RU2151434C1 - Hydrogen analyzer for uranium dioxide fuel pellets - Google Patents

Hydrogen analyzer for uranium dioxide fuel pellets Download PDF

Info

Publication number
RU2151434C1
RU2151434C1 RU98115171/06A RU98115171A RU2151434C1 RU 2151434 C1 RU2151434 C1 RU 2151434C1 RU 98115171/06 A RU98115171/06 A RU 98115171/06A RU 98115171 A RU98115171 A RU 98115171A RU 2151434 C1 RU2151434 C1 RU 2151434C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
uranium dioxide
afterburner
water
fuel pellets
Prior art date
Application number
RU98115171/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98115171A (en
Inventor
Н.М. Гордик
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" filed Critical Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority to RU98115171/06A priority Critical patent/RU2151434C1/en
Publication of RU98115171A publication Critical patent/RU98115171A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2151434C1 publication Critical patent/RU2151434C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

FIELD: determining hydrogen content in uranium dioxide pellets. SUBSTANCE: hydrogen analyzer has gas unit, hydrogen afterburner, bypass pipe mounted in parallel with hydrogen afterburner, coulometering transducer, current integrator, and power supply. Gas unit incorporates molybdenum evaporator with loading device and thermocouple which is placed in electric furnace provided with current ducts and placed, in its turn, in helium-filled chamber. Hydrogen afterburner functions to oxidize hydrogen to water state and the latter, together with water released from pellets, is disintegrated in coulometering transducer by electrolysis into hydrogen and oxygen thereby enabling determination of total content of hydrogen; molybdenum evaporator functions to prevent contact between heating element and parts under check; program-controlled voltage regulator provides for setting desired heating temperature at specified rate; bypass pipe makes it possible to separately determine amount of free hydrogen and water. EFFECT: simplified design and accuracy of results obtained. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к аналитической химии, в частности определению общего водорода в таблетках из двуокиси урана. The invention relates to analytical chemistry, in particular the determination of total hydrogen in tablets of uranium dioxide.

Известно устройство для определения водорода (Аналитическая химия, N 45, 1990, стр. 1317). Это устройство предусматривает применение сенсора на основе МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) для определения водорода в твердых телах. A device for determining hydrogen is known (Analytical Chemistry, N 45, 1990, p. 1317). This device provides for the use of a MIS-based sensor (metal-dielectric-semiconductor) to detect hydrogen in solids.

Недостатком данного устройства является то, что он не обеспечивает раздельного определения свободного водорода и воды, а замер локальной концентрации водорода в точечном участке не позволяет дать оценку концентрации водорода партии таблеток. The disadvantage of this device is that it does not provide a separate determination of free hydrogen and water, and the measurement of the local concentration of hydrogen in a point plot does not allow an estimate of the hydrogen concentration of a batch of tablets.

Наиболее близким по технической сути - прототип, является автоматический определитель водорода, используемый в методе ASTM (Стандартные методики химических, масс-спектрометрических и спектральных анализов порошков и таблеток двуокиси урана ядерного сорта. ANSI/ASTM C 696-80, ЦНИИАТОМИНФОРМ, Москва, 1982, перевод N 129, п. 144.2-147, стр. 182-185). The prototype closest in technical essence is the automatic hydrogen determinant used in the ASTM method (Standard methods for chemical, mass spectrometric and spectral analyzes of powders and tablets of nuclear grade uranium dioxide. ANSI / ASTM C 696-80, TsNIIATOMINFORM, Moscow, 1982, translation N 129, p. 144.2-147, p. 182-185).

Таблетка из двуокиси урана нагревается в графитовом тигле в атмосфере инертного газа до температуры более чем 1800oC. Выделившийся водород, предварительно прошедший хроматографическую очистку от азота и двуокиси углерода, измеряют интегрированием выходного пика от детектора по теплопроводности. Сигнал интегрируется в электрической системе, откалиброванной в микрограммах водорода на грамм образца двуокиси урана. При нагревании таблеток имеют место восстановление закиси-окиси урана, в основном находящейся на поверхности таблеток, водородом с образованием воды и окисление двуокиси урана водой с образованием закиси-окиси урана и водорода U3O8 + 2H2 = 3UO2 + 2H2O.A uranium dioxide tablet is heated in a graphite crucible in an inert gas atmosphere to a temperature of more than 1800 o C. The released hydrogen, which has previously undergone chromatographic purification of nitrogen and carbon dioxide, is measured by integrating the output peak from the detector by thermal conductivity. The signal is integrated in an electrical system calibrated in micrograms of hydrogen per gram of a sample of uranium dioxide. When the tablets are heated, there is a reduction of uranium oxide, mainly located on the surface of the tablets, with hydrogen to form water and the oxidation of uranium dioxide with water to form uranium oxide and hydrogen U 3 O 8 + 2H 2 = 3UO 2 + 2H 2 O.

Это приводит к искажению результатов определения водорода. This leads to a distortion of the hydrogen determination results.

Недостатком указанного прибора является система сложной газовой очистки, невозможность раздельного определения свободного водорода, воды и общего водорода, отсутствие задания и контроля температуры, а также малое количество анализируемого вещества (1 таблетка), не дающее объективной информации о партии таблеток. The disadvantage of this device is a complex gas purification system, the impossibility of separate determination of free hydrogen, water and total hydrogen, the lack of task and temperature control, as well as a small amount of analyte (1 tablet), which does not provide objective information about the batch of tablets.

Задача изобретения - упрощение конструкции установки, повышение точности результата анализа. The objective of the invention is to simplify the design of the installation, improving the accuracy of the analysis result.

Данная задача решается благодаря тому, что внутри печи установлен испаритель, выполненный в виде трубки из молибдена, выход из которой патрубком соединен с дожигателем водорода, который в свою очередь соединен с интегратором через преобразователь, при этом внутри испарителя установлена термопара, блок питания выполнен с программным регулятором напряжения, в качестве преобразователя использован датчик, основанный на кулонометрическом методе измерения, а параллельно дожигателю водорода установлена обводная труба. This problem is solved due to the fact that an evaporator is installed inside the furnace, made in the form of a molybdenum tube, the outlet of which is connected to a hydrogen afterburner, which, in turn, is connected to the integrator through a converter, while a thermocouple is installed inside the evaporator, the power supply is made with software voltage regulator, a transducer based on the coulometric measurement method was used as a converter, and a bypass pipe was installed in parallel with the hydrogen afterburner.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как дожигатель водорода окисляет водород до воды, которая совместно с водой, выделившейся из таблеток, разлагается в кулонометрическом датчике электролизом на водород и кислород, что позволяет определять общий водород, наличие испарителя из молибдена исключает контакт между нагревательным элементом и образцами, наличие программного регулятора напряжения позволяет задавать нужную температуру нагрева с заданной скоростью, а установка обводной трубы позволяет определять раздельно количество свободного водорода и воды. The indicated set of features is new and has an inventive step, since a hydrogen afterburner oxidizes hydrogen to water, which, together with the water released from the tablets, decomposes in a coulometric sensor by electrolysis into hydrogen and oxygen, which makes it possible to determine total hydrogen; the presence of an molybdenum evaporator eliminates contact between the heating element and the samples, the presence of a software voltage regulator allows you to set the desired heating temperature at a given speed, and setting the bypass The loss allows to determine separately the amount of free hydrogen and water.

На фиг. 1 представлена блок схема анализатора водорода; на фиг. 2 - газовый блок анализатора. In FIG. 1 is a block diagram of a hydrogen analyzer; in FIG. 2 - gas block analyzer.

Анализатор водорода состоит из газового блока 1, дожигателя водорода 2, обводной трубы 3, установленной параллельно дожигателю водорода, кулонометрического датчика 4, интегратора тока 5, блока питания 6. The hydrogen analyzer consists of a gas block 1, a hydrogen afterburner 2, a bypass pipe 3 mounted parallel to the hydrogen afterburner, a coulometric sensor 4, a current integrator 5, and a power supply 6.

Испаритель 7 с загрузочным устройством 8 и термопарой 9 помещен в электродную печь 10, снабженную тоководами, которая в свою очередь размещена в камере 11, заполненной гелием. An evaporator 7 with a charging device 8 and a thermocouple 9 is placed in an electrode furnace 10 equipped with current leads, which in turn is placed in a chamber 11 filled with helium.

Дожигатель водорода 2 представляет собой проточный кварцевый реактор, заполненный окисью меди. The hydrogen burner 2 is a flowing quartz reactor filled with copper oxide.

Кулонометрический датчик выполнен в виде стеклянной трубки с впаянными на внутренней поверхности двумя платиновыми электродами. Один электрод разорван, в результате чего датчик содержит два последовательно соединенных чувствительных элемента - рабочий и контрольный, предназначенный для контроля полноты поглощения воды рабочим датчиком. Гигроскопическое вещество кулонометрического датчика представляет собой пирофосфорную кислоту H4P2O7, получаемую обезвоживанием электролизом ортофосфорной кислоты, нанесенной на внутреннюю поверхность чувствительного элемента до начала работы датчика.The coulometric sensor is made in the form of a glass tube with two platinum electrodes soldered on the inner surface. One electrode is broken, as a result of which the sensor contains two series-connected sensing elements - the working and control, designed to control the completeness of water absorption by the working sensor. The hygroscopic substance of the coulometric sensor is pyrophosphoric acid H 4 P 2 O 7 obtained by dehydration by electrolysis of phosphoric acid deposited on the inner surface of the sensor before the sensor starts to work.

Блок питания представляет собой силовой трансформатор с выходным напряжением до 15 вольт, выдерживающий токовую нагрузку до 450 А, и программный регулятор напряжения. The power supply is a power transformer with an output voltage of up to 15 volts, withstanding a current load of up to 450 A, and a software voltage regulator.

Регистрация количества электричества, пошедшего на электролиз воды, проводится интегратором И1 в сочетании со счетной приставкой ПСО2-5. Registration of the amount of electricity that went into the electrolysis of water is carried out by the I1 integrator in combination with the counting prefix PSO2-5.

Анализатор водорода в топливных таблетках из двуокиси урана работает следующим образом. The hydrogen analyzer in fuel pellets from uranium dioxide works as follows.

Анализируемые таблетки (6 шт.) помещаются в молибденовый испаритель 7 с помощью загрузочного устройства 8, подается напряжение через программный регулятор напряжения и включается интегратор тока 5. Нагрев таблеток проводится посредством передачи тепла от электродной печи 10 через стенки молибденового испарителя 7, что обеспечивает плавный нагрев таблеток и исключает загрязнение водорода и воды другими газами. Таблетки, нагретые до температуры 1800oC+50oC, в атмосфере гелия выделяют водород и воду, которые через патрубок переносятся потоком гелия в дожигатель водорода до воды, после чего вода тем же потоком гелия увлекается в кулонометрический датчик 4, где поглощается пятиокисью фосфора и тот же час разлагается электролизом на водород и кислород. Количество электричества, пошедшее на электролиз воды, которое является мерой массовой доли общего водорода в таблетках, регистрируется интегратором тока 5.The analyzed tablets (6 pcs.) Are placed in a molybdenum evaporator 7 using a loading device 8, voltage is supplied through a programmed voltage regulator and the current integrator 5 is turned on. The tablets are heated by transferring heat from the electrode furnace 10 through the walls of the molybdenum evaporator 7, which ensures smooth heating tablets and eliminates the pollution of hydrogen and water by other gases. The tablets, heated to a temperature of 1800 o C + 50 o C, emit hydrogen and water in the helium atmosphere, which are transferred through the nozzle stream to the hydrogen afterburner to the water through the nozzle, after which the water is carried by the same helium stream to the coulometric sensor 4, where it is absorbed by phosphorus pentoxide and the same hour is decomposed by electrolysis into hydrogen and oxygen. The amount of electricity that went into the electrolysis of water, which is a measure of the mass fraction of total hydrogen in tablets, is recorded by a current integrator 5.

В случае, если необходимо измерить свободный водород, то водород и вода, выделившиеся из таблеток, потоком гелия направляют по обводной трубе в кулонометрический датчик. В данном случае мы определяем количество воды, а по разнице общего водорода и связанного в воде, определяем количество свободного водорода. If it is necessary to measure free hydrogen, then the hydrogen and water released from the tablets are sent by a helium stream through a bypass pipe to a coulometric sensor. In this case, we determine the amount of water, and by the difference in total hydrogen and bound in water, we determine the amount of free hydrogen.

В результате использования предлагаемого анализатора водорода удалось упростить конструкцию установки, повысить точность результата анализа, поскольку анализ проводится из укрупненной навески (6 таблеток) по сравнению с прототипом (1 таблетка), это обеспечивает представительность пробы от анализируемой партии и увеличивает рабочий сигнал в шесть раз. Конструкция анализатора позволяет устанавливать строго требуемую температуру, что позволяет определить не только общий водород, но и свободный водород и воду, а плавный нагрев и охлаждение таблеток в потоке гелия предотвращают их разрушение и окисление, в результате чего таблетки могут быть использованы для снаряжения тепловыделяющих элементов. As a result of using the proposed hydrogen analyzer, it was possible to simplify the design of the installation and increase the accuracy of the analysis result, since the analysis is carried out from an enlarged sample (6 tablets) compared to the prototype (1 tablet), this ensures the representativeness of the sample from the analyzed batch and increases the working signal by six times. The design of the analyzer allows you to set a strictly required temperature, which allows you to determine not only total hydrogen, but also free hydrogen and water, and smooth heating and cooling of the tablets in a helium stream prevents their destruction and oxidation, as a result of which the tablets can be used to equip fuel elements.

Claims (5)

1. Анализатор водорода в топливных таблетках из двуокиси урана, содержащий электродную печь для нагревания образцов с загрузочным устройством, преобразователь, регистратор и блок питания, отличающийся тем, что внутри печи установлен молибденовый испаритель, выход из которого патрубком соединен с дожигателем водорода, который, в свою очередь, соединен с интегратором через преобразователь. 1. A hydrogen analyzer in fuel pellets made of uranium dioxide, containing an electrode furnace for heating samples with a charging device, a converter, a recorder and a power supply unit, characterized in that a molybdenum evaporator is installed inside the furnace, the outlet of which is connected to a hydrogen afterburner, which, in in turn, connected to the integrator via a converter. 2. Анализатор водорода в топливных таблетках из двуокиси урана по п.1, отличающийся тем, что параллельно дожигателю установлена обводная труба. 2. A hydrogen analyzer in fuel pellets of uranium dioxide according to claim 1, characterized in that a bypass pipe is installed parallel to the afterburner. 3. Анализатор водорода в топливных таблетках из двуокиси урана по п.1, отличающийся тем, что внутри испарителя установлена термопара. 3. The hydrogen analyzer in fuel pellets of uranium dioxide according to claim 1, characterized in that a thermocouple is installed inside the evaporator. 4. Анализатор водорода в топливных таблетках из двуокиси урана по п.1, отличающийся тем, что в качестве преобразователя использован датчик, основанный на кулонометрическом методе измерения. 4. The hydrogen analyzer in fuel pellets of uranium dioxide according to claim 1, characterized in that a sensor based on the coulometric measurement method is used as a converter. 5. Анализатор водорода в топливных таблетках из двуокиси урана по п.1, отличающийся тем, что блок питания выполнен с программным регулятором напряжения. 5. The hydrogen analyzer in fuel pellets of uranium dioxide according to claim 1, characterized in that the power supply is made with a software voltage regulator.
RU98115171/06A 1998-08-04 1998-08-04 Hydrogen analyzer for uranium dioxide fuel pellets RU2151434C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98115171/06A RU2151434C1 (en) 1998-08-04 1998-08-04 Hydrogen analyzer for uranium dioxide fuel pellets

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98115171/06A RU2151434C1 (en) 1998-08-04 1998-08-04 Hydrogen analyzer for uranium dioxide fuel pellets

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98115171A RU98115171A (en) 2000-05-10
RU2151434C1 true RU2151434C1 (en) 2000-06-20

Family

ID=20209411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98115171/06A RU2151434C1 (en) 1998-08-04 1998-08-04 Hydrogen analyzer for uranium dioxide fuel pellets

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2151434C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112858376A (en) * 2021-01-04 2021-05-28 广西防城港核电有限公司 Method for measuring content of dissolved hydrogen in reactor primary loop
RU2781412C1 (en) * 2021-12-23 2022-10-11 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Sensor for determining the concentration of hydrogen in a gaseous environment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Стандартные методики химических масс-спектрометрических и спектральных анализов порошков и таблеток двуокиси урана ядерного сорта. ANSI/ASTM С 696-80. - М.: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 1982, перевод N 129, п.144.2 - 147, с. 182 - 185. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112858376A (en) * 2021-01-04 2021-05-28 广西防城港核电有限公司 Method for measuring content of dissolved hydrogen in reactor primary loop
CN112858376B (en) * 2021-01-04 2023-12-29 广西防城港核电有限公司 Method for measuring content of dissolved hydrogen in primary loop of reactor
RU2781412C1 (en) * 2021-12-23 2022-10-11 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Sensor for determining the concentration of hydrogen in a gaseous environment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0052988B1 (en) Analytical method for the determination of nitrogen, carbon, hydrogen and sulfur or chlorine and apparatus therefor
US3514377A (en) Measurement of oxygen-containing gas compositions and apparatus therefor
US4409336A (en) Method of analysis for determining very low sulfur levels in volatilizable samples
US3791936A (en) Method and apparatus for monitoring the total combustibles and oxygen content of a gas
US4828673A (en) Apparatus for measuring combustible gas concentration in flue gas
CA2164438A1 (en) Gas detection, identification and elemental and quantitative analysis system
Goldberg et al. Determination of oxides in fluoride salts by high-temperature fluorination with potassium bromotetrafluoride
CA1180917A (en) Btu meter for monitoring the heating value of fuel gases
US4786395A (en) Oxygen analyzer
RU2151434C1 (en) Hydrogen analyzer for uranium dioxide fuel pellets
US3669627A (en) Method and apparatus for determining the composition of a hydrocarbon-containing fuel mixture
CN114088794A (en) Method for measuring sulfur content in soil and water system sediment by coulometry titration
RU2253915C2 (en) Installation for determination of hydrogen in uranium dioxide fuel pellets
Kondrat’Eva et al. Comparative study of gas-analyzing systems designed for continuous monitoring of TPP emissions
RU57012U1 (en) SENSOR FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF COMPONENTS OF ANALYZED GAS MEDIA
JPS60143767A (en) Total carbon measurement
JPH0614038B2 (en) Total Volatile Organic Compound Analyzer
JPS61191956A (en) Method and apparatus for measuring sulfur portion in material containing nitrogen and sulfur
Cox et al. Measurement of oxidation/reduction kinetics to 2100° C using non-contact solid-state electrolytes
JPS5777954A (en) Hydrogen sensor
RU2210820C2 (en) Hydrogen analyzer for uranium dioxide fuel pellets
Tanase et al. Apparatus for evaluating humidity‐sensing characteristics of solid electrolytes
JPS6175281A (en) Measurement of tritium concentration
SU1054757A1 (en) Oxygen solion
RU18581U1 (en) HYDROGEN ANALYZER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080805