610 |
Н. Энсслин и Х. А. Смит, мл. |
Ðèñ. 20.1. Разрез одного из счет- чиков, построенного специально для подтверждающих измерений отправителем и получателем плутония в 30-галлонных транспортных бочках [11 и 12]
для бочек, манипулятор бочки и полости в полиэтиленовой стенке для выравнивания вертикального профиля эффективности. Нормировка откликов приборов отправителя и получателя осуществлялась путем обмена источниками 252Сf, данными по измерениям источника и данными по измерению фона. Подтверждающие измерения состояли из трех 100-секундных циклов регистрации полного потока нейтронов. Первоначальные результаты обеспечили точность проверки отправителем/получателем в пределах от 2 до 3 % для оксида и в пределах 1 % для металла [11]. Имеет место небольшое смещение, которое может быть обусловлено осаждением содержимого контейнера во время перевозки .
20.5 ОТЛОЖЕНИЯ ЯДЕРНОГО МАТЕРИАЛА
Термин “отложение” относится к накоплению ядерного материала внутри технологического оборудования ядерных установок. Другими общепринятыми терминами для такого материала являются “скрытое инвентарное количество”, “технологические потери” и “незавершенная продукция”. Выбор терминологии частично зависит от применения или точки зрения. Например, ядерный материал, который остается в установке после переработки всего продукта в балк-форме
Глава 20. Качественные и полуколичественные измерения |
611 |
может быть назван “незавершенной продукцией”. Материал, который остается после тщательной уборки, протирки, кислотного выщелачивания и промывки, может быть назван “фиксированным отложением”.
Из-за высокой экономической ценности ядерного материала, необходимости обеспечения радиационной и ядерной безопасности, а также с целью обеспечения гарантий против краж или переключений ядерных материалов, важно минимизировать отложения, измерить или смоделировать их величины и удалить их. Причи- ны и механизмы возникновения отложений, а также методики моделирования и измерения отложений рассматриваются в оставшихся разделах этой главы.
20.5.1 Причины и механизмы
Ядерный материал имеет тенденцию к накапливанию в трещинах, порах и областях с плохой циркуляцией внутри технологического оборудования. Кроме того, на внутренних поверхностях труб, резервуаров, трубопроводов, печей, пер- чаточных боксов и другого оборудования могут накапливаться значительные отложения. Когда площадь внутренней поверхности большая, суммарное количество отложений может оказаться достаточным для влияния на заводскую инвентаризационную разность [13]. Количество отложений зависит от характера технологического процесса и физической формы промежуточных растворов, осадков и порошков. Кроме того, нарушения технологии могут привести к большим, скоротечным и непрогнозируемым отложениям материалов.
Ниже представлены некоторые механизмы накопления матер иалов [14]:
λпостепенное осаждение мелких частиц в зонах с плохой циркуляцией или низкой скоростью потока;
λхимическая реакция ядерных материалов с внутренними стенками или миграция материалов внутрь стен;
λтвердые или жидкие образования продукта или выпадение осадка в результате непредусмотренных химических реакций;
λэлектростатическое осаждение или накопление заряженных частичек;
λразбрызгивание, кипение или спекание материалов в результате неуправляемых химических реакций.
20.5.2 Величина отложения
Исходя из механизмов образования отложений, представленных в предыдущем разделе, можно определить зоны, в которых отложения могут быть значительными. К таким зонам относятся: угловые изгибы, стыки и швы в трубах и трубопроводах; застойные зоны или зоны с турбулентным потоком; оборудование с большими внутренними поверхностями, такое, как резервуары с кольцами Рашига, фильтры, перчаточные боксы и печи; а также технологические процессы с растворами агрессивных кислот или высокими концентрациями ядерных материалов. Величину отложений в этих зонах трудно оценить из-за ее зависимости от таких факторов, как компоновка оборудования, частота технологических отказов, ремонтных и очистных процедур и производительность устано вки.
Некоторые типовые величины отложений, наблюдаемых в оборудовании на некоторых установках по переработке урана и плутония, даны в табл. 20.3. Приве-
612 |
Н. Энсслин и Х. А. Смит, мл. |
денные числовые значения являются типичными только для зон со значительными отложениями, но по ним можно предположить, что экстраполяция по всем основным зонам технологического процесса на установках даст десятки или сотни килограммов суммарных отложений. Величина отложений может составлять от 0,1 до 0,2 % полной производительности установки даже после тщательной разрушающей зачистки оборудования. Если ядерный материал вводится в новую установку, то первоначальное отложение может составлять от 1 до 10 % от производительности установки на первом этапе ее эксплуатации. Поскольку конструкция установки может оказывать влияние на количество отложений, Комиссия по ядерному регулированию предложила проектные соображения по минимизации отложений [15-17].
Таблица 20.3 — Типичные величины отложений в оборудовании ус тановок
Перчаточные боксы, г |
0 |
— 50 |
Перчаточные боксы (после разрушающей зачистки), г/м2 |
2 |
|
Дробилки, г |
1 |
— 100 |
V-образные смесители, г |
1 |
— 50 |
Фильтры перед перчаточными боксами, г |
2 |
— 100 |
Фильтры после перчаточных боксов, г |
10 — 100 |
|
Внутренние поверхности оборудования (после обычной |
10 — 50 |
|
зачистки), г/м2 |
|
|
Трубы (после разрушающей зачистки), г/м |
0,3 |
|
Трубопроводы (без зачистки), г/м |
1 |
— 100 |
Стеклянные колонны, г |
1 |
|
Кольцевые резервуары, г |
1 |
— 10 |
Резервуары, заполненные кольцами Рашига (после |
1 |
— 500 |
промывки), г |
|
|
Поддоны для растворителей, г |
10 — 500 |
|
Небольшие печи для прокаливания, г |
5 |
— 50 |
Ïå÷è, ã |
50 — 500 |
|
Поддоны для печей, г |
1 |
— 10 |
Печи для сжигания, г |
Неск. тысяч |
|
Бетонные сливные бассейны, г |
Неск. тысяч |
|
|
|
|
20.5.3 Статистическое моделирование
Определение мест локализации материала, отложенного в технологическом оборудовании, и его переработка чрезвычайно сложны. Даже измерение количе- ства отложений является трудной задачей и подвержено множеству неопределенностей (раздел 20.6). Возможным альтернативным методом для получения некоторых данных по отложениям, необходимых для периодической инвентаризации, является оценка отложений с помощью статистического моделирования [14]. Такой подход начинается с тщательных, контролируемых измерений отложений
