Бушуев Методы измерения ядерных материалов 2007

Таблица 1.3

Категории ЯМ согласно ОПУК-2005

Таблица 1.4

Допустимые погрешности измерений ЯМ

Погрешности результатов при контрольных измерениях ЯМ имеют принципиальное значение. Например, при определении массы десятикилограммового плутониевого образца с погрешностью 0,5% в доверительном интервале 68% (1,5% в доверительном интервале 99%) потеря или хищение менее 150 г плутония не может быть обнаружена.

1.2. Баланс ЯМ. Уравнение баланса

Баланс ядерных материалов – итог сравнения зарегистрированного и имеющегося в наличии количества ядерных материалов в зоне баланса материалов (ЗБМ).

Зона баланса материалов – территориально и административно установленная в пределах ядерной установки или пункта хранения ядерных материалов зона учета и контроля ядерных материалов, в которой на основании измеренных величин определено количество ядерных материалов при каждом их перемещении в зону

Скрап – отбракованный ЯМ, удаленный из технологического процесса и предназначенный для переработки.

16

и из нее и подведен баланс ядерных материалов за установленный период времени. Например, в Европе гарантии ЕВРАТОМА распространяются на 414 зон баланса ЯМ.

Количество ядерных материалов, находящихся в каждой ЗБМ, должно определяться путем измерения количества и состава ядерных материалов, контролироваться путем учета и проверок ядерных материалов и проверяться путем проведения физической инвентаризации. Физическая инвентаризация должна завершаться подведением баланса для каждого ядерного материала за период времени между предыдущей и данной физической инвентаризацией, определением инвентарной разницы и ее погрешности.

Цели физической инвентаризации:

•определение фактического наличного количества ядерных материалов в ЗБМ;

•установление соответствия фактических параметров учетных единиц существующим учетным данным;

•подведение баланса ядерных материалов, определение инвентарной разницы и ее погрешности;

•установление недостатков и нарушений в учете и контроле ядерных материалов.

Физические инвентаризации для каждой ЗБМ выполняются периодически, а межбалансовые периоды (МБП) устанавливаются

взависимости от категории ядерных материалов в ЗБМ, технологических и других особенностей предприятий не реже следующих временных интервалов:

•для ЗБМ с материалами категории 1 – 1 календарный месяц;

•для ЗБМ с материалами категории 2 – 3 календарных месяца;

•для ЗБМ с материалами категории 3 – 6 календарных месяцев;

•для ЗБМ с материалами категории 4 – 12 календарных месяцев;

•по всем ядерным материалам предприятия – 12 календарных месяцев.

Аномалией в учете и контроле ядерных материалов называют недостачу (излишек) ядерных материалов, ошибки в учетных и отчетных документах, повреждения, отказы средств контроля доступа к ядерным материалам, нарушения порядка производства, использования, передачи ядерных материалов.

17

Критерием обнаружения аномалий в использовании ядерного материала в учете и контроле ядерного материала является превышение модулем инвентарной разницы, ее утроенной среднеквадратической погрешности, либо значений любой из следующих величин при доверительной вероятности 0,95:

•0,2 % от суммы зарегистрированного количества данного ядерного материала и всех увеличений его количества за межбалансовый период – для промышленных ядерных установок;

•3 % от такой же величины – для исследовательских ядерных установок;

•3 кг по плутонию, урану-233 для ЗБМ, содержащих ядерные материалы категорий 1, 2;

•8 кг по урану-235 для ЗБМ, содержащих ядерные материалы категорий 1, 2 и 3;

•70 кг по урану-235 – для урана с обогащением менее 20%. Для каждой ЗБМ должна быть разработана программа измере-

ний, включающая в себя перечень методик выполнения измерений, технических средств, процедур пробоотбора, сведения о периодичности проведения измерений, требуемой точности измерений, сроках и форме представления результатов измерений.

Методики выполнения измерений должны быть метрологически аттестованы в соответствии с требованиями действующих государственных или отраслевых стандартов. Показатели точности методик выполнения измерения в системе измерения ЯМ должны быть максимально приближены к рекомендованным международным целевым значениям.

Стандартные образцы для градуировки приборов и проверки правильности результатов измерений должны быть метрологически аттестованы в соответствии с требованиями действующих государственных или отраслевых стандартов и иметь свидетельство об аттестации с указанием их наименования, типа, аттестуемой величины и ее погрешности и других дополнительных характеристик.

Перечень технических средств (измерительных приборов), используемых в системе измерения ядерных материалов, должен содержать наименование, тип, марку, заводской номер прибора.

18

На каждом предприятии должна быть разработана и внедрена программа контроля качества измерений в рамках системы измерений ядерных материалов. Целью программы является обеспечение качества измерений.

Государственный учет и контроль ядерных материалов обеспечивает выполнение международных обязательств Российской Федерации по Договору о нераспространении ядерного оружия, соглашению с МАГАТЭ о гарантиях и другим межгосударственным и межправительственным соглашениям. Цель гарантий нераспространения: сдержать, предотвратить, своевременно обнаружить хищение ядерных материалов и принять ответные меры в случае хищения или диверсии на установках.

Основной мерой проверки, используемой МАГАТЭ в применении гарантий, является контроль и учет ЯМ совместно с сохранением и наблюдением. Чтобы учет был эффективным, необходимо проводить независимые измерения для проверки данных о количестве и изотопном составе ЯМ, представленных в учетных документах. Наиболее часто для этого используются неразрушающие анализы (НРА). Для материалов в объемной (балк) форме применяют также разрушающие методы.

Цель контроля ЯМ – предотвратить или быстро обнаружить потерю ЯМ. В основе контроля и учета материалов – установление баланса материалов в ядерных технологических процессах. План контроля должен предусматривать методы, используемые для измерения ЯМ. Метод измерений должен обеспечить определение количества и изотопного состава ЯМ. Комплекс измерений должен обеспечить определение всех компонентов расчета количества неучтенного материала (инвентарной разницы). Результаты измерений должны быть защищены от возможной подделки.

При выборе метода контроля исходят из свойств материала и условий измерений: физического состояния, чистоты, ожидаемых примесей, требуемой точности определения, расхода времени на отдельный анализ, периодичности анализов (один в месяц, сто в неделю), объема анализируемого образца, имеющегося оборудования и СО, квалификации персонала, бюджета [1.3].

Контрольные измерения ЯМ непрямые: массу материала или его изотопный состав определяют по результатам измерений ско-

19

рости счета электрических импульсов, изменению силы тока, деформации пружины и т.д. Измеренный эффект (N) и искомая величина (F) связаны с помощью некоторого коэффициента k, который получают с помощью градуировки, проводя измерения стандартных образцов (образцов ЯМ с хорошо известными характеристиками FСО) на контрольной измерительной установке: k = = FСО/NСО, где NСО – измеренный эффект для стандартного образца.

Погрешность определения массы ЯМ зависит от погрешности результата контрольного измерения и неопределенности калибровочного коэффициента k, причем во многих случаях вторая составляющая доминирует. В свою очередь, результат контрольного измерения обычно требует коррекции для учета ряда влияющих факторов, обусловленных особенностями образца ЯМ, искажениями информации в электронном измерительном тракте и др.

Уравнение баланса ЯМ имеет следующий вид: ID=BI+R-S-EI, где ID – инвентарная разница; BI – начальное инвентарное количество; R – ЯМ, поступившие на склад за период между инвентаризациями; S – ЯМ, вывезенные за тот же период; EI – конечное инвентарное количество. EI = k N, где N – число отсчетов, k – градуировочный коэффициент, связывающий определяемую величину с результатом измерений.

В простейшем случае R = S = 0, тогда ID = BI-EI, погрешность

∆ID = ∆BI 2 + ∆EI 2 . Суждения о результате инвентаризации выносятся из сравнения ID и 3∆ID.

1.3. Стадии ядерного топливного цикла

На рис. 1.1 представлена схема превращений ЯМ в топливном цикле. На разных этапах изменяются физические и химические формы ЯМ, происходят его потери. Различные физические и химические формы ЯМ требуют различных технологий измерений для учета материалов. Результаты измерений ЯМ, кроме контроля их наличия и сохранности, служат для управления технологическими процессами, а также для обеспечения норм ядерной и радиационной безопасности. При выборе методик и аппаратуры для измерений руководствуются целью комплексного решения всех перечисленных задач.

20