664 |
Р. Лайкс |
измерений. Для градуировки применяются образцовые источники теплоты на основе плутония-238.
На плутониевом производстве в Лос-Аламосе для анализа плутониевых полуфабрикатов и изделий используются два двухэлементных мостовых калориметра модели 102 с общей водяной ванной [12], аналогичных установке, показанной на рис. 22.5. В целях экономии площади, камеры для образца с достижением предварительного равновесия не применяют. Все анализы выполняются без прогнозирования конечной точки в течение 8 ч. Программа контроля измерений требует еженедельного проведения измерения стандартного образца весом 400, либо 870 г. Анализ результатов контроля измерений за год показывает, что сходимость результатов определения мощности составляет около 0,1 %, а смещение — около 0,1 %. Для больших образцов эффективная удельная мощность определяется с помощью гамма-спектрометрии со сходимостью результатов около 0,4-0,5 % (1 σ) при времени измерения 1,5-2 ч. При этом общая сходимость определения массы плутония для больших однородных образцов составляет 0,5-0,7 % (1 σ) (частная информация от Р. Бланкеншипа и Ф.Сью, ЛАНЛ). Сведения о рабочих характеристиках двухэлементного мостового калориметра приведены в табл. 22.5 [11, 12]. Аналогичные сведения о рабочих характеристиках были представлены для плутония высокого выгорания с эффективной удельной тепловой мощностью около 14,5 мВт/г [13].
Таблица 22.5 — Рабочие характеристики Маундского серийного двухэлементного мостового калориметра при предполагаемой мощности 2,3 мВт/г и известном изотопном составе ([11, 12] и частная информация от Р. Бланкеншипа и Ф.Сью, ЛАНЛ)
Погрешность, % |
0,1–0,2 |
Сходимость, % |
0,1–0,2 |
Диапазон измерений |
|
масса, кг |
0,1–2,5 |
тепловая мощность, мВт |
0,23-5,8 |
Время анализа, ч |
8 |
|
|
Для сравнения и повышения производительности на производстве Лос-Ала- моса также используются четыре мостовых калориметра с верхней/нижней камерами, по внешнему виду похожие на калориметры, описанные ниже в разделе 22.4.4. Два из них имеют камеры для образца диаметром 12,4 см, а два других — камеры для образца диаметром 17,8 см. Для сокращения времени анализа калориметры работают с использованием метода прогнозирования конечной точки. Типичное время анализа образцов, содержащих 2-3 кг плутония, составляет немногим более 3 ч. Небольшие или плохо упакованные образцы могут потребовать для анализа до 8 ч, при этом 100 г плутония являются нижним рабочим пределом, позволяющим избежать увеличения времени анализа. Результаты контроля измерений за год показывают, что эти более быстро работающие калориметры имеют сходимость результатов измерений около 0,2 % по сравнению со сходимостью 0,1 % для двухэлементного мостового калориметра.
666 |
Р. Лайкс |
Типичное время анализа с применением методов прогнозирования конечной точки составляет 5 ч, неопределенность результатов калориметрического измерения мощности — 0,3 % [14]. Данные по изотопным гамма-измерениям накапливаются за тот же период времени, в течение которого проводится измерение тепловой мощности. Полная неопределенность анализа составляла 1 % или менее. Сведения о рабочих характеристиках приведены в табл. 22.6.
Как калориметр, так и многоканальный анализатор гамма-спектрометра управляются микропроцессором, а данные анализа обрабатываются компьютером. Система выполнена таким образом, что данные от одного образца могут анализироваться, когда выполняется измерение другого образца. Однако при совместном измерении имеет место некоторая потеря точности измерений, т.к. образец не может быть размещен непосредственно напротив гамма-детектора. Последовательные измерения обычно предпочтительнее, чем совместные, если нет других более серьезных ограничений.
Таблица 22.6 — Рабочие характеристики Маундского калориметра для совместных измерений изотопов при предполагаемой мощности 2,3 мВт/г [14]
Суммарная погрешность, % |
1,0 |
Погрешность определения мощности, % |
0,3 |
Диапазон измерений |
|
масса, кг |
0,2–4,4 |
тепловая мощность, Вт |
0,5–10 |
Время анализа с прогнозированием конечной точки, ч |
5 |
|
|
22.4.3 Серийные калориметры завода Рокки Флэтс
На заводе Рокки Флэтс были разработаны многокамерные калориметры для анализа оксидов и скрапа плутония низкого выгорания [15]. Эти калориметры относятся к типу двухэлементных мостовых калориметров с воздушным зазором между внутренней камерой для образца и внешней водяной ванной, предназна- ченным для поддержания теплового равновесия между ними. Банки с оксидом плутония, содержащие приблизительно 1400 г, загружаются в медные держатели, которые размещаются в измерительных камерах. Для изоляции над и под образцом помещаются заглушки из стирофома. Выходная тепловая мощность каждой банки составляет примерно 3 Вт. Непосредственно после разделения америция от плутония 78 % выходной мощности создаются 239Pu, 18 % — 240Pu, а остальная часть мощности — 238Pu è 241Pu. Погрешность калориметрического анализа мощности образца составляет примерно 0,2 %.
Для управления производственной загрузкой образцов, требующих проведения анализа, в наличии имеются три восьмиблочных калориметра [16]. Каждый из них содержит восемь камер, размещенных по кругу в общей водяной ванне. Семь камер используются для анализа образцов, а одна является общей эталонной камерой.
Для новой установки по переработке плутония в Рокки Флэтс Маундской лабораторией была создана серия производственных калориметров и установлена под перчаточными боксами в зоне приема/передачи [17]. Двадцать камер сое-