Крючков Основы учёта,контроля 2007

Поверхностно-ионизационная масс-спектрометрия является наиболее распространенным методом и для разрушающих анализов изотопного состава Рu. Количество плутония, требуемое для анализов, составляет от 10–9 до 10–6 г. Случайные погрешности анализа изотопного состава образца Рu представлены в табл. 5.15.

Таблица 5.15

Случайные погрешности анализа изотопного состава образца Рu методом масс-спектрометрии

Метод изотопного разбавления

Для определения количества mx элемента Z в образце исследуемого вещества используют метод изотопного разбавления. Изотопный состав этого элемента хi должен быть известен (ранее измерен).

Метод основан на применении индикатора-навески того же элемента, но с изотопным составом, отличающимся от состава элемента в исследуемом образце. В раствор образца исследуемого материала добавляют определенное количество индикатора m0 с изо-

топным составом xi0 . После их смешивания берут пробу. Изотопный состав элемента в пробе xi отличается от состава в образце xi и

индикаторе xi0 :

301

Для смешивания образца и индикатора применяют операции, которые необходимы, чтобы U (Pu) из образца и индикатора приобрели одинаковые свойства и в последующих превращениях вели себя идентично. Для этого применяют многократные окислительновосстановительные циклы.

Масс-спектрометрия изотопного разбавления (IDMS) наиболее часто используется для определения U и Pu (и их изотопных композиций) при переработке топлива.

Метод Resin-bead

Этот метод специально приспособлен для определения U и Pu в высокоактивных растворах отработавшего реакторного топлива. Его применяют для случаев, когда образец должен быть перемещен на большое расстояние из лаборатории в лабораторию. При этом не требуется защиты от излучения образца. Процедура проведения анализа представлена на рис. 5.27.

302

Образец входного раствора топлива, содержащий 1 мг U и10 мкг Pu, а также добавленные индикаторы 233U и 242Pu

↓

Химические операции для достижения изотопного равновесия

↓

Растворение 10 мл смеси, содержащей 100 мкг U/мл и

1000 нг Pu/мл, в 8 M HNO3

↓

Поглощение U и Pu из раствора в каплях смолы: 0,1 мл раствора + 10 капель

20–30 часов

↓1 капля на нить

Отмывка капель смолы в 3 M HNO3

↓

Масс-спектрометрия

1) Pu-нагрев 1450oС, 2) U-нагрев 1800oС

↓

Определение изотопных составов и количеств Pu и U

Рис. 5.27. Схема анализа по методу Resin-bead. Точность результатов может достигать 0,6% для U, 0,9% для Pu

5.4. Комплексное применение методов измерений ЯМ

Ранее были рассмотрены наиболее часто применяемые методы измерений ЯМ. Область применения каждого метода ограничена. Для решения каждой задачи существует несколько различных способов.

Все методы можно условно разделить на взаимозаменяющие и взаимодополняющие. Так для определения содержания урана в образце ЯМ можно использовать титрование по методу Дэвиса–Грэя, масс-спектрометрию с изотопным разбавлением, денситометрию, РФА.

303

Взаимодополняющими являются методы гамма-спектрометрии

исчета нейтронных совпадений, которые совместно позволяют определить содержание плутония в образцах ЯМ. Еще один пример – с помощью метода титрометрии изготовляют эталоны для калибровки систем неразрушающих измерений методом денситометрии

иРФА.

Применение нескольких разных методов для измерения какоголибо параметра ЯМ позволяет повысить достоверность общего результата за счет взаимной компенсации возможных методических погрешностей (см. схему комплексного анализа плутония на заводе в Селлафилде на рис. 5.28).

Одновременное применение нескольких методов ведет к объединению их оборудования в одной установке, к созданию измерительных комплексов–станций.

Порция PuO2

Гамма-нейтронный счетчик

Растворение

( 50 мг Pu/г)

Разбавление

( 10 мг Pu/г)

Титрование

В заключение приводится перечень применяемых в настоящее время методов измерения ядерных материалов (табл. 5.16).

304

Таблица 5.16

Основные методы анализа ЯМ, используемые в аналитических лабораториях

305

ГЛАВА 6 ГЛАВНЫЕ УЧЕТНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ

6.1. Процедуры передачи ЯМ

Разница отправитель–получатель

Существует классическая задача: пусть имеется брус масла весом 28 кг. Требуется разделить это масло на 280 кусков по 100 г, используя весы, на которых 100–граммовые массы измеряются с погрешностью плюс–минус 5 г. Вопрос: можно ли это сделать? То есть, можно ли из 28 кг масла нарезать 280 кусков по 100 г, имея такие весы.

Эта задача приводится во многих высших коммерческих учреждениях мира в качестве демонстрации существования разницы данных отправителя и получателя.

Для решения этой задачи проводились эксперименты на различных продавцах: опытных и начинающих. Ответ на этот вопрос оказался следующим. На весах с ценой деления 5 г не профессионал нарезает, как правило, несколько меньше, чем положено: 274–278 кусков. А профессионал, наоборот, нарезает чуть больше требуемо-

го: 282–286 кусков.

Причина такого расхождения заключается в разном поведении людей, решающих эту задачу, а именно: продавец–профессионал понимает, что при взвешивании имеются погрешности, в том числе систематические, т.е. параметры самого измерительного оборудования во времени меняются. Весы стареют, ржавеют (окисление, например, происходит), или еще что–нибудь. Понимание этого приводит к тому, что продавец–профессионал для того, чтобы сделать 280 кусков кладет в каждый кусок чуть–чуть меньше, чем сто граммов, но в рамках разрешенных пяти граммов.

А непрофессионал старается сделать точно сто, немножечко перекладывая сначала, так как если сделать меньше 100 г – могут наказать. А дальше получается приведенная выше статистика.

Подобного рода эксперименты можно поставить и у себя. После чего вы убедитесь, что там, где есть неопределенность данных (как, например, цена деления в 5 г), на результат измерения воздействуют вторичные факторы, в том числе, менталитет человека, произ-

306

водящего измерения. Менталитет продавца заключается в том, что он не может продавать себе в убыток.

Вот эта задача (и соответствующие эксперименты) связаны с понятием разницы в данных отправителя и получателя (так называемая, shipper–receiver difference). Правильный отправитель всегда отправляет больше, чем получает правильный получатель. У них разный менталитет.

Ситуация в этой области такова. Существует это правило как некий закон человеческой природы, который бухгалтерской системой не учитывается. А, по сути, это правило реализуется через нормы технологических потерь. То есть узаконенные проценты ядерных материалов, которые можно списать с баланса.

Правильной же является система, в которой всегда материала отправителя больше, нежели его получает получатель. Причем этот материал, естественно, в пути не расхищается, с ним ничего не делается. Это мера определенности знаний о том, что происходит на самом деле. Необходимо считаться с тем, что знания не абсолютны. А разница является случайной величиной и определяется качеством систем измерений, используемых отправителем и получателем.

Масштаб эффекта разницы «отправитель–получатель»

Если проанализировать технологический цикл изготовления ядерных материалов для ядерной энергетики и соответствующие передачи, можно получить, что только на разности данных отправителя и получателя должно было «деваться в никуда» ориентировочно до 1 % материалов, используемых как топливо ядерных реакторов.

Оценим, например, в этих условиях масштаб эффекта разницы «отправитель – получатель» для топлива реакторов типа ВВЭР. Примем ориентировочно, что загрузка каждого реактора ВВЭР порядка 70 т двуокиси урана с обогащением немногим выше 4 %, а их число ~ 10. Тогда абсолютный масштаб эффекта разницы «отпра- витель–получатель» только по этим реакторам составит ~ 200 кг по урану–235. Спрашивается, где весь этот материал? Это мера неопределенности наших знаний.

307

Допустимые расхождения данных отправителя и получателя

Какая же разница между отправителем и получателем допустима у нас в стране?

Расхождение данных отправителя и получателя о массе ядерных материалов при их передачах определяется как разница между значениями масс, указанных отправителем (паспортных данных) и полученных в процессе подтверждающих измерений получателем.

Напомним, что доверительный интервал – это интервал, который с заданной вероятностью покрывает интересующий нас параметр (случайная величина).

Пусть S – отгруженная величина ЯМ, а R – полученная величина. S и R являются случайными величинами, измеренными отправителем (shipper) и получателем (receiver) и имеют соответствующие погрешности σS и σR.

Для разницы отправитель – получатель (S–R) среднеквадратичное отклонение от его математического ожидания

σS–R = (σ2S + σ2R)1/2,

если считается, что измерения S и R независимые.

Если S–R нормально распределенная случайная величина,

М(S–R) – ее математическое ожидание, то интервал М(S–R)±3σS–R является 99 %–ным доверительным интервалом.

Согласно правилам ОПУК, если разница (S–R) отличается от нуля в пределах ее 99 %–ного доверительного интервала, то можно ее рассматривать как следствие погрешностей систем измерения ЯМ отправителя и получателя. При этом ЯМ ставятся на учет получателем по данным поставщика. Это связано с тем, что, как правило, данные поставщика являются результатом учетных измерений ЯМ, а получателя – подтверждающих измерений.

Если разница (S–R) выходит за пределы 99 %–ного доверительного интервала, то должны быть приняты меры: либо по согласованию этих данных, либо в случае подтверждения значимых расхождений поставщика и получателя по выявлению причин утраты/появления излишков ЯМ. При этом получатель направляет специальные отчеты в государственные органы управления использования атомной энергии и в орган регулирования безопасности использования атомной энергии.

308

Как осуществляют передачу ядерных материалов

При передачах ЯМ выполняют следующие операции (ОПУК).

1.Передача ЯМ должна допускаться только при наличии у отправителя и получателя лицензии на обращение с ЯМ и договора с Росатомом на передачу ЯМ в пользование.

2.Отправитель направляет получателю предварительное уведомление об отправке ЯМ, которое является обязательным, поскольку любые размещения ЯМ связаны с вопросами обеспечения ядерной и радиационной безопасности.

3.Отправитель подготовляет и измеряет отправляемый материал

иготовит соответствующие приходно–расходные и накладные документы. В накладных документах указываются атрибутивные признаки ЯМ, масса брутто контейнеров и др. Сведения о характеристиках ЯМ (паспортные данные) отправляются специальной почтой, либо совместно с грузом.

4.Передача ЯМ осуществляется в присутствии представителей поставщика и получателя. Представитель получателя осуществляет проверку атрибутивных признаков ЯМ:

•внешний осмотр и проверку количества контейнеров с ЯМ;

•проверку устройств индикации вмешательства, примененных к транспортному средству и контейнерам с ЯМ;

•соответствие идентификаторов контейнеров и устройств индикации вмешательства накладным документам.

5. При необходимости получатель осуществляет подтверждающие измерения веса–брутто контейнеров с ЯМ и других параметров ЯМ.

Необходимость, вид и объем подтверждающих измерений определяются получателем, учитывая вид передачи (между ЗБМ одного предприятия, между предприятиями, экспорт–импорт), категорию передаваемых ЯМ, тип контейнеров и УИВ, качество измерений отправителя.

6. Если подтверждающие измерения не выполнены в полном объеме, производится предварительная приемка ЯМ и их оформление в приходно–расходных документах (постановка на учет).

Окончательная приемка и постановка на учет ЯМ производится не позднее 10 суток после получения ЯМ. За этот срок должны быть выполнены все требуемые подтверждающие измерения ЯМ, соотнесены с данными поставщика и оценена значимость (S–R) разницы.

309

6.2. Физическая инвентаризация и баланс ЯМ

Знания относительно ядерных материалов предполагают, что мы располагаем данными о наличных количествах ЯМ, находящихся в ЗБМ, и о входных и выходных потоках ЯМ в течение определенного периода времени, называемого межбалансовым периодом. Передачи ЯМ и физические инвентаризации ЯМ являются главными учетными процедурами, обеспечивающими такие знания о ЯМ. Эти процедуры подразумевают, что в течение межбалансового периода измеряют все входные и выходные потоки ЯМ, а в конце межбалансового периода измеряют все наличные ЯМ.

Процедуры передачи ЯМ рассмотрены в первой части главы 6. В данном разделе рассмотрена процедура физической инвентаризации (ФИ) ЯМ и построение баланса ЯМ в ЗБМ [1].

Детальное изучение процедуры ФИ должно дополняться практическими занятиями, на которых моделируются отдельные стадии ФИ. При этом моделирование ФИ можно проводить, не обязательно используя ядерные материалы (например, при взвешивании вместо ЯМ можно использовать речной песок). Далее процедура ФИ охарактеризована в целом.

Некоторые вводные определения

Стратификация – группирование учетных единиц с близкими характеристиками.

Вид ядерного материала – ядерный материал, обладающий одинаковым или близким изотопным составом (уран одинакового или близкого обогащения, плутоний одинакового или близкого изотопного состава).

Список наличных количеств (СНК) ЯМ – перечень наличных ЯМ на момент данной ФИ с указанием их количеств, составленный на основании учетных данных.

Список фактически наличных количеств (СФНК) ЯМ – перечень фактически наличных ядерных материалов с указанием их количеств, определенный в результате физической инвентаризации.

Отрезок времени между двумя последовательными ФИ называется межбалансовым периодом.

Для удобства согласования результатов физической инвентаризации любой материал, поступивший или отправленный из ЗБМ,

310