takya.ru страница 1страница 2страница 3
скачать файл

Министерство Российской Федерации по атомной энергии

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики

им. Н. Л. Духова

В О П Р О С Ы

А Т О М Н О Й Н А У К И И Т Е Х Н И К И


СЕРИЯ :

Я Д Е Р Н О Е П Р И Б О Р О С Т Р О Е Н И Е

Научно - технический сборник

Системы, устройства, схемотехника, технология,

конструирование и производство
Издается с 1969 г.

Выпуск 1 (18)

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ УЧЕТА И КОНТРОЛЯ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

МОСКВА - 2000
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящем сборнике «Приборы и оборудование для учета и контроля ядерных материалов» представлены статьи, отражающие работы, проводимые во ВНИИА, по приборному обеспечению государственной системы учета и контроля ядерных материалов (СГУ и К ЯМ).
В частности, в сборнике представлены статьи по следующим вопросам:

- аппаратурно-методического обеспечения системы государственного учета и контроля ядерных материалов и международного сотрудничества в этой области;

- внедрения усовершенствованной системы пломбирования для повышения эффективности учета и контроля ядерных материалов;

- измерения обогащения урана с помощью портативного гамма-спектрометра РПГ-09П «Купол» и создания системы быстрой подтверждающей инвентаризации;

- применения портативных нейтронных генераторов для контроля делящихся материалов в отходах и технологических растворах, а также для идентификации токсичных химических веществ в закрытых емкостях;

- неинтрузивного подтверждения наличия делящихся материалов в контейнерах на основе прибора «Брегет»;

- спектрометрического метода измерения аналоговой чувствительности ППД.

Редакция приглашает к сотрудничеству специалистов в области ядерной энергетики для публикации своих статей в сборнике «Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерное приборостроение» и рассмотрит любые предложения по вопросам издания, в том числе рекламных.




УДК 621.039

СИСТЕМА БЫСТРОЙ ПОДТВЕРЖДАЮЩЕЙ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ
Л.А. Корытко, к.ф.-.м.н., И.И. Миронов, Л.В. Барышев (ВНИИА),

А.В. Романов, В.С. Бам (ОАО «Машиностроительный завод»,

г. Электросталь)

Рассмотрена разработанная система быстрой подтверждающей инвентаризации (СБПИ), состоящая из российского спектрометрического оборудования РПГ-09П «Купол» и считывателя штрих-кодов Janus-2010 (США). Система предназначена для определения степени обогащения 235U в контейнерах с введением в процесс измерения считывания штрих-кода, нанесенного на поверхность контейнера. Приводятся результаты измерений, полученные в условиях реального производства.


Большое количество учетных единиц в зонах баланса ядерного материала (ЯМ), находящегося в разных формах и соединениях, с различным, часто изменяющимся во времени изотопным составом, при проведении учетных измерений приводит к необходимости применения большого количества калибровочных кривых и введения полуэмпирических поправок. Все это приводит к необходимости применения оперативного автоматизированного сбора и предварительной обработки информации  одной из важнейших составных частей нового направления в науке и технике информационных технологий. Успехи в развитии компьютерной техники и применение штрих-кодовой технологии, базовой для эффективной работы СУ и К ЯМ, позволяют в настоящее время с высоким качеством значительно ускорить процедуры учета и контроля ядерного материала [1].

По контракту с Окриджской национальной лабораторией (США) во ВНИИА была разработана портативная система быстрой инвентаризации (СБПИ), основанная на российском оборудовании и предназначенная, в частности, для определения неразрушающим методом степени обогащения по 235U в контейнерах при проведении физической инвентаризации во временных или постоянных хранилищах. В процесс измерения вводится считывание штрих-кодов, нанесенных на поверхность физических объектов(см. рисунок).

В состав СБПИ входит российское спектрометрическое оборудование РПГ-09П «Купол», блок детектирования БДЭГ-40 с кристаллом NaI размерами 25 25 мм, коллиматор-защита, держатель блока детектирования, считыватель штрих-кодов Janus-2010 (Intermec Corporation, США) и программно-математическое обеспечение (ПО). ПО разработано во ВНИИА на языке²Borland C++ ² с использованием ²Turbo Vision C² и функционирует на считывателе штрих-коде Janus-2010 c графическим и символьным отображениями на его экране. Спектр, результаты его обработки, комментарии и считанный штрих-код записываются на диск Janus-2010 в форматах записи файлов фирмы EG&G ORTEC и разработчика прибора РПГ-09П СНИИП «Автоматика». Обмен данными между РПГ-09П и Janus-2010 проводится по последовательному RS-232 интерфейсу. В качестве внешнего устройства для считывания штрих-кодов предусмотрена возможность подсоединения к Janus-2010 лазерного, оптического или CCD-сканера. Питание считывателя осуществляется от NiCd-батареи и позволяет проводить непрерывную работу в течение 10 ч. Вес считывателя не превышает 510 г.

Определение обогащения 235U основано на регистрации гамма-излучения в области энергий 185,7 кэВ с учетом вклада в нее комптоновского излучения от дочерних продуктов распада 238U (двухоконная методика)  первый метод и на измерении гамма-излучения с энергией 185,7 кэВ с последующим проведением методом наименьших квадратов аппроксимации аппаратурного спектра кривой Гаусса [2]  второй метод.

Второй метод уменьшает влияние на результаты измерения степени нарушения радиоактивного равновесия и позволяют снизить ошибку определения обогащения по 235 U в регенерированном уране, содержащем дополнительно 232 U.

Основное меню программы состоит из элементов меню Setup, Measurement, Background, Sample, Coefficient, Graduiration, Enrichment, Spectrum file, Exit и позволяет оператору провести необходимую настройку системы для считывания штрих-кода и проведения измерения степени обогащения по 235 U в емкостях.

Меню программы позволяет:

- установить время экспозиции, вид стабилизации усилительного тракта (по реперному пику или температуре), границы окон стабилизации, вкл./выкл. стабилизации;

- провести измерение спектра излучения и осуществить энергетическую калибровку;

- записать спектр фона в файл для его использования в последующих измерениях;

- выбрать значения коэффициентов матричного фактора, а также тип материала, толщину и коэффициент линейного ослабления оболочки контейнера или ввести свои значения этих параметров;

- установить границы основного и дополнительного (в двухоконном методе) окон (в энергетических единицах) и градуировочные коэффициенты, необходимые для перевода интенсивности регистрируемого излучения в основном и дополнительном окнах в обогащение 235U;

- провести градуировку на стандартных образцах с известным содержанием 235U, необходимую для проведения количественного определения степени обогащения урана;

- осуществить рабочие измерения по определению обогащения 235U в контейнерах, вывод на экран перечня файлов с возможностью их просмотра на экране Janus-2010;

- выйти из программы.

Дополнительно прилагается программа sup.exe для обеспечения пользователя возможностью исследования спектров, которые были предварительно сохранены на Janus-2010. Разработаны конверторы преобразования сохраненных спектров в некоторые другие форматы записи (например, EG&G ORTEC.CHN) для их последующего анализа в программе MicroMCB for Windows.

Выполнение команд Measurement, Graduiration, Enrichment проводится после считывания штрих-кода или ручного пуска.

Все параметры измерения (включая коэффициенты линейной энергетической калибровки и градуировки по обогащению урана на стандартных образцах) автоматически заносятся во внутреннюю память прибора РПГ-09П, что позволяет ему, если необходимо, по собственным программам проводить измерения в автономном режиме без считывателя штрих-кодов.

С помощью разработанной системы СБПИ были проведены измерения в условиях реального производства по определению степени обогащения по 235U в контейнерах, баллонах, банках, содержащих порошок UO2, гексафторид UF6, скрап UO2.

Градуировка системы по обогащению проводилась на месте измерений на двух контейнерах, содержащих в основном природные компоненты урана (235U, 238U) с различной степенью обогащения по235U. При измерениях баллона и банки, содержащих соответственно UF6 и скрап UO2, вводились поправки на матричный фактор, толщину и тип материала стенок оболочки. Время экспозиции составляло 300 с. Измерения проводились как на отдельно стоящих, так и на расположенных в группе емкостях. Измерения по двухоконной методике и методом Гауссовой аппроксимации выполнялись на одних и тех же образцах (табл.1, 2). На каждой из емкостей проводилось от двух до восьми измерений как в одном, так и в разных местах емкости. Приведенные в таблицах погрешности измерений соответствовали 95%-ному доверительному интервалу. На примере измерения контейнера с регенерированным ураном (№7), содержащего дополнительно 232U в количестве около 10-7%, дочерние продукты которого (212Pb, 208Tl) вносят как прямой, так и комптоновский вклады в аналитическую область гамма-излучения 232U, видно преимущество методики определения степени обогащения по 235U с применением Гауссовой аппроксимации. Применение двухоконного метода при определении степени обогащения в регенерированном уране приводит к большим ошибкам в определении степени обогащения, так как проведенная градуировка не учитывает вклад от продуктов распада232U.

Таблица 1

Результаты определения обогащения двухоконным методом


№№

п/п


Количество

измерений



Заявленное

обогащение

СЗ,,

% 235U



Наблюдаемое

обогащение

СН,

% 235U



ЗН)/СЗ,

%


Толщина

оболочки,

мм


Объем,л

Тип

материала



1

4

3,956

3,98±0,05

-0,6±1,4

4

330

Порошок UO2

2

6

3,61

3,57±0,13

+1,1±3,6

4

330

Порошок UO2

3

3

2,521

2,53±0,04

-0,4±1,5

4

330

Порошок UO2

4

3

2,483

2,38±0,05

+4,1±2,1

4

330

Порошок UO2

5

2

2,4

2,32±0,04

+3,1±1,6

4

330

Порошок UO2

6

2

3,95

3,96±0,18

-0,2±4,5

4

330

Порошок UO2

7

2

2,4

0,60±0,29

+75±12

4

330

Рециклиров.

(порошок UO2)



8

2

2,6

2,30±0,11

+11,5±4,2

1,5

20

Скрап UO2

(таблетки)



9

2

2,4

2,30±0,11

+4,2±4,6

10

1000

UF6

Таблица 2

Результаты определения обогащения с применением Гауссовой аппроксимации




№ №

п/п


Количество

измерений



Заявленное

обогащение

СЗ,

% 235U



Наблюдаемое

обогащение

СН,

% 235U



ЗН)/СЗ,

%


Толщина

оболочки,

мм


Объем,

л


Тип

материала



1

4

3,956

3,97±0,11

-0,4±2,9

4

330

Порошок UO2

2

8

3,61

3,54±0,18

+1,9±5,0

4

330

Порошок UO2

3

3

2,521

2,51±0,05

+0,4±1,8

4

330

Порошок UO2

4

3

2,483

2,52±0,08

-1,5±3,2

4

330

Порошок UO2

5

2

2,4

2,29±0,04

+4,6±1,7

4

330

Порошок UO2

6

2

3,95

3,70±0,23

+6,3±5,8

4

330

Порошок UO2

7

2

2,4

2,48±0,22

-3,3±8,3

4

330

Рециклиров.

(порошок UO2)



8

2

2,6

2,34±0,06

+10,0±2,4

1,5

20

Скрап UO2

(таблетки)



9

2

2,4

2,66±0,17

-10,1±7,1

10

1000

UF6




Считывание штрих-кода с контейнера объемом 330 литров


В настоящее время предполагается выполнить разработку системы быстрой подтверждающей инвентаризации полностью российского производства. В результате будет создана портативная спектрометрическая аппаратура на основе российского терминала, представляющего собой PC совместимый портативный компьютер с упрощенным пользовательским интерфейсом.

В разрабатываемой системе спектрометрическое устройство и считыватель штрих-кодов предполагается выполнить в виде единого портативного прибора – спектрометрического терминала. Его основу составит российский терминал, представляющий собой PC совместимый портативный компьютер (на основе 386 микропроцессора), и встроенная в него спектрометрическая плата. Предусматривается возможность подключения к терминалу сканера штрих-кодов. Для создания на базе терминала специализированных приборов будет предусмотрена возможность установки в корпус терминала различных плат расширения, в частности, платы многоканального анализатора. Обмен данными между спектрометрическим терминалом и внешним компьютером будет производиться по инфракрасному или последовательному RS-232 каналам на уровне файлов, что позволит легко интегрировать терминалы с информационной системой учета и контроля. Установка в терминал специализированных плат расширения даст возможность проводить измерения и с другими типами детекторов. Все это дает основание предполагать, что создаваемый прибор сможет быть базовой модификацией портативной аппаратуры для системы учета и контроля ЯМ на предприятиях ядерного топливного цикла.



Выводы
1. Разработана система быстрой подтверждающей инвентаризации (СБПИ), состоящая из российского спектрометрического оборудования РПГ-09П, считывателя штрих-кодов Janus-2010 производства США и программного обеспечения.

2. Система может быть применена для измерений степени обогащения урана по 235U в различных контейнерах неразрушающим методом с введением в процесс измерения считывание штрих-кодов.

3. Применение методики аппроксимации аппаратурного спектра кривой Гаусса позволяет снизить ошибку определения степени обогащения по 235 U в регенерированном уране, содержащем 232U.

4. Разрабатываемая в настоящее время СБПИ, основанная полностью на российском оборудовании и выполняемая в виде единого портативного прибора, может быть базовой модификацией портативной аппаратуры для системы учета и контроля ЯМ на предприятиях ядерного топливного цикла.



Литература
1. Бредли У. Использование штриховых кодов для контроля и учета материалов. //Труды Российской международной конференции по учету, контролю и физической защите ядерных материалов.- Обнинск, 9-14 марта,1997.

  1. Барышев Л.В., Корытко Л.А., Афанасьев А.Г. Базовый носимый радиометр спектрометрический РПГ-09П («Купол»). //Труды Российской международной конференции по учету, контролю и физической защите ядерных материалов.- Обнинск, 9-14 марта,1997.

УДК 621.039.084
ИЗМЕРЕНИЕ ОБОГАЩЕНИЯ УРАНА С ПОМОЩЬЮ ПОРТАТИВНОГО

ГАММА-СПЕКТРОМЕТРА РПГ- 09П «КУПОЛ»
В.Д. Александров, Л.А. Корытко, к.ф.-м.н., И.И. Миронов, Л.В. Барышев, А.М. Полищук
Дано описание результатов испытаний во ВНИИА портативного гамма-спектрометра РПГ-09П «Купол», изготовленного предприятием СНИИП «Автоматика» и используемого в качестве измерителя обогащения урана в системе учета и контроля ядерных материалов(СУ и К ЯМ).


Введение


Измерение обогащения урана по изотопу 235U является одной из основных задач в системе учета и контроля ядерных материалов (СУиК ЯМ). Преобладающая доля таких измерений выполняется с помощью пассивного неразрушающего метода анализа (НРА), основанного на регистрации гамма-излучения, которое сопровождает распад изотопов 235 U и 238 U.

В настоящее время для проведения измерений методом НРА на предприятиях ядерного топливного цикла применяют портативные приборы нескольких типов, созданные как в нашей стране, так и за рубежом. Вместе с тем, из-за отсутствия регламентированной процедуры определения метрологических характеристик этих специализированных приборов - «измерителей обогащения», часто оказывается сложно сопоставить качество результатов измерений, полученных с помощью разных приборов.

В предлагаемой статье приведены результаты испытаний портативного радиометра спектрометрического РПГ-09П «Купол», используемого уже в течение нескольких лет для экспрессного измерения обогащения на многих предприятиях отрасли.

Прибор РПГ-09П «Купол»  это малогабаритный носимый 256-канальный анализатор с собственной библиотекой программ, автоматически обрабатывающий данные на месте измерения. Заложенные в нем алгоритмы делают его многоцелевым инструментом для решения различных задач, одной из которых является определение обогащения урана. При выпуске приборов на предприятии – изготовителе (СНИИП-«Автоматика») проверяются только общие параметры, характеризующие работоспособность прибора (входная загрузка, энергетическое разрешение сцинтилляционного детектора, температурная стабильность, потребляемая мощность и т.п.).

В программу испытаний прибора «Купол» были включены процедуры проверки таких параметров, которые обычно не измеряются и не приводятся фирмами-изготовителями, хотя они и являются наиболее важными с точки зрения оценки применимости конкретного прибора в качестве «измерителя обогащения»:


  • воспроизводимость градуировочной характеристики и результатов измерения в широком диапазоне обогащений;

  • зависимость приборной (или инструментальной) погрешности от входной скорости счета при измерении образцов с разным обогащением;

  • оценка влияния на точность измерения обогащения урана таких факторов, как гамма-излучение посторонних источников или изменение толщины стенки контейнера с ЯМ.

Результаты испытаний подтверждают необходимость количественной оценки этих параметров и позволяют рассматривать предлагаемые процедуры их измерения в качестве первого приближения к окончательному варианту программы испытаний портативных приборов - «измерителей обогащения» урана в ядерных материалах в различных формах.


  1. Условия и обеспечение измерений

При измерениях эталонов и образцов урана кристалл блока детектирования находился в свинцовой защите, но коллимация падающего излучения отсутствовала. Эталоны и образцы устанавливались в точке на продолжении оси кристалла на расстоянии~20 мм от его торца. При необходимости, в зависимости от решаемой задачи, измерения могут выполняться с коллиматором, изготовленным из свинца с внутренними фильтрами из кадмия и меди, поставляемыми вместе с прибором.

Измерения обогащения урана выполнялись в режиме стабилизации прибора по собственной гамма-линии урана с энергией 186 кэВ. Управление прибором при измерениях осуществлялось с помощью портативного компьютера (РС). Данные измерений и результаты их обработки одновременно выводились на дисплеи компьютера и прибора РПГ-09П для сравнения.

В качестве эталонов и образцов использовались стандартные образцы изотопного состава урана СОИСУ (продукция объединения "Изотоп"). Они представляют собой стеклянные ампулы с порошком U3O8 весом около 1,2 г. Содержание изотопов урана в этих образцах, указанное в паспорте, определено масс-спектрометрическим методом и приводится с точностью до сотых долей процента. Помимо 235U и 238U в образцах содержались небольшие количества 236U и 234 U.




  1. Параметры прибора, подлежащие проверке




  1. Воспроизводимость параметров калибровки на образцах с различным обогащением урана

В приборе РПГ-09П «Купол» предусмотрены две программы определения обогащения урана, выполняемые по формулам:



С(%) = 0,1 · А( Io – BIд)( 1 + М ) exp(t/10), (1)

C(%) = 0,1 · A1( Iаппр – B1)( 1 + М ) exp(t/10). (2)

Формула (1) реализует так называемую "двухоконную" методику измерений. Регистрация гамма-излучения осуществляется в двух энергетических окнах: в области пика полного поглощения гамма-линии 186 кэВ и области комптоновского распределения гамма-излучения высоких энергий от продуктов распада 238U. Для удобства расчетов по программе и сообщения оператору о входной загрузке прибора все данные о зарегистрированных отсчетах нормированы на единицу времени (I = имп/с), т.е. число отсчетов в основном окне N1 = I0 · T, в дополнительном окне N2 = Iд · T и т.д.; Т – время экспозиции, с. Для определения коэффициентов А, В требуются два эталона с известными обогащениями. Предполагается, что коэффициенты А и В определяются с лучшей статистикой отсчетов, чем при измерениях неизвестных образцов. Поэтому при расчетах статистической погрешности определения обогащения в неизвестных образцах учитываются только погрешности, связанные с отсчетами в основном и дополнительном окнах.

Формула (2) реализует методику с аппроксимацией гамма-пика 186 кэВ кривой Гаусса. Коэффициент В1 учитывает возможный вклад пика обратного рассеяния от высокоэнергетического излучения в область пика 186 кэВ. Для определения коэффициентов А1, В1 также требуются два эталона с известным обогащением. Однако во многих случаях при измерениях образцов, линейный размер которых в направлении оси детектора относительно невелик, вкладом обратного рассеяния можно пренебречь, и тогда возможна установка в приборе значения В1= 0 и его калибровка по одному эталону.

2.2.Проверка по «двухоконной» методике

К


оэффициенты А, В в формуле (1) находятся из системы уравнений для двух эталонов C1, С2:

С
(3)


1 = 0,1 · А [Io(1) – В · Iд(1)] 

C2 = 0,1 · А [Io(2) – В · Iд(2)], 

где Io ,Iд – интенсивность (скорость счета) в основном и дополнительном окнах, соответственно. Основное окно установлено в интервале энергий 160 - 210 кэВ, дополнительное – в интервале энергий 270 – 420 кэВ.

Ввиду недостаточной статистики отсчетов от "тонких" эталонов (поверхностная плотность ~0,3 г/см2 ) решение системы уравнений (3) приводит к большим погрешностям определения коэффициентов А, В. Для сокращения времени измерений и уменьшения влияния статистики отсчетов в настоящих испытаниях по "двухоконной" методике программа определения коэффициентов модифицирована и записана на дискете внешнего компьютера. Ниже дано описание принятого способа определения коэффициентов А, В в тех случаях, когда для измеряемых образцов ( и образцов сравнения) не выполняются условия квазибесконечной толщины для гамма-излучения с энергией 186 кэВ. Для "толстых" образцов с "бесконечной" толщиной при гамма-излучении с энергией 186 кэВ нет необходимости в таких операциях.

Для использованных однотипных "тонких" образцов интенсивность счета в основном окне Io хорошо аппроксимируется прямолинейной зависимостью (рис.1) от обогащения.


Рис.1. Интенсивности счета I0 от обогащения для однотипных «тонких» образцов

Для вычисления коэффициентов была применена следующая процедура: выполнены измерения двух эталонов С1, С2. По полученным данным программа компьютера находит уравнение прямой Io = f (C) (рис 2, прямая 1), на продолжении которой находится точка D для С = 100 %. Составляется уравнение прямой, проходящей через точки С= 100 % и С = 0 %. Полученная таким образом прямая 2 выражает зависимость интенсивности излучения 235U от обогащения.


Рис.2. Зависимость интенсивности излучения 235U от обогащения


Из уравнения прямой 2 находим коэффициент А. Например, если использовать данные для эталона С1, коэффициент

А = С1/ 0,1 · Io(1)[235U].

Из этих же данных вычислим коэффициент В, характеризующий вклад высокоэнергетического излучения в основное окно:

В = [Io(C1) – Io(1)[235U]]/ Iд(1).

Аналогичные вычисления производили для эталона с обогащением С2 с последующим усреднением результатов двух измерений. Следует подчеркнуть, что такая методика расчетов коэффициентов А, В применима только для однотипных образцов и эталонов. Описанная методика запрограммирована только на дискете РС. При наличии "толстых " эталонов и образцов целесообразно пользоваться традиционной методикой определения А и В по уравнениям (3), программы для расчетов которой имеются как в приборе «Купол», так и в РС.

Испытания проводили для эталонов с обогащениями С1 = 3,3 %, С2 = 20,98 % (диапазон низких обогащений) и С1 = 35,87 %, С2 = 89,77% (диапазон высоких обогащений) в течение 8 ч для каждого из трех приборов. Геометрия измерений в течение дня не изменялась, но могла быть не совсем точно воспроизведена в последующих измерениях в другие дни. Поэтому коэффициенты А, В определяли в начале каждой серии измерений. В результате испытаний установлено, что практически значения коэффициентов А, В в течение рабочего дня не выходят за пределы удвоенной среднеквадратической погрешности (доверительная вероятность 0,95).
2.3. Проверка с аппроксимацией пика 186 кэВ кривой Гаусса
Калибровку приборов с применением формулы (2) производили на двух эталонах для определения коэффициентов А1 и В1. Интенсивность излучения в основном окне Iаппр получена методом аппроксимации гауссианом аппаратурной линии в области 186 кэВ в предположении линейности фона. Для сравнения результатов измерений использовались те же эталоны, что и в "двухоконной" методике. Отметим, что хотя коэффициент В1 и определяется с большой погрешностью из-за невысокой статистики отсчетов (малой величины эффекта обратного рассеяния), это при таком способе обработки данных не оказывает существенного влияния на вычисления величины обогащения и его значение даже может быть принято равным нулю. Установлено, что коэффициент А1, как и в "двухоконной" методике, сохраняет свое значение в пределах удвоенной среднеквадратической погрешности (доверительная вероятность 0,95) в широком диапазоне обогащений (С1=14,08%, С2 =76,46%).
2.4. Оценка стабильности работы приборов
Для оценки стабильности работы приборов РПГ- 09П были взяты показания Iо за 8 ч их непрерывной работы и вычислены средние значения для каждого из приборов и дисперсии. В соответствии с программой испытаний вычислены индивидуальные приборные погрешности приборн. (за вычетом погрешности, обусловленной статистикой отсчетов), связанные с возможными и неконтролируемыми нестабильностями элементов прибора. Полученные значения погрешности показаний приборов  приборн. лежат в диапазоне от нескольких десятых долей процента до  3,1%.


    1. Проверка воспроизводимости результатов измерений образцов с различным обогащением урана

Для испытаний были выбраны образцы с обогащениями 2,5%, 10,23% и 45,01%. Для каждого из приборов выполняли по 10 измерений образцов. В процессе серии измерений геометрическое расположение образца не меняли. По результатам показателей вычислены средние значения обогащения и погрешности измерения. Из формулы

2 =(С)2/C2 = 2(cтатистич.) +2(воспр. приборн.)

найдены индивидуальные погрешности прибора, связанные с возможной нестабильностью параметров прибора, округлениями чисел при вычислениях, методическими допущениями, нестабильностью градуировочной характеристики и т.п. Все эти факторы могут в той или иной степени приводить к некоторым изменениям результата при повторных измерениях и не связаны со статистикой отсчетов. Воспроизводимость результатов связана с интервалом измеряемых обогащений, и поэтому она может несколько отличаться для образцов с низкими и высокими обогащениями. Численное значение приборной воспроизводимости результатов измерений характеризует собственную погрешность прибора и, следовательно, его предельные возможности в конкретной методике даже при очень хорошей статистике отсчетов. Значения воспроизводимости результатов измерений (воспр.приборн.) составили от нескольких десятых долей процента до 2,4% для прибора №19, до 3,3% для прибора №20, до 3,6% для прибора №21.


2.6. Проверка дополнительной погрешности, влияющей на результаты измерений обогащения урана в присутствии других внешних изотопных источников
Для проверки влияния посторонних источников гамма-излучения на измерение обогащения ( если не проводятся дополнительные измерения для учета фона) выполнены эксперименты по измерению обогащения образцов с С = 20,98 % и С = 76,46 % в присутствии источника 137Cs. Вклад излучения этого источника в регистрируемые прибором отсчеты изменяли, перемещая источник относительно детектора вдоль его оси. При этом положение образцов урана оставалось неизменным. Эксперименты проводили по двум методикам. Результаты для одного из приборов представлены на рис.3, а,б.


а)





б)

Рис.3. Измерение обогащения образцов с С=20,98% (а)

и с=76,46% (б), соответственно:

 - "двухоконная" методика; + – методика с аппроксимацией пика кривой Гаусса

Как и ожидалось, "двухоконная" методика более чувствительна к изменению радиационных условий измерения. С повышением интенсивности счета в области пика 186 кэВ увеличивается погрешность измерения обогащения при неизменных коэффициентах А и В. Результаты, полученные по методике с использованием аппроксимации пика 186 кэВ кривой Гаусса, более устойчивы к изменению интенсивности излучения от внешнего источника.

2.7. Проверка изменения точности определения обогащения урана при различной толщине стенок контейнера

В

а)
экспериментах использованы стальные пластинки толщиной 1 мм. В связи с тем, что марка и состав стали были неизвестны, коэффициент ослабления излучения этим материалом определяли путем подбора его значения в измерениях образца урана с известным обогащением. Этот коэффициент был введен в один из приборов и использовался во всех последующих с ним экспериментах. Последовательно увеличивая число стальных пластинок, определяли обогащение образцов, геометрическое положение которых оставалось неизменным. Полученные данные для прибора №20 представлены на графиках рис. 4,а,б.




Рис.4. Измерение обогащения образцов с С=10,23% (а)

и С=49,28% (б), соответственно:

 - "двухоконная" методика; + – методика с аппроксимацией пика кривой Гаусса



б)


Как видно из этих данных, отклонение измеренного значения обогащения от сертифицированного увеличивается с возрастанием толщины стального экрана. Необходимо отметить, что на величину отклонения будут влиять реальная геометрия измерений, а также точность определения коэффициента ослабления излучения для конкретных контейнеров. Поэтому проведенные эксперименты и полученные данные следует рассматривать только в качестве иллюстрации возможности учета толщины оболочки (при измерении обогащения образца с помощью прибора «Купол», но не как абсолютные результаты методов измерения при вариациях толщины экрана (стенки контейнера).
2.8 Проверка способности прибора качественно идентифицировать уран и плутоний

В экспериментах использовались образцы урана с обогащениями 0,7%, 4,5% и 90% ввиду временного отсутствия эталонов с обогащениями 2,5% и 30%. Вместе с каждым образцом помещали образец плутония весом около 1 г, либо около 500 мг. При измерениях приборы качественно распознавали такую композицию. Результат измерений был представлен на дисплее в следующем виде:

Pu 0,95

U(0,7) 0,85



U(4,0) 0,92

Таким образом, прибор обнаружил уран и плутоний. Цифры означают коэффициент корреляции измеренных спектров и хранящихся в библиотеке. Большой коэффициент корреляции свидетельствует о наличии данного изотопа. Из двух значений корреляции для урана следует выбирать большее.


2.9. Проверка способности прибора качественно идентифицировать тип изотопа по создаваемой в приборе библиотеке спектров
Перед блоком детектирования последовательно помещали отдельные гамма-источники: 137 Cs, 22Na , 60Co. Все приборы идентифицировали указанные источники с высоким коэффициентом корреляции, после чего их размещали перед детектором попарно или все три вместе. Приборы идентифицировали все источники и в этих композициях. Отметим, что возможности идентификации отдельных источников в смешанных композициях в значительной степени зависят от относительной интенсивности их излучения и формы спектра.

2.10 Проверка возможности взаимодействия прибора с внешним компьютером

Через внешний разъем RS-232 прибор был соединен с компьютером типа Notebook. В компьютер с дискеты была введена программа его взаимодействия с прибором «Купол».

При выполнении описанных выше экспериментов управление прибором осуществляется с компьютера. Параллельно контролировались данные, выводимые на дисплей прибора. Проверена правильность передачи зарегистрированных спектров в компьютер. Сбоев в программе не обнаружено. Все три образца прибора РПГ-09П функционируют нормально.


Вывод

Проверенные во ВНИИА метрологические параметры прибора РПГ-09П «Купол» и заложенные в нем программы для реализации методик показали возможность использования его как «измерителя обогащения» урана для системы учета и контроля ядерных материалов.



УДК 539.1.075

Использование портативных нейтронных генераторов для контроля делящихся материалов в отходах и технологических растворах

скачать файл


следующая страница >>
Смотрите также:
Серия : ядерноеприборостроени е научно технический сборник Системы, устройства, схемотехника, технология, конструирование и производство Издается с 1969 г
827.33kb.
В. А. Мазилов психология на грани веков
3701.44kb.
Белорусский национальный технический
165.78kb.
Предмет «Технология» (технический труд) относится к базовой части дисциплин учебного плана
23.48kb.
«Производство карбоксиметилцеллюлозы (кмц) и полианионной целлюлозы (пац)». Приведены исходные данные и методика расчета материальных и тепловых балансов производства ингибиторов коррозии
288.06kb.
Рабочая программа по дисциплине: «Математика» направление подготовки: 211000 «Конструирование и технология электронных средств»
434.1kb.
Лекция. Микроконтроллеры и их типовые элементы
549.7kb.
"Фундаментальные исследования и научно-технический прогресс
166.74kb.
Перечень используемых сокращений
1263.17kb.
Конструирование и технология производства эва
80.46kb.
Научно-технический бюллетень лаборатории ихтиологии инэнко. №11. Спб. 2006. С. 54-58
55.21kb.
Доклад учителя русского языка и литературы высшей кк новик Т. П. Современные педагогические технологии обучения русскому языку в школе
348.15kb.