23.3ТИПЫ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИМЕНИМЫЕ МЕТОДИКИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО АНАЛИЗА

Табл. 23.1 содержит перечень методик НРА, которые могут быть использованы для измерений ядерных материалов. Несмотря на свой большой объем, табл. 23.1 не является всеобъемлющей, но каждый ее элемент фактически является обобщением нескольких возможных методик. Таблица может служить для пользователя отправной точкой при выборе подходящей методики. Более детальные таблицы приведены в “Руководстве по методам измерений для обеспечения ядерных гарантий” [2]. Ниже приведены пояснения к заголовкам столбцов таблицы.

Ядерный материал. В табл. 23.1 рассмотрены следующие типы ядерных материалов:

λплутоний;

λвысокообогащенный уран (ВОУ);

λнизкообогащенный уран (НОУ);

λсмесь урана и плутония.

Форма или матрица материала. В табл. 23.1 указаны методики анализа для следующих форм и матриц ядерных материалов:

λметалл;

λоксид;

λфторид;

λрастворы;

λтопливные таблетки;

λтепловыделяющие элементы (ТВЭЛ);

λтепловыделяющие сборки (ТВС);

λскрап и отходы высокой плотности;

λскрап и отходы низкой плотности.

К анализу карбидов в большинстве случаев подходы те же самые, что и к оксидам. Для фторидов методики, применяемые для анализа газообразных UF6 èëè PuF6 и других, применимы также для PuF6, PuF4, UF6 èëè UO2F2 в жидкой, твердой или порошкообразной формах. Для нейтронных методов анализа оксиды имеют низкий, а фториды — высокий выход нейтронов (α,n)-реакций. Скрап относительно богат ядерными материалами и обычно перерабатывается, тогда как содержание ядерных материалов в отходах относительно низкое и обычно они могут быть захоронены. Скрап и отходы могут быть пригодны для гамма-анализа, если имеют относительно низкую плотность.

Методики НРА. В табл. 23.1 приведены следующие методики и оборудование НРА:

Гамма-анализ

λАнализ в дальней геометрии без введения поправок на пропускание излу- чения — многоэнергетическая система гамма-анализа MEGAS (MultiEnergy Gamma Assay System).

λАнализ с поправкой на пропускание излучения с учетом структуры образца.

λСегментное сканирование с поправкой на пропускание излучения — сегментный гамма-сканер SGS (Segmented Gamma Scanner).

λСчетчик гамма-илучения колодезного типа.

λИзмерение обогащения урана (содержания изотопа 235U).

λОпределение изотопного состава плутония.

λПлотнометрия по K-êðàþ.

λПлотнометрия по LIII-êðàþ.

λРентгенофлюоресценция по K- или L-линии.

Нейтронный анализ

λИзмерение полного потока нейтронов — направленный нейтронный зонд SNAP (Shielded Neutron Assay Probe).

λИзмерение полного потока нейтронов — счетчик нейтронов с 4π-геомет- рией.

λПассивная регистрация нейтронных совпадений — высокоуровневый счет- чик нейтронных совпадений HLNCC (High-Level Neutron Coincidence Counter).

λПассивная регистрация нейтронных совпадений — счетчик для ТВЭЛ на смешанном уран-плутониевом топливе.

λПассивная регистрация нейтронных совпадений — счетчик для ТВЭЛ быстрых реакторов-размножителей.

λАктивная регистрация нейтронных совпадений — активный колодезный счетчик совпадений AWCC (Active Well Coincidence Counter).

λАктивная регистрация нейтронных совпадений — активный воротниковый счетчик совпадений ANCC (Active Neutron Coincidence Collar).

λАктивная регистрация нейтронных совпадений — активный сканер для ТВЭЛ.

λРегистрация совпадений быстрых нейтронов — счетчик нейтронов “Рэндом драйвер” (Random driver).

λРегистрация нейтронных совпадений с самоподсветкой.

λРегистрация запаздывающих нейтронов — калифорниевый ша ффлер.

λФотонейтронная подсветка — устройство фотонейтронной подсветки PHONID (PHOtoNeutron Interrogation Device).

λМетодика дифференциальной регистрации затухания нейтро нов.

Калориметрия

λКалориметрия с дополнительным определением изотопного состава с помощью масс-спектрометрии или гамма-спектрометрии.

Существуют и другие методики НРА, не включенные в данный перечень, такие, как измерения с применением ускорителей, описанные в работе [1].

Для каждого ядерного материала и матрицы в таблицу включены только наиболее общеприменимые методики. Методики перечислены в порядке снижения

точности или частоты использования. Выбор методики может зависеть от особых требований к измерениям и от таких факторов, как стоимость, производительность, необходимая площадь для размещения и т.д.

Измеряемые изотопы. Методики НРА, перечисленные в табл. 23.1, могут определить:

λэлемент или изотоп,

λмассу или концентрацию элемента (изотопа).

Пользователю часто нужна дополнительная информация, обычно это изотопный состав. Такая информация может быть получена от изготовителя ядерного материала или с помощью других разрушающих или неразрушающих методов анализа.

Пассивная (П) или активная (А) методика. Этот столбец таблицы указывает на использование в активной методике внешнего источника нейтронного или гамма-излучения для облучения образца. Методика нейтронных совпадений самоподсветки, в которой регистрируются деления, вызванные нейтронами, образованными в (α,n)-реакциях, классифицируется как пассивная.

Диапазон. В этом столбце для методик НРА приведена очень грубая оценка диапазона применимости по массе или концентрации. Указанный нижний предел является скорее нижним пределом измерения, чем нижним пределом обнаружения, который может быть значительно меньше, чем масса, приведенная в таблице. Для диапазона использован термин масса элемента, даже если измеряется только один изотоп.

Время. Это приблизительное время измерения, необходимое для достижения заданной сходимости.

Сходимость. Это воспроизводимость в одинаковых условиях однократного измерения, определяемая как одно относительное стандартное отклонение, в процентах. Сходимость оценена для образцов средних размеров, а для активных методик — в предположении оптимальной мощности источника п одсветки.

Погрешность. Погрешность измерения в процентах установлена как относительное стандартное отклонение и включает в себя погрешности, обусловленные сходимостью измерений, расположением образца, градуировкой и систематиче- ской погрешностью прибора. Для калориметрического анализа оценка погрешности включает в себя погрешность определения изотопного состава, которая часто является определяющей. Количественные нормы погрешности для скрапа и отходов предполагают некоторую сортировку и разделение материалов по категориям, а также подразумевает присутствие малых или слабопоглощающих вклю- чений ядерного материала.

Ссылки. Ссылки указывают номера разделов этой книги, в которых может быть найдена более подробная информация по приведенной измерительной методике. Ссылка типа "x.y" указывает на раздел "y" главы "x". Другим источником информации является библиография с [1] по [9].

ЛИТЕРАТУРА

1.T.Gozani, Active Nondestructive Assay of Nuclear Materials, Principles and Applications, NUREG/CR-0602 (US Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC, 1981).

2.Handbook of Nuclear Safeguards Measurement Methods, D.R.Rogers, Ed., Mound Laboratory report MLM-2855, NUREG/CR-2078 (US Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC, 1983).

3.J.Caldwell et al., "Test and Evaluation of a High-Sensitivity Assay System for Bulk Transuranic Waste," Nuclear Materials Management XII, 75, (1984).

4.T.W.Crane, "Test and Evaluation Results of the 252Cf Shuffler at the Savannah River Plant," Los Alamos National laboratory report LA-8755-MS (March 1981).

5.H.O.Menlove, N.Ensslin, and T.E.Sampson, "Experimental Comparison of the Active Well Coincidence Counter with the Random Driver," Los Alamos Scientific Laboratory report LA-7882-MS (June 1979).

6.R.Schenkel et al., "Calibration and Experimental Comparison of the Active Well Coincidence Counter and PHONID-II," Commission of the European Communities report EUR 10377 EN (1986).

7.R.Carchon et al., "Active Interrogation of Pu and U Bulk Samples with PHONID Devices," Proc. 7th ESARDA Symposium on Safeguards and Nuclear Material Management, Liege, Belgium, May 1985, p.153.

8.L.Cowder and H.Menlove, "Neutron Coincidence Counter for MOX Fuel Pins in Storage Trays: Users’ Manual," Los Alamos National laboratory report LA-9493-M (August 1982).

9.H.O.Menlove, G.W.Eccleston, J.E.Swansen, P.Goris, R.Abedin-Zadeh, and A.Ramalho, "Universal Fast Breeder Reactor Subassembly Counter Manual," Los Alamos National laboratory report LA-10226-M (August 1984).