DE2162704A1 - Determn of isotope ratio in gaseous, heavy-metal cpds - for supervision of isotope-enrichment processes - Google Patents

Determn of isotope ratio in gaseous, heavy-metal cpds - for supervision of isotope-enrichment processes

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DE2162704A1 DE19712162704 DE2162704A DE2162704A1 DE 2162704 A1 DE2162704 A1 DE 2162704A1 DE 19712162704 DE19712162704 DE 19712162704 DE 2162704 A DE2162704 A DE 2162704A DE 2162704 A1 DE2162704 A1 DE 2162704A1
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Abstract

In a process for the determn. of the isotope ratio of a gaseous heavy-metal cpd. of unknown density having a fissile component, the gas contg. the fissile material (e.g. UF6) passes through a current ionisation chamber and an impulse ionisation chamber, both of which are subjected to radiation from thermic neutrons. A quotient giving a measure of the ratio of the isotopes is formed from the ion current and the impulse rate. The technique, which is comparatively simple and suitable for continuous process control, does not require an independent measurement of press.

Description

Verfahren zur Bestimmung des IsotopenverhaltnissesMethod for determining the isotope ratio

Zur Bestimmung des Isotopenverhaltnisses in gasförmigen Schwermetallverbindungen werden z. Z, hauptsächlich Massenspektrometer eingesetzt. Mit Massenspektrometern kann beispielsweise das Tsotopenverhältnis U 235/U 238 mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Zum Einsatz in großen Anreicherungsanlagen, beispielsweise zur Überwachung der Anreicherung nach einzelnen Anreicherungsstufen, sind Massenspektrometer zu aufwendig und zu kompliziert in der Bedienung. Bei einem weiteren Verfahren zur Bestimmung der U 235 Konzentration in U 235-haltigen Gasen wird die 184 keV £ -Strahlung des U 235 gemessen. Die 184 keV Photolinie wird bei der Messung durch einen Bremsstrahlungsuntergrund aus dem Zerfall von Pa 234 m/Th 234, die durch den cc-Zerfall des U 238 entstehen, überlagert. Um genaue Meßergebnisse zu erzielen, müssen kurz vor der Messung das Pa und Th chemisch abgetrennt werden. Darin liegt der Hauptnachteil des Verfahrens. Eine Automatisierung und somit eine automatische Prozeßüberwachung ist ausgeschlossen.To determine the isotope ratio in gaseous heavy metal compounds z. Z, mainly used for mass spectrometers. With mass spectrometers, for example, the isotope ratio U 235 / U 238 can be determined with great accuracy. For use in large enrichment systems, for example for monitoring the enrichment after individual enrichment stages, mass spectrometers are too expensive and too complicated to operate. In another method for determining the U 235 concentration in gases containing U 235, the 184 keV £ radiation from the U 235 is measured. During the measurement, the 184 keV photo line is overlaid by a bremsstrahlung background from the decay of Pa 234 m / Th 234, which is caused by the cc decay of the U 238. In order to achieve accurate measurement results, the Pa and Th must be chemically separated shortly before the measurement. This is the main disadvantage of the process. Automation and thus automatic process monitoring is excluded.

Es ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem das spaltstoffhaltige Gas durch eine Impulsionisationskammer strömt, die von thermischen Neutronen beispielsweise aus einer Neutronenquelle durchstrahlt wird. Gemessen werden hier die Impulse, die durch die Spaltprodukte bei einer Spaltung von U 235 in derThere is another known method in which the fuel-containing gas flows through an impulsion chamber through which thermal neutrons, for example from a neutron source, are irradiated. To be measured here the impulses generated by the fission products in the event of a cleavage of U 235 in the

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Kammer erzeugt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß außer U 235 alle anderen spaltstoffhaltigen Gase auf ihre Spaltstoffkonzentration untersucht werden können. Das Verfahren ist auch zu einer kontinuierlichen Prozeßüberwachung geeignet. Ein entscheidender Nachteil ist, daß zur Messung einer Spaltstoffkonzentration zusätzlich der Gasdruck in der Kammer gemessen werden muß.Chamber can be generated. This method has the advantage that, in addition to U 235 all other gases containing fissile material are examined for their fissile material concentration can be. The method is also a continuous process monitoring suitable. A decisive disadvantage is that the gas pressure in the chamber is also measured in order to measure the concentration of fissile material got to.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Meßapparatur zur Bestimmung der Spaltstoffkonzentration beliebiger spaltstoffhaltiger Gase unabhängig vom Gasdruck zu schaffen.The object of this invention is to provide a method and a measuring apparatus to determine the fissile material concentration of any gases containing fissile material, regardless of the gas pressure.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das spaltstoffhaltige Gas durch eine Stromionisationskammer und eine Impulsionisationskammer, die beide von thermischen Neutronen durchstrahlt werden, geleitet und aus gemessenem Ionenstrom und gemessener Impulsrate der ein Maß für das Isotopenverhältnis darstellende Quotient gebildet wird.The object is achieved according to the invention in that the fissile material-containing Gas is passed through a current ionization chamber and an impulsionization chamber, both of which are irradiated by thermal neutrons The quotient, which is a measure of the isotope ratio, is formed from the measured ion current and the measured pulse rate.

Zur praktischen Durchführung des Verfahrens kann man eine Meßapparatur verwenden, bei der das spaltstoffhdtige Gas nacheinander durch eine Stromionisationskammer und eine Impulsionisationskammer geleitet wird. Die beiden getrennten Kammern sind durch ein Zwischenstück miteinander verbunden, das einen Druckausgleich bewirkt, so daß in beiden Kammern der gleiche Druck herrscht. Es ist aber auch möglich, Stromionisations-Messungen und Impul-sionisations-Messungen in einer gemeinsamen Kammer durchzuführen.A measuring apparatus can be used to carry out the process in practice use, in which the fissile-contaminated gas successively through a current ionization chamber and an impulsion chamber is passed. The two separate chambers are connected to one another by an intermediate piece, the causes a pressure equalization so that the same pressure prevails in both chambers. However, it is also possible to carry out current ionization measurements and pulse ionization measurements to be carried out in a common chamber.

Die Wirkungsweise des Verfahrens beruht auf folgenden Überlegungen. Als Beispiel sei UF6 definierter Reinheit angenommen, das sowohl Isotope UThe mode of operation of the method is based on the following considerations. As an example, assume UF6 of defined purity, which contains both isotopes U

609826/0347609826/0347

als auch U 238 enthält. Gemessen werden dabei die Impulse, die bei der Spaltung von U 235 in der Impulsionisationskammer entstehen. Diese Messung gibt direkt die Anzahl der Spaltungen wieder. Bei der Impulsionisationskammer mißt man direkt den Anteil der U 235 Isotope im Gas, denn nur die U 235 Isotope, nicht aber die U 238 Isotope sind durch die thermischen Neutronen spaltbar. Zur Bestimmung des Verhältnisses U 235 zu U 238 wäre zusätzlich noch der Druck des Gases in der Impulsionisationskammer zu messen. Gemäß der Erfindung wird diese Druckmessung in einfacher Weise ersetzt durch den Ein- 'as well as U 238. The impulses generated during the split are measured of U 235 arise in the impulsion chamber. This measurement gives directly the number of splits again. In the case of the impulsion chamber, the proportion of the U 235 isotopes in the gas is measured directly, because only the U 235 isotopes, but not the U 238 isotopes can be split by the thermal neutrons. To determine the ratio of U 235 to U 238, there would also be measure the pressure of the gas in the impulsion chamber. According to the Invention, this pressure measurement is simply replaced by the '

satz einer Stromionisationskammer.set of a current ionization chamber.

Aus der Vakuumtechnik ist die Druckmessung mittels Vakuum ionisations-Manometern bekannt. Bei der hier beschriebenen Stromionisationskammer wird analog zu diesem bekannten Prinzip vorgegangen, indem die Druckbestimmung dadurch erfolgt, daß das spaltstoffhaltige Gas durch einen thermischen Neutronenfluß ionisiert wird. Bei der Stromionisation wird die Dichte des verwendeten Gasgemisches, d. h. sowohl U 235 als auch U 238 Isotope, festgestellt. Der gemessene Ionenstrom ist proportional dem Kammerdruck. Durch übliche Eichung ä kann direkt eine Druckmessung erfolgen. Beim konstruktiven Entwurf der Kammer soll darauf geachtet werden, daß bestimmte Abmessungen, insbesondere der Elektrodenabstand, kleiner sind als die freie Wegstrecke der Spaltprodukte bzw. ionisierenden Teilchen.Pressure measurement using vacuum ionization manometers is known from vacuum technology. In the case of the current ionization chamber described here, the procedure is analogous to this known principle, in that the pressure is determined by ionizing the gas containing fissile material by a thermal neutron flux. In the case of current ionization, the density of the gas mixture used, ie both U 235 and U 238 isotopes, is determined. The measured ion current is proportional to the chamber pressure. Can be done like by conventional calibration directly a pressure measurement. When designing the chamber, care should be taken to ensure that certain dimensions, in particular the electrode spacing, are smaller than the free path of the fission products or ionizing particles.

Unter der Voraussetzung, daß in den beiden Ionisationskammern der gleiche Druck herrscht, kann durch die Messung der Spaltrate in der Impulsionisationskammer und durch die Messung des Stromes in der Stromionisationskammer das Isotopenverhältnis durch Quotientenbildung bestimmt werden.Assuming that the pressure in both ionization chambers is the same, the fission rate can be measured in the impulsion chamber and by measuring the current in the current ionization chamber, the isotope ratio can be determined by forming a quotient.

609826/034 7 ~4~609826/034 7 ~ 4 ~

Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Meß-Apparatur für das Verfahren mit zwei getrenntenAn exemplary embodiment for the invention is explained below with reference to the drawings. Show it
Fig. 1 shows a measuring apparatus for the process with two separate

Ionisationskammern,
Fig. 2 eine Meß-Apparatur mit einer gemeinsamen Ionisationskammer.Ionization chambers,
2 shows a measuring apparatus with a common ionization chamber.

Figur 1 zeigt als Beispiel eine erfindungsgemäße Meßanordnung, bestehend aus einer Impulsionisationskammer und aus einer Stromionisationskammer, die von thermischen Neutronen beispielsweise von einer Neutronenquelle, die nicht eingezeichnet ist, durchstrahlt werden.As an example, FIG. 1 shows a measuring arrangement according to the invention, consisting from an impulsionization chamber and from a current ionization chamber, which are generated by thermal neutrons, for example from a neutron source, which are not is drawn, be irradiated.

Das spaltstoffhaltige Gas, beispielsweise UF 0, strömt in der durch A angezeigten Richtung in eine an sich bekannte Ionisationskammer 1 ein. Eine Elektrode 2 der Kammer wird von einem Netzgerät 3 auf eine bestimmte Spannung gelegt. Die zweite Elektrode 4 ist von einer geerdeten Schirmelektrode umgeben. Mit einem an sich bekannten Strommeßgerät G wird der Kammerstrom gemessen. Aus der Ionisationskammer 1 strömt das Gas in eine an sich bekannte Impulsionisationskammer 7, deren eine Elektrode 8 beispielsweise geerdet sein kann. An der anderen Elektrode 9 ist über einem Arbeitswiderstand 10 ein Spannungsnetzgerät 11 angeschlossen. Der Spannungsabfall über den Arbeitswiderstand lO bei einer Entladung in der Kammer wird über den Kondensator 12 als Signal in einen Verstärker 13 eingespeist. Die Ausgangs signale werden von einem digitalen Zählgerät 14 gezählt. Das spaltstoffhaltige Gas strömt wie von B angezeigt aus der Meßanordnung heraus.The gas containing fissile material, for example UF 0, flows in the through A indicated direction in an ionization chamber 1 known per se. An electrode 2 of the chamber is set to a certain voltage by a power supply unit 3 placed. The second electrode 4 is surrounded by a grounded shield electrode. With an ammeter G known per se, the chamber flow measured. From the ionization chamber 1, the gas flows into an impulsionization chamber 7 known per se, one electrode 8 of which is, for example, grounded can be. A voltage power supply unit 11 is connected to the other electrode 9 via a working resistor 10. The voltage drop across the working resistance 10 in the case of a discharge in the chamber is fed as a signal into an amplifier 13 via the capacitor 12. The output signals are counted by a digital counter 14. The gas containing fissile material flows out of the measuring arrangement as indicated by B.

Figur 2 zeigt als Beispiel eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßanordnung bei der die in Figur 1 dargestellten beiden Ionisationskammern zusammengefaßt sind. Dae spaltstoffhaltige Gas strömtAs an example, FIG. 2 shows a particularly advantageous embodiment the measuring arrangement according to the invention in which the two ionization chambers shown in FIG. 1 are combined. The fuel-containing gas flows

609826/034 7 -5-609826/034 7 - 5 -

bei C in die Kammer 15 ein. Eine Elektrode 1 H ist beispielsweise geerdet, während die andere Elektrode 17 über einen Arbeitswiderstand 18 und über ein Strommeßgerät 19 mit einem Spannungsnetzgerät 20 verbunden ist. Über einen Koppelkondensator 21 sind ein Impulsverstärker 22 und ein digitales Zählgerät 23 angeschlossen.at C into chamber 15. For example, an electrode 1 H is grounded, while the other electrode 17 has a working resistor 18 and over an ammeter 19 is connected to a voltage power supply 20. A pulse amplifier 22 and a digital one are connected via a coupling capacitor 21 Counting device 23 connected.

Durch diese Anordnung kann in der Kammer gleichzeitig durch Impulsmessung die Anzahl der Spaltungen und durch Strommessung der Ionisationsstrom gemessen und somit der Druck bestimmt werden. This arrangement allows for pulse measurement in the chamber at the same time the number of splits and the ionization current can be measured by current measurement and thus the pressure can be determined.

23.11.197111/23/1971

ET 10/Bau/bc - 6 -ET 10 / Bau / bc - 6 -

609826/034 7609826/034 7

Claims (1)

Reg. 2321Reg. 2321 Patentansprüche:Patent claims: erfahren zur Bestimmung des Isotopenverhältnisses einer gasförmigen Schwermetall-Verbindung unbekannter Dichte mit einer spaltbaren Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß das spaltstoffhaltige Gas (z. B. UF 6) durch eine Stromionisationskammer (1 in Fig. 1) und eine Impulsionisationskammer (7 in Fig. 1), die beide von thermischen Neutronen durchstrahlt werden, geleitet und aus gemessenem Ionenstrom und gemessener Impulsrate der ein Maß für das Isotopenverhältnis darstellende Quotient gebildet wird.experienced in determining the isotope ratio of a gaseous Heavy metal compound of unknown density with a fissile component, characterized in that the gas containing fissile material (z. B. UF 6) through a current ionization chamber (1 in Fig. 1) and an impulsion chamber (7 in Fig. 1), both of which are irradiated by thermal neutrons, guided and from the measured ion current and measured pulse rate the quotient, which is a measure of the isotope ratio, is formed. 2. Meßapparatur zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromionisationskammer (1 in Fig. 1) und die Impulsionisationskammer (7 in Fig. 1) als getrennte, durch ein der Gasführung dienendes Zwischenstück miteinander verbundene Kammern ausgebildet sind.2. Measuring apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the current ionization chamber (1 in Fig. 1) and the impulsion chamber (7 in Fig. 1) as separate, through one of the gas guide Serving intermediate piece interconnected chambers are formed. 3. Meßapparatur zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine sowohl für Impulsmessung als auch für Strommessung dienende, gemeinsame Ionisationskammer (15 in Fig. 2).3. Measuring apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by one for both pulse measurement and current measurement serving, common ionization chamber (15 in Fig. 2). 23. 11.1971
ET lO/Bau/bcNovember 23, 1971
ET lO / construction / bc 609826/0347609826/0347
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107807145A (en) * 2016-09-09 2018-03-16 中核兰州铀浓缩有限公司 It is a kind of to detect UF without heat source type6The sensor of dielectric gas flow direction

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CN107807145A (en) * 2016-09-09 2018-03-16 中核兰州铀浓缩有限公司 It is a kind of to detect UF without heat source type6The sensor of dielectric gas flow direction

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