Крючков Основы учёта,контроля 2007

мечалось, проверка ядерного материала на реакторах состоит, главным образом, из подсчета, идентификации и измерения отдельных учетных единиц, т.е. ТВС. И при подсчете учетных единиц цель инспекции состоит в обнаружении отсутствия одной топливной сборки. Топливная сборка, например, исследовательского реактора типа ИРТ обычно содержит 200 – 300 г ВОУ 90 % обогащения. То есть, цель инспекции при подсчете учетных единиц намного меньше одного ЗК (25 кг) для высокообогащенного урана.

С другой стороны, на крупных установках с ядерным материалом в балк–форме ситуация может быть обратной. На установках с ядерным материалом в балк–форме проверка требует измерения значительных количеств ЯМ в различной физической форме и разного химического состава, включая такие материалы, как отходы. Ориентировочно можно принять, что погрешности измерений ЯМ составляют порядка 1 % от общего количества измеренных ЯМ. Однако очевидно, что один процент инвентарного количества или производительности крупной установки с ядерным материалом в балк–форме может превышать (в некоторых случаях значительно) одно ЗК.

Например, под гарантиями МАГАТЭ находится несколько установок по изготовлению топлива, на которых в обработке находится значительное количество материала косвенного использования (низкообогащенный уран) в балк–форме. Вследствие погрешностей измерений и других факторов возникла необходимость установить цель инспекций на уровне пяти ЗК. Это означает, что на таких установках нельзя исключать возможность (с желаемой степенью достоверности 90–95 %) переключения одного ЗК для НОУ. Но это не означает, что переключение одного ЗК не может быть обнаружено вообще. Обнаружение возможно также и в этом случае, однако, с меньшей степенью вероятности. Кроме того, увеличение уровня обнаружения компенсируется применением таких дополнительных средств контроля, как сохранение и наблюдение. Наконец, следует иметь в виду, что переключенный НОУ может быть обнаружен на других стадиях его перевода в материал оружейного качества.

В государствах с развитым топливным циклом теоретически возможно переключить значимое количество материала путем

71

«разделения», то есть путем суммирования переключений менее одного ЗК на каждой из большого числа установок. Осуществление этой стратегии было бы связано с материалами различных типов и категорий и потребовало бы согласованных действий со стороны персонала большого числа установок. Поэтому МАГАТЭ рассматривает такой сценарий переключения ЯМ как непривлекательный для государства и связанный с большим риском. Кроме того, попытка противодействия таким гипотетическим сценариям переключения ЯМ потребовала бы режим инспекций неприемлемо громоздкий как для государства, так и МАГАТЭ.

Своевременность обнаружения

Своевременность обнаружения также представляет собой важное понятие для гарантий. Система гарантий Агентства основывается на предположении о том, что переключение значимого количества ядерного материала, осуществляется ли оно на основе стратегии разового или постоянного переключения, должно быть обнаружено своевременно.

Практическое толкование своевременного обнаружения зависит от типа ядерного материала, находящегося под гарантиями. Для того чтобы установить количественное выражение своевременности, рассмотрим понятие времени конверсии. Время конверсии ядерного материала представляется как период времени, необходимый в оптимальных условиях для конверсии данной формы ядерного материала компоненты ядерного взрывного устройства. По рекомендации Постоянной консультативной группы МАГАТЭ по осуществлению гарантий (ПКГОГ) установлены следующие типичные времена конверсии:

Кроме того, по рекомендации ПКГОГ МАГАТЭ установило «время обнаружения» того же порядка величины, что и соответст-

72

вующее время конверсии. При этом под «порядком величины» понимается коэффициент, равный 1–3.

На практике МАГАТЭ иногда сталкивается с трудностями в обеспечении коротких времен обнаружения. Например, на некоторых установках с ядерным материалом в балк–форме существуют практические трудности в согласовании коротких значений времени обнаружения с требованиями нормальной эксплуатации. Относительно плутония и высокообогащенного урана (время конверсии 7–10 суток) цели инспекций устанавливаются на верхнем уровне допустимого временного диапазона (три недели). В тех же случаях, когда приемлемая частота инспекций недостаточна для достижения целей своевременности, применяются дополнительные меры для обеспечения желаемой способности обнаружения. Среди них – меры опечатывания и наблюдения.

Вероятность обнаружения

Своевременно обнаружить переключение ядерного материала со 100 % вероятностью в условиях глобальных масштабов деятельности МАГАТЭ – задача чрезвычайно трудная. Поэтому МАГАТЭ стремится к системе гарантий, которая с определенной вероятностью удовлетворяет этим целям. Степень вероятности, с которой необходимо удовлетворять эти цели, должна, в свою очередь, быть определена. Ни в документе INFCIRC/66, ни в документе INFCIRC/153 конкретно не упоминается концепция степени уверенности обнаружения, но МАГАТЭ интерпретировало эти документы как, безусловно, включающие в себя это понятие. С точки зрения Агентства, цель должна состоять в достижении достаточно высокой вероятности обнаружения с тем, чтобы удержать государство от принятия решения в отношении переключения, а также обеспечить необходимую степень уверенности международного сообщества. В Агентстве принят уровень вероятности обнаруже-

ния – 0,9÷0,95.

Определение объема независимой инспекционной проверки ЯМ

Влияние вероятности обнаружения переключения значимого количества ЯМ на объем инспекционной деятельности МАГАТЭ можно проиллюстрировать на модельном примере.

73

Пусть имеется совокупность однотипных изделий N = 12000. Примем ЗК для рассматриваемого материала (например, плутоний) равным М = 8 кг. Масса каждого изделия равна m = 80 г. Определим количество изделий, которое должно быть проверено в ходе инспекции МАГАТЭ, если вероятность β достижения цели гарантий должна быть не менее 0,9?

Примем, что количество переключенных элементов x в выборке n является случайной величиной и распределяется по гипергеометрическому закону. Тогда объем выборки определяется соотношением:

Условие (1.2) означает, что рассматриваются относительно крупные элементы. После проверки выполнения этого условия, пользуясь формулой (1.1), находим объем измерений во время инспекции:

n = 12000 (1 – 0,11/100) = 276.

Итак, видно, что объем выборочных измерений сокращается во много раз по сравнению с исходным количеством измерений ЯМ, если принятое ЗК значительно больше массы элемента, а вероятность достижения цели заметно меньше 1.

Технические средства осуществления гарантийной деятельности МАГАТЭ

Сложность и многообразие установок, содержащих ЯМ, требуют соответственно применять различные контрольные методы и технические средства [2]. В табл. 3.1 указаны главные верификационные процедуры, осуществляемые на этих установках Агентством.

С 1980–х гг. в инспекционной деятельности наблюдается тенденция расширенного использования средств сохранения и наблюдения, а также применение неразрушающих методов контроля материалов.

74

Таблица 3.1

Основные типы установок, находящиеся под гарантиями МАГАТЭ (данные на 2002 г.)

Масштабы применения технических средств можно приближенно охарактеризовать следующими статистическими данными, относящиеся к 2002 г.:

•на 550 установках, находящихся под гарантиями, Агентство разместило 700 систем неразрушающего контроля ЯМ;

•с помощью разрушающего анализа проверено 760 проб;

•на установках развернуто 400 систем видеонаблюдения;

•проверено 24500 пломб;

•в окрестностях 50 установок взятои проанализировано230 проб. Некоторые данные по техническим средствам, используемым в

инспекционной практике МАГАТЭ, приведены в табл. 3.2 – 3.7. Оптическое наблюдение. Технические средства оптического

(видео) наблюдения играют важную роль в осуществлении гарантий МАГАТЭ. Средства наблюдения широко используются МАГАТЭ для обеспечения непрерывности знаний о ядерных материалах в период между инспекциями и являются мощной поддержкой и дополнением к средствам учета ЯМ. В настоящее время Агентством установлено около 800 действующих видеокамер (в рамках 400 видеосистем), размещенных в на 170 объектах по всему миру. В табл. 3.2 приведен перечень некоторых систем видеонаблюдения, которые Агентство использует в настоящее время.

75

Таблица 3.2

Оптические системы наблюдения, используемые в практике гарантий МАГАТЭ

Агентством разработана программа модернизации используемой видеоаппаратуры. Принято, что развитие систем наблюдения будет проводиться на базе блока электроники DCM14 (осуществляет оцифровывание изображений, контроль подлинности информации, шифрование данных и обеспечение конфиденциальности, компрессия данных, управление питания системы наблюдения и прочее), который наиболее отвечает требованиям МАГАТЭ к системам наблюдения. С 1998 г. начато создание 5 базовых цифровых систем наблюдения с использованием блока DCM14, отвечающих в полной мере специфике инспекционной деятельности МАГАТЭ с учетом возможных жестких условий среды при их функционировании.

Средства сохранения. Цель применения пломб – обеспечить доказательства любых несанкционированных попыток доступа к охраняемому материалу. Пломбы также обеспечивают средства уникальной идентификации охраняемых контейнеров. В зависимости от цели применения в Агентстве используются одноразовые металлические, клеящиеся, оптоволоконные, ультразвуковые пломбы и электронные пломбы многоразового использования. Краткая характеристика этих типов пломб приведена в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Средства опломбирования, применяемые в гарантийной деятельности МАГАТЭ

Неразрушающие измерения необлученных ядерных материа-

лов. Большинство материалов, подпадающих под гарантии МАГАТЭ, обладает γ–активностью. В спектрах излучения имеются выраженные линии, характерные для определенных изотопов, испускающих γ– кванты. Фиксация энергий наблюдаемых линий спектра γ–излучения материала служит основанием для идентификации изотопов, а в сочетании с измерением интенсивностей линий позволяет давать оценки о количестве материала.

К настоящему времени разработаны коммерчески доступные эффективные инструменты для анализа спектра γ–излучения материа-

лов. Многоканальный анализатор IMCA (Inspector Multichannel Analyser) построен на базе технологии цифровой обработки сигнала и может работать совместно с различными типами детекторов: германиевыми высокой чистоты HpGe, теллурид кадмиевые CdZnTe и иодид натриевые NaI, которые допускают высокое, среднее и низкое энергетическое разрешение. Разработан также вариант миниатюрно-

го многоканального анализатора MMCA (Miniature Multichannel Analyser). Этот анализатор значительно меньше и легче прежде исполь-

зуемого анализатора PMCA (Portable Multichannel Analyser) и, к тому же, имеет в три раза большее время непрерывной работы от батарей.

Международное Агентство использует для целей инспекций ряд γ–спектрометров, различающиеся, в основном, по разрешающей способности и возможностям дальнейшей обработки информации. Многие из них включают отмеченные выше многоканальные анализаторы. Данные о некоторых используемых приборах приведены в табл. 3.4.

Техника подсчета нейтронных совпадений является устойчивой, надежной и точной и широко используется для определения содержания Pu и U235. Современные системы счета нейтронных совпадений колодезного типа способны обрабатывать импульсы в диапазоне скоростей счета, различающихся более чем на шесть порядков.

Пассивные системы счета нейтронных совпадений позволяют оп-

ределять массу плутония, регистрируя нейтроны спонтанного деления в основном четных изотопов (238Pu, 240Pu, 242Pu). Используя дан-

ные по изотопному составу плутония результат измерения – массу 240Pueff можно перевести в полную массу Pu в образце.

79

Таблица 3.4

Гамма–спектрометры, используемые в практике гарантий МАГАТЭ

Делящийся изотоп 235U не подвержен в достаточной степени спонтанному делению, чтобы можно было его регистрировать с помощью пассивных систем. В этом случае регистрируют вторичное вынужденное нейтронное излучение, которое возникает в результате облучения нейтронами AmLi источника (активные системы). При этом для низкоэнергетических падающих нейтронов индуцированные деления в 238U образца дают незначительный вклад в измеряемую скорость нейтронных совпадений.

Системы счета нейтронных совпадений имеют две основные геометрические конфигурации детекторов. Детекторы колодезного типа, которые полностью заключают образец внутри себя, и детекторы воротникового типа, охватывающие снаружи образец. Геометрия колодезных детекторов предпочтительнее, так как в этом случае имеется возможность регистрации всех испускаемых нейтронов. Однако альтернативный вариант с воротниковой геометрией позволяет проводить измерения образцов, которые слишком велики и не могут поместиться внутри колодезного детектора (например, ТВС). МАГАТЭ применяет в инспекционной деятельности более двадцати различных типов нейтронных приборов, характеризующихся различными кон-

80