20.4 ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

20.4.1 Öåëü

На многих установках, находящихся под контролем Комиссии по ядерному регулированию и Министерства энергетики США, часто и в больших масштабах осуществляются процессы передачи и хранения необлученных ядерных материалов. Множество вопросов обеспечения гарантий возникает во время процесса отправки, получения и проверки инвентарных количеств ЯМ. Проведение измерений может помочь подтвердить, что:

а) не было переключений материалов при транспортировке; б) идентификация учетной единицы проведена правильно; в) отсутствует радиационная опасность для рабочих; г) данные об инвентарных количествах достоверны.

Такие подтверждающие измерения могут оказаться более простыми, чем измерения, проводимые для целей учета. Например, на их проведение требуется меньше времени и меньшее количество процедур по распаковке или переупаковке материала. Также они могут быть более разнообразными. Однако в общем случае они менее точны. Подтверждающие измерения определяют такие атрибутивные признаки как вес, спектр гамма-излучения, полный поток нейтронного излуче- ния и обогащение, которые, взятые в целом, очень трудно имит ировать.

Когда ядерный материал передается с одной установки на другую, существующие нормативные документы предписывают, чтобы получатель производил проверку количества мест, идентификацию и измерение веса-брутто учетных единиц в поставке. Обычно получатель должен выполнить учетные измерения в течение 10 календарных дней. На практике, однако, этого часто трудно достичь из-за: а) отсутствия необходимого технического персонала и аппаратуры неразрушающего анализа; б) длительности времени, необходимого для проведения химического анализа и передачи образцов со склада и на склад хранения; в) радиационного облучения персонала во время упаковки и распаковки. К тому же трудности при измерении относительно небольшого количества материалов скрапа могут задержать подведение баланса материала по поставке. Один из надежных подходов, облегчающий эти проблемы, заключается в проведении подтверждающих измерений как на установке отправителя, так и на установке получателя. Причем измерения на обеих установках проводятся одинаковыми или однотипными измерительными приборами [7]. Такие измерения могут подтвердить, что в поставке нет отсутствующих, неправильных или поддельных учетных единиц.

Когда ядерный материал хранится на установке, существующие нормативные документы предписывают проведение периодических инвентаризаций на всей установке и в хранилище ядерных материалов. Подтверждающие измерения, проводимые в это время на случайно выбранном образце, могут помочь идентифицировать неправильно маркированные учетные единицы и повысить достоверность процесса инвентаризации [8].

20.4.2 Варианты неразрушающего анализа

Методики неразрушающего анализа хорошо подходят для подтверждающих измерений благодаря их быстроте и возможности измерять учетную единицу в целом. В некоторых случаях возможно также измерять весь транспортный кон-

му счету нейтронов может являться наилучшей из возможных мерой содержания 239Pu, возможно с точностью в пределах 10 %, если сделана поправка на содержание 240Pu [9].

4. Разность между числом нейтронных совпадений с кадмиевой облицовкой в колодезном счетчике и без нее, деленная на полное число нейтронов, является мерой содержания делящегося изотопа (раздел 17.3.3 и [10]).

Подтверждающие измерения урана более трудны, чем аналогичные измерения плутония. Скорости испускания альфа-частиц недостаточно высоки, чтобы провести измерение тепловыделения. Возможны измерения обогащения с регистрацией гамма-излучения с энергией 186 кэВ, но информативной является только поверхность материала, и требуется хорошо коллимированная геометрия снаружи транспортной бочки. Для материалов с низкой плотностью могут использоваться гамма-измерения в дальней геометрии. Они также используются для проведения подтверждающих измерений материалов высокой плотности с точностью в пределах коэффициента 2 [8].

Измерение образцов урана в балк-форме требует использования активных нейтронных систем, простейшей из которых является активный колодезный счетчик совпадений AWCC (Active Well Coincidence Counter) (раздел 17.3.1). В режиме измерения тепловых нейтронов AWCC подходит для образцов, содержащих от 5 до 100 г 235U. В режиме измерения быстрых нейтронов использование прибора ограничивается образцами, содержащими 50 г и более235U, даже для времени счета 1000 с вследствие высокого фона случайных совпадений нейтронов источников подсветки. Между источниками и ураном должна поддерживаться хорошая привязка, для чего обычно необходимо использование небольших контейнеров. Таким образом, активный счет совпадений урана не является таким же разнообразным или простым, как пассивный счет совпадений плутония.

Ниже приведены два конкретных примера применения активного счета нейтронов урана:

1.Смешанные уран-плутониевые образцы: сигнал от пассивных совпадений пропорционален содержанию 240Pu, но может быть увеличенным за счет вынужденного деления в 235U. Поправка на саморазмножение может компенсировать вынужденное деление, но не обеспечит непосредственно определяемого содержания 235U. Определение содержания делящихся изотопов 235U èëè 239Pu практиче- ски не осуществимо активным счетом совпадений и требует более сложных активных нейтронных измерительных систем.

2.Высокообогащенный уран в баллонах с UF6: отношение числа нейтронных совпадений к полному числу нейтронов пропорционально содержанию 235U c точ- ностью в пределах от 2 до 10 % (раздел 17.3.4).

20.4.3. Современная практика

Несколько последующих примеров отражают современную практику проведения подтверждающих измерений на установках в Хэнфорде, Рокки Флэтс, Лос-Аламосе и Саванна-Ривер. Примеры иллюстрируют различные подходы и уровни точности; они располагаются в тексте примерно по мере увеличения степени достоверности.

Была проведена проверка разнообразных хранимых ядерных материалов с помощью подтверждающих измерений на случайной выборке образцов из налич-

ного инвентарного количества [8]. Предпочтительными методиками были пассивная регистрация нейтронных совпадений плутония и пассивная регистрация гамма-квантов урана в дальней геометрии. Приблизительно 5 % этих измерений оказались недействительными из-за плохой счетной статистики, неподходящих матриц, геометрий материалов или отсутствия соответствующих стандартных образцов. Другие 5 % были оценены как недостоверные, поскольку результаты расходились с данными, полученными ранее на аналогичных учетных единицах. Для последних 5 % учетные измерения были выполнены с привлечением измерительной аппаратуры или методики высшего качества. Примерно в половине этих случаев более точные учетные измерения показали, что первоначальная маркировка образцов действительно была неправильной.

Подтверждающие измерения поступающего металлического скрапа плутония в транспортных контейнерах типа “птичья клетка” осуществлялись пассивной регистрацией нейтронных совпадений [11]. Измерение самого транспортного контейнера, а не каждой содержащейся внутри учетной единицы, привело к восьмикратному сокращению рабочего времени и тридцатикратному снижению радиационного облучения. Погрешность измерения для всего транспортного контейнера составила приблизительно 5 % по сравнению с 2,5 % (1σ) для отдельных учетных единиц. Получатель смог проверить поступающий груз в течение трех рабочих дней.

Подтверждающие измерения оксида плутония выполнялись как отправителем, так и получателем с использованием счетчиков нейтронных совпадений разной конструкции [8]. Счетчики измеряли отдельные банки вне транспортных контейнеров. Попыток нормировки отклика одного счетчика относительно отклика другого счетчика сделано не было. Вместо этого подтверждение основывалось на отношении откликов. Отношения полного числа нейтронов до и после отправки согласовывались с погрешностью 0,5 % (1σ), а отношения числа нейтронных совпадений согласовывались с погрешностью 1,5 % (1σ). Получатель также сравнивал результаты своих измерений реальной массы плутония, полученные путем регистрации нейтронных совпадений, с результатами, полученными методом калориметрического анализа для восьми партий банок. Это сравнение не было точным, т.к. разброс значений составил 4,1 % (1σ). Повышенная погрешность определения массы объясняется различиями в осадке, плотности оксида, влажности или изотопном составе между партиями. Например, счет нейтронных совпадений от 1 кг оксида плутония может измениться приблизительно на 1 % при изменении плотности на 5 % (см. рис. 16.14 в главе 16).

Подтверждающие измерения содержания плутония в золе, песке, шлаках, тиглях и оксидах проводились получателем и отправителем с помощью сегментных гамма-сканеров различных конструкций [8]. Стандартные образцы были изготовлены отправителем, откалиброваны на калориметре отправителя и отправлены получателю. Результаты измерений получателем содержания 239Pu согласовались с результатами измерений отправителем в пределах от 1 до 4 % (1σ).

Подтверждающие измерения металлического плутония и оксида плутония, содержащих примеси, проводились двумя одинаковыми счетчиками нейтронных совпадений, которые измеряли транспортные контейнеры с 30-галлонными боч- ками. На рис. 20.1 показан разрез одного из счетчиков. Эти счетчики являются первыми измерительными приборами, разработанными специально для подтверждающих измерений [12]. Конструкция счетчика включает две дверцы, ролики