RU2396613C1 - Method of controlling mass ratio of uranium-235 isotope in gaseous uranium hexafluoride - Google Patents
Method of controlling mass ratio of uranium-235 isotope in gaseous uranium hexafluoride Download PDFInfo
- Publication number
- RU2396613C1 RU2396613C1 RU2009119036/06A RU2009119036A RU2396613C1 RU 2396613 C1 RU2396613 C1 RU 2396613C1 RU 2009119036/06 A RU2009119036/06 A RU 2009119036/06A RU 2009119036 A RU2009119036 A RU 2009119036A RU 2396613 C1 RU2396613 C1 RU 2396613C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- uranium hexafluoride
- measuring chamber
- hexafluoride
- isotope
- Prior art date
Links
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
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к анализу ядерных материалов радиационными методами и предназначено для оперативного контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках изотопно-разделительного уранового производства.The invention relates to the analysis of nuclear materials by radiation methods and is intended for operational control of the mass fraction of the uranium-235 isotope in gas streams of isotope-separation uranium production.
Известны способы контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана (патент RU №2256963, МПК7 G21C 17/06, G01N 23/00, опубл. 20.07.2005; патент RU №2185667, МПК7 G21C 17/06, G01N 23/00, опубл. 20.07.2002; патент RU №2325672, МПК7 G01T 1/00, G01N 23/00, опубл. 27.05.2008), заключающиеся в измерении интенсивности гамма-излучения урана-235 от гексафторида урана, а также давления и температуры гексафторида урана, находящегося в измерительной камере в газообразном состоянии. В этих способах контроля массовую долю урана-235 определяют по формулеKnown methods for controlling the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride (patent RU No. 2256963, IPC7 G21C 17/06, G01N 23/00, publ. 07/20/2005; patent RU No. 2185667, IPC7 G21C 17/06, G01N 23 / 00, published on July 20, 2002; patent RU No. 2225672, IPC7 G01T 1/00, G01N 23/00, published on 05.27.2008), consisting in measuring the intensity of gamma radiation of uranium-235 from uranium hexafluoride, as well as pressure and temperature of uranium hexafluoride in a gaseous state in the measuring chamber. In these control methods, the mass fraction of uranium-235 is determined by the formula
где Iγ - интенсивность гамма-излучения урана-235; Т - температура гексафторида урана в камере; p - давление гексафторида урана в камере; α - градуировочная постоянная.where I γ is the intensity of gamma radiation of uranium-235; T is the temperature of uranium hexafluoride in the chamber; p is the pressure of uranium hexafluoride in the chamber; α is the calibration constant.
Интенсивность гамма-излучения урана-235 определяют путем измерения характеристического гамма-излучения, присущего данному изотопу (как правило, по основному аналитическому пику 185,7 кэВ гамма-спектра, сопровождающему естественный альфа-распад урана-235).The intensity of gamma radiation of uranium-235 is determined by measuring the characteristic gamma radiation inherent in this isotope (as a rule, from the main analytical peak of 185.7 keV gamma spectrum accompanying the natural alpha decay of uranium-235).
Наиболее полно учитывает все фоновые составляющие под контролируемым пиком способ контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана и система измерения для его реализации (патент RU №2325672, МПК7 G01T 1/00, G01N 23/00, опубл. 27.05.2008) (прототип).The most fully takes into account all the background components under a controlled peak, the method of controlling the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride and the measurement system for its implementation (patent RU No. 23225672, IPC7 G01T 1/00, G01N 23/00, published on 05.27.2008 ) (prototype).
Задачей данного изобретения является расширение арсенала способов контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках гексафторида урана.The objective of the invention is to expand the arsenal of methods for controlling the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas flows of uranium hexafluoride.
Поставленная задача решается тем, что согласно способу контроля массовой доли изотопа урана-235 в газовой фазе гексафторида урана, заключающегося в измерении интенсивности гамма-излучения изотопа уран-235 в измерительной камере, газообразный гексафторид урана десублимируют в измерительной камере путем понижения температуры основания камеры, определяют интенсивность гамма-излучения изотопа уран-235 в твердой фазе и рассчитывают массовую долю изотопа уран-23 5 в гексафториде урана по формуле:The problem is solved in that according to the method of controlling the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride, which consists in measuring the gamma radiation intensity of the uranium-235 isotope in the measuring chamber, gaseous uranium hexafluoride is desublimated in the measuring chamber by lowering the temperature of the base of the chamber, determine the gamma radiation intensity of the uranium-235 isotope in the solid phase and the mass fraction of the uranium-235 isotope in uranium hexafluoride is calculated by the formula:
где М - масса гексафторида урана в измерительной камере, определяемая с помощью массового расходомера или весоизмерительной системы, г;where M is the mass of uranium hexafluoride in the measuring chamber, determined using a mass flow meter or weight measuring system, g;
Iγ - интенсивность гамма-излучения от урана-235 в гексафториде урана, находящегося в измерительной камере в твердой фазе, с-1;I γ is the intensity of gamma radiation from uranium-235 in uranium hexafluoride located in the measuring chamber in the solid phase, s -1 ;
Градуировочный коэффициент 'α определяют один раз при настройке системы, например, путем сравнения результатов измерений с результатами эталонных измерений, выполненных с помощью масс-спектрометра.The calibration coefficient 'α is determined once during the system setup, for example, by comparing the results of measurements with the results of standard measurements performed using a mass spectrometer.
Массу гексафторида урана, помещаемого в измерительную камеру, предварительно рассчитывают по формуле:The mass of uranium hexafluoride placed in the measuring chamber, pre-calculated by the formula:
где S - площадь поверхности десублимации, см2;where S is the surface area of desublimation, cm 2 ;
h - максимально допустимая толщина слоя гексафторида урана в твердой фазе, см;h is the maximum permissible thickness of the layer of uranium hexafluoride in the solid phase, cm;
ρ - средняя плотность гексафторида урана в твердой фазе, г/см3.ρ is the average density of uranium hexafluoride in the solid phase, g / cm 3 .
При расчете массы гексафторида урана, помещаемого в измерительную камеру, по формуле (4) учитывают, что площадь поверхности десублимации определяется эффективной площадью применяемого детектора гамма-излучения, а максимально допустимую толщину слоя твердой фазы гексафторида урана выбирают меньше толщины слоя полного самопоглощения в гексафториде урана в твердой фазе.When calculating the mass of uranium hexafluoride placed in the measuring chamber according to formula (4), it is taken into account that the surface area of the sublimation is determined by the effective area of the gamma radiation detector used, and the maximum permissible thickness of the solid phase layer of uranium hexafluoride is chosen less than the thickness of the layer of complete self-absorption in uranium hexafluoride in solid phase.
Интенсивность гамма-излучения основного аналитического пика изотопа уран-235 с энергией 185,7 кэВ рассчитывают по формулеThe gamma radiation intensity of the main analytical peak of the uranium-235 isotope with an energy of 185.7 keV is calculated by the formula
где IΣ - суммарная интенсивность гамма-излучения от урана-235 в измерительной камере с десублимированным гексафторидом урана, определенная в выбранном энергетическом интервале, с-1;where I Σ is the total intensity of gamma radiation from uranium-235 in a measuring chamber with desublimated uranium hexafluoride, determined in the selected energy range, s -1 ;
IB - интенсивность непрерывной фоновой составляющей под пиком полного поглощения основного аналитического пика урана-235 с энергией 185,7 кэВ, определенная в выбранном энергетическом интервале и обусловленная радиоактивными примесями, которые могут присутствовать в анализируемом гексафториде урана, а также гамма-излучением от внешних источников, с-1;I B is the intensity of the continuous background component under the peak of total absorption of the main analytical peak of uranium-235 with an energy of 185.7 keV, determined in the selected energy range and due to radioactive impurities that may be present in the analyzed uranium hexafluoride, as well as gamma radiation from external sources , s -1 ;
IФ - фоновая интенсивность гамма-излучения в измерительной камере без гексафторида урана, обусловленная коррозионными отложениями на стенках камеры, определенная в выбранном энергетическом интервале, с-1.I F is the background intensity of gamma radiation in the measuring chamber without uranium hexafluoride, due to corrosion deposits on the walls of the chamber, determined in the selected energy range, s -1 .
Для устранения составляющей фоновой интенсивности гамма-излучения от урана-235, обусловленной внешними источниками, измерительную камеру окружают защитой из свинца.To eliminate the component of the background intensity of gamma radiation from uranium-235, due to external sources, the measuring chamber is surrounded by lead protection.
Контроль массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана проводят циклами.The control of the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride is carried out in cycles.
В начале каждого цикла с блока сбора, управления и обработки информации через внутреннюю магистраль информационного обмена подают информационные сигналы, приводящие элементы измерительной системы в следующие состояния:At the beginning of each cycle, information signals are brought from the data collection, control, and processing unit through the internal highway of information exchange, bringing the elements of the measuring system to the following states:
- входной клапан измерительной камеры - закрыт;- inlet valve of the measuring chamber - closed;
- выходной клапан измерительной камеры - закрыт;- the outlet valve of the measuring chamber is closed;
- устройство для откачки - не работает;- a device for pumping out - does not work;
- нагнетательное устройство -не работает;- discharge device does not work;
- термоэлектрический элемент, присоединенный к основанию измерительной камеры, - в режиме охлаждения рабочей поверхности до температуры -5…-10°С.- thermoelectric element attached to the base of the measuring chamber, in the cooling mode of the working surface to a temperature of -5 ... -10 ° C.
Затем с блока сбора, управления и обработки информации подают информационные сигналы:Then, from the information collection, control and processing unit, information signals are supplied:
- на входной клапан, открывающий его;- to the inlet valve opening it;
- на нагнетательное устройство, разрешающий его работу.- to a discharge device allowing its operation.
С помощью нагнетательного устройства из газовой магистрали начинают нагнетать в измерительную камеру гексафторид урана, необходимое количество которого предварительно рассчитывают по формуле (3).Using a delivery device, uranium hexafluoride is started to be pumped from the gas line into the measuring chamber, the required amount of which is previously calculated by the formula (3).
Гексафторид урана проходит через массовый расходомер (или при использовании весоизмерительной системы, подключенной к камере, - напрямую) и поступает в измерительную камеру, где десублимируется тонким слоем на охлажденном участке камеры. Как только масса гексафторида урана, поступившего в камеру, достигнет заданного значения, с блока сбора, управления и обработки информации поступают информационные сигналы:Uranium hexafluoride passes through a mass flow meter (or, when using a weighing system connected to the chamber, directly) and enters the measuring chamber, where it is sublimated in a thin layer on a cooled portion of the chamber. As soon as the mass of uranium hexafluoride entering the chamber reaches a predetermined value, information signals are received from the information collection, control and processing unit:
- на входной клапан, закрывающий его;- to the inlet valve closing it;
- на нагнетательное устройство, запрещающий его работу.- to a discharge device prohibiting its operation.
Состояние остальных информационных сигналов остается неизменным.The state of the remaining information signals remains unchanged.
Сигнал с выхода детектора гамма-излучения, расположенного непосредственно на измерительной камере, в виде электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, поступает на вход цифровой гамма-спектрометрической системы. В гамма-спектрометрической системе в течение времени, необходимого для получения достаточного количества импульсов, регистрируется спектр энергетического распределения гамма-квантов от гексафторида урана, который по внутренней магистрали информационного обмена передается в блок сбора, управления и обработки информации.The signal from the output of the gamma radiation detector located directly on the measuring chamber, in the form of electric pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma quanta, is fed to the input of a digital gamma spectrometric system. In the gamma-spectrometric system, for the time necessary to obtain a sufficient number of pulses, the spectrum of the energy distribution of gamma-quanta from uranium hexafluoride is recorded, which is transmitted through the internal line of information exchange to the information collection, control and processing unit.
После завершения регистрации гамма-спектра в блоке сбора, управления и обработки информации осуществляется расчет значения суммарной интенсивности гамма-излучения IΣ от урана-235 в измерительной камере с десублимированным гексафторидом урана и интенсивности непрерывной фоновой составляющей Iв, обусловленной радиоактивными примесями, которые могут присутствовать в анализируемом гексафториде урана. В то же время с блока сбора, управления и обработки информации через внутреннюю магистраль информационного обмена подают информационные сигналы:After the registration of the gamma spectrum in the information collection, control and processing unit, the total gamma radiation intensity I Σ from uranium-235 is calculated in a measuring chamber with desublimated uranium hexafluoride and the intensity of the continuous background component I c due to radioactive impurities that may be present in the analyzed uranium hexafluoride. At the same time, from the information collection, control and processing unit, information signals are supplied through the internal highway of information exchange:
- на выходной клапан, открывающий его;- to the outlet valve opening it;
- на устройство для откачки, разрешающий его работу;- to a device for pumping, allowing its operation;
- на термоэлектрический элемент, переводящий его в режим нагрева рабочей поверхности. - on the thermoelectric element, translating it into heating mode of the working surface.
Состояние остальных информационных сигналов остается неизменным.The state of the remaining information signals remains unchanged.
Нагрев основания измерительной камеры приводит к процессу сублимации гексафторида урана. Газообразный гексафторид урана через открытый выходной клапан с помощью устройства для откачки выводят в газовую магистраль каскадной установки.Heating the base of the measuring chamber leads to the process of sublimation of uranium hexafluoride. Gaseous uranium hexafluoride through an open outlet valve with the help of a pumping device is withdrawn into the gas line of the cascade installation.
После вывода гексафторида урана из измерительной камеры с блока сбора, управления и обработки информации подают информационные сигналы:After the withdrawal of uranium hexafluoride from the measuring chamber from the information collection, control and processing unit, information signals are supplied:
- на выходной клапан, закрывающий его;- to the outlet valve closing it;
- на устройство для откачки, запрещающий его работу;- to a pumping device prohibiting its operation;
- на термоэлектрический элемент, переводящий его в режим охлаждения.- on the thermoelectric element, which transfers it to the cooling mode.
Сигнал с выхода детектора гамма-излучения в виде электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, поступает на вход цифровой гамма-спектрометрической системы. В цифровой гамма-спектрометрической системе ведется регистрация гамма-спектра для определения фоновой интенсивности гамма-излучения от урана-235 в измерительной камере без гексафторида урана, который передается в блок сбора, управления и обработки информации.The signal from the output of the gamma radiation detector in the form of electrical pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma quanta is fed to the input of a digital gamma spectrometric system. In the digital gamma spectrometric system, a gamma spectrum is recorded to determine the background intensity of gamma radiation from uranium-235 in a measuring chamber without uranium hexafluoride, which is transmitted to the information collection, control and processing unit.
По окончании временного интервала измерения в блоке сбора, управления и обработки информации по формуле (2) осуществляется расчет массовой доли изотопа уран-235. Рассчитанное значение массовой доли изотопа уран-235 в гексафториде урана передается через внешнюю магистраль информационного обмена в локальную вычислительную сеть управления каскадной установки.At the end of the measurement time interval, the mass fraction of the uranium-235 isotope is calculated in the information collection, control and processing unit according to formula (2). The calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope in uranium hexafluoride is transmitted through an external information exchange highway to the local control computer network of the cascade installation.
Система готова к проведению следующего цикла измерения.The system is ready for the next measurement cycle.
В отличие от приведенных выше известных способов, в которых массовая доля изотопа уран-235 в гексафториде урана определяется по формуле (1), в предлагаемом способе контроля массовая доля изотопа уран-235 в гексафториде урана рассчитывается по формуле (2), которая позволяет исключить погрешности, связанные с погрешностями измерения температуры и давления гексафторида урана в измерительной камере.In contrast to the known methods described above, in which the mass fraction of the uranium-235 isotope in uranium hexafluoride is determined by the formula (1), in the proposed control method, the mass fraction of the uranium-235 isotope in uranium hexafluoride is calculated by the formula (2), which eliminates errors associated with errors in the measurement of temperature and pressure of uranium hexafluoride in the measuring chamber.
Другим существенным отличием является то, что интенсивность гамма-излучения изотопа уран-235 определяют в твердой фазе гексафторида урана, тем самым увеличивая скорость счета детектора гамма-излучения за счет повышения массы контролируемого урана-235 в измерительной камере.Another significant difference is that the intensity of gamma radiation of the uranium-235 isotope is determined in the solid phase of uranium hexafluoride, thereby increasing the count rate of the gamma radiation detector by increasing the mass of the controlled uranium-235 in the measuring chamber.
Использование предлагаемого способа контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана позволит повысить оперативность и точность оценки значения массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках гексафторида урана.Using the proposed method for controlling the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride will improve the efficiency and accuracy of estimating the mass fraction of the uranium-235 isotope in gas flows of uranium hexafluoride.
Claims (7)
где М - масса гексафторида урана в измерительной камере, определяемая с помощью массового расходомера или весоизмерительной системы, г;
Iγ - интенсивность гамма-излучения от урана-235 в гексафториде урана,
находящегося в измерительной камере в твердой фазе, с-1;
where M is the mass of uranium hexafluoride in the measuring chamber, determined using a mass flow meter or weight measuring system, g;
Iγ is the intensity of gamma radiation from uranium-235 in uranium hexafluoride,
located in the measuring chamber in the solid phase, s -1 ;
М=S·h·ρ,
где
S - площадь поверхности десублимации, см2;
h - максимально допустимая толщина слоя гексафторида урана в твердой фазе, см;
ρ - средняя плотность гексафторида урана в твердой фазе, г/см3;
причем толщину слоя твердой фазы гексафторида урана выбирают меньше толщины слоя полного самопоглощения в гексафториде урана в твердой фазе.2. The method according to claim 1, characterized in that the mass of uranium hexafluoride placed in the measuring chamber is previously calculated by the formula:
M = S · h · ρ,
Where
S is the surface area of desublimation, cm 2 ;
h is the maximum permissible thickness of the layer of uranium hexafluoride in the solid phase, cm;
ρ is the average density of uranium hexafluoride in the solid phase, g / cm 3 ;
moreover, the thickness of the layer of the solid phase of uranium hexafluoride is chosen less than the thickness of the layer of complete self-absorption in uranium hexafluoride in the solid phase.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009119036/06A RU2396613C1 (en) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Method of controlling mass ratio of uranium-235 isotope in gaseous uranium hexafluoride |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009119036/06A RU2396613C1 (en) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Method of controlling mass ratio of uranium-235 isotope in gaseous uranium hexafluoride |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2396613C1 true RU2396613C1 (en) | 2010-08-10 |
Family
ID=42699166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009119036/06A RU2396613C1 (en) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | Method of controlling mass ratio of uranium-235 isotope in gaseous uranium hexafluoride |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2396613C1 (en) |
-
2009
- 2009-05-19 RU RU2009119036/06A patent/RU2396613C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КУЛЕШОВ А.В. и др. Контроль степени обогащения урана-235 в гексафториде урана с помощью избирательных радиометров типа ИМД, с.82-83 тезисов «XVI Уральской конференции по спектрометрии» г.Новоуральск, 9-12 сентября 2003. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101488549B1 (en) | Doppler reactivity coefficient measuring method | |
| Cao | Determining reactor neutrino flux | |
| Greene et al. | A method for the accurate determination of the polarization of a neutron beam using a polarized 3He spin filter | |
| RU2396613C1 (en) | Method of controlling mass ratio of uranium-235 isotope in gaseous uranium hexafluoride | |
| Hennig et al. | Development of a phoswich detector system for radioxenon monitoring | |
| RU2267800C1 (en) | Alpha-emitting radionuclide identification method | |
| EP2442312B1 (en) | Scanner for analyzing a nuclear fuel rod | |
| CN114740520A (en) | Radioactive inert gas activity measuring device and method | |
| RU2330308C1 (en) | Method of control of mass fraction of uranium-235 isotope in gaseous phase of uranium hexafluoride and system of measurement for implementation of this method | |
| KR101519799B1 (en) | Method and System for Detecting Trace Boron using Ultraviolet-Visible Spectrophotometer and Ion Chromatography for Steam Generator Tube Leakage On-line Monitoring | |
| Strittmatter | A gas-phase UF6 enrichment monitor | |
| RU2620330C1 (en) | Method for determining the transformation coefficient by current of detection units with flow chambers when carrying out radiometric monitoring of radioactive gas mixture in process emissions of nuclear-power units | |
| RU2325672C1 (en) | Method of controlling mass fraction of the uranium-235 isotope in gas-phase uranium hexafluoride and its measuring system | |
| CN100505108C (en) | Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and control system | |
| RU2645307C1 (en) | Device for express control of uranium enrichment in powders | |
| RU2457557C1 (en) | Method for determining enrichment of fuel pellets containing mixture of uranium isotopes with uranium 235 | |
| RU2189612C1 (en) | Method for testing of enrichment of gaseous uranium hexafluoride by uranium-235 | |
| RU2647126C1 (en) | Method of controlling linear density of fuel distribution along length of fuel column of uranium-filled and uranium-fuelled heat-producing elements | |
| RU2243603C2 (en) | Method for measuring efficiency of reactor plant control rods | |
| RU2185667C1 (en) | Method and system for checking enrichment of uranium hexafluoride | |
| RU2629371C1 (en) | Device for continuous controlling enrichment and content of gadolinium oxide in nuclear fuel moulding powder when filling it in fuel tablet pressing device | |
| Csordás et al. | Selection of Reference Method for Thoron Measurements Performed for Calibration of CR-39 Based SSNTDs | |
| March-Leuba et al. | Benchmark Gamma Spectroscopy Measurements of UF6 in Aluminum Pipe with a NaI Detector | |
| CN108195853B (en) | Method and device for continuously detecting uranium content in material | |
| Qin et al. | On-line detection of key radionuclides for fuel-rod failure in a pressurized water reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110520 |