктов первичной коррозии на этапе хранения, предшествующем контрольному вскрытию контейнера.

Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В лабораторных условиях проведено динамическое измерение изменения параметров среды хранения образцов урана, содержания двуокиси углерода и легких углеводородов от времени. Для этого образцы урана помещают в контейнер системы из поглотителя и катализатора на основе палладия, селективно поглощающих газообразные примеси из среды хранения, и проводят продувку его воздухом до стабильного состояния системы. Контроль среды в контейнере проводят в процессе всего цикла хранения. Регистрируют изменение концентрации СО₂ и легких УВ и строят кривые зависимости концентрации от времени, показанные на фиг.1, 2.

Пример 2. Условия опыта, как в примере 1, но в контейнере отсутствует коррелирующий металлический уран. В этом случае содержание СО₂ в контейнере растет до определенного при данной температуре равновесного состояния, показанного на фиг.1, кривая 1.

Использование выбранных компонентов среды хранения, которые в нормальных условиях не адсорбируются материалами контейнера (СО₂ и УВ), содержание которых в среде хранения не зависит (УВ) или слабо зависит (СО₂) от температуры, позволяет регистрировать наличие коррозионных процессов на уране (СО₂ и УВ) и остаточных продуктов коррозии (СО₂).

Как показали примеры, использование предлагаемого способа позволило упростить и более эффективно определить момент начала коррозии металлического урана после очередного контрольного нарушения герметичности контейнера, а также выявить степень очистки поверхности урана от продуктов первичной коррозии на этапе хранения, предшествующем контрольному вскрытию контейнера.

Использование: область химии урана, а именно коррозионные исследования хранения металлического урана в герметичных контейнерах для анализа и контроля степени коррозионного разрушения урана. Сущность изобретения: контроль коррозии металлического урана осуществляют путем динамического измерения изменения параметров среды хранения с последующим построением калибровочных графиков зависимости определяемых параметров среды хранения, содержания двуокиси углерода от времени. Образцы урана помещают в контейнер системы из поглотителя и катализатора на основе палладия, селективно поглощающих газообразные примеси из среды хранения, и проводят продувку его воздухом перед динамическим измерением до стабильного состояния системы. Контроль среды в контейнере проводят как в процессе одного цикла хранения, так и при периодическом контрольном вскрытии контейнера. Кроме того, измерение изменения содержания компонентов среды хранения ведут путем регистрации изменения содержания двуокиси углерода, содержания УВ в объеме контейнера. Технический результат: упрощение, повышение эффективности определения момента начала коррозии металлического урана после контрольного вскрытия контейнера, обеспечение возможности выявления степени очистки поверхности урана от продуктов первичной коррозии на очередном этапе хранения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля коррозии металлического урана при длительном хранении в герметичных контейнерах, среда хранения которых содержит коррозионные агенты и газообразные примеси, включающий динамическое измерение изменения параметров среды хранения с последующим построением калибровочных графиков зависимости определяемых параметров среды хранения от времени, помещение в контейнер системы из поглотителя и катализатора на основе палладия, селективно поглощающих газообразные примеси из среды хранения, продувку воздухом контейнера с металлическим ураном перед динамическим измерением до стабильного состояния системы, динамическое измерение изменения параметров среды хранения путем регистрации изменения содержания, по крайней мере одного из компонентов среды хранения, периодическое контрольное вскрытие контейнера с ураном, отличающийся тем, что измерение изменения содержания компонентов среды хранения ведут путем регистрации изменения содержания двуокиси углерода, реагирующей с продуктами первичной коррозии металлического урана, а о степени коррозионного разрушения металлического урана судят по резкому изменению фактического содержания двуокиси углерода на калибровочных графиках относительно их исходного состояния, в течение каждого периода хранения между контрольными вскрытиями контейнера. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение изменения содержания компонентов среды хранения ведут путем регистрации изменения и содержания двуокиси углерода и дополнительно содержания углеводородов в объеме контейнера.