RU2256963C2 - Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and measuring system for implementation of the method - Google Patents

Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and measuring system for implementation of the method Download PDF

Info

Publication number
RU2256963C2
RU2256963C2 RU2003116325/06A RU2003116325A RU2256963C2 RU 2256963 C2 RU2256963 C2 RU 2256963C2 RU 2003116325/06 A RU2003116325/06 A RU 2003116325/06A RU 2003116325 A RU2003116325 A RU 2003116325A RU 2256963 C2 RU2256963 C2 RU 2256963C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
isotope
time interval
measurement
mass fraction
Prior art date
Application number
RU2003116325/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003116325A (en
Inventor
А.В. Абрамович (RU)
А.В. Абрамович
В.В. Водолазских (RU)
В.В. Водолазских
В.Е. Горохов (RU)
В.Е. Горохов
Д.В. Дорофеев (RU)
Д.В. Дорофеев
Ю.В. Жилейко (RU)
Ю.В. Жилейко
Б.М. Зимин (RU)
Б.М. Зимин
В.М. Илюхин (RU)
В.М. Илюхин
В.И. Мазин (RU)
В.И. Мазин
В.И. Рощупкин (RU)
В.И. Рощупкин
Н.Н. Сидоренко (RU)
Н.Н. Сидоренко
Ю.Б. Торгунаков (RU)
Ю.Б. Торгунаков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Министерства Российской Федерации по атомной энергии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Министерства Российской Федерации по атомной энергии filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Министерства Российской Федерации по атомной энергии
Priority to RU2003116325/06A priority Critical patent/RU2256963C2/en
Priority to PCT/RU2004/000201 priority patent/WO2004107353A1/en
Priority to CNB2004800153196A priority patent/CN100505108C/en
Publication of RU2003116325A publication Critical patent/RU2003116325A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2256963C2 publication Critical patent/RU2256963C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0055—Radionuclides
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/095—Gamma-ray resonance absorption, e.g. using the Mössbauer effect

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: analytical methods in nuclear engineering.
SUBSTANCE: invention relates to analysis of fissile materials by radiation techniques and intended for on-line control of uranium hexafluoride concentration in gas streams of isotope-separation uranium processes. Control method comprises measuring, within selected time interval, intensity of gamma-emission of uranium-235, temperature, and uranium hexafluoride gas phase pressure in measuring chamber. Averaged data are processed to create uranium hexafluoride canal in measuring chamber. Thereafter, measurements are performed within a time interval composed of a series of time gaps and average values are then computed for above-indicated parameters for each time gap and measurement data for the total time interval are computed as averaged values of average values in time gaps. Intensity of gamma-emission of uranium-235, temperature, and pressure, when computing current value of mass fraction of uranium-235 isotope, are determined from averaged measurement data obtained in identical time intervals at variation in current time by a value equal to value of time gap of the time interval. Computed value of mass fraction of uranium-235 isotope is attached to current time within the time interval of measurement. Method is implemented with the aid of measuring system, which contains: measuring chamber provided with inlet and outlet connecting pipes, detection unit, and temperature and pressure sensors, connected to uranium hexafluoride gas collector over inlet connecting pipe; controller with electric pulse counters and gamma specter analyzer; signal adapters; internal information bus; and information collection, management, and processing unit. Controller is supplemented by at least three discriminators and one timer, discriminator being connected to gamma-emission detector output whereas output of each discriminator is connected to input of individual electric pulse counter, whose second input is coupled with timer output. Adapter timer output is connected to internal information bus over information exchange line. Information collection, management, and processing unit is bound to local controlling computer network over external interface network.
EFFECT: enabled quick response in case of emergency deviations of uranium hexafluoride stream concentration, reduced plant configuration rearrangement at variation in concentration of starting and commercial uranium hexafluoride, and eliminated production of substandard product.
24 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к анализу ядерных материалов радиационными методами и предназначено для оперативного контроля обогащения гексафторида урана в газовых потоках изотопно-разделительного уранового производства.The invention relates to the analysis of nuclear materials by radiation methods and is intended for operational control of the enrichment of uranium hexafluoride in gas streams of isotope-separation uranium production.

Под обогащением урана принято понимать либо атомную, либо массовую долю (концентрацию) изотопа уран-235 в смеси изотопов урана, выраженную в процентах. Непринципиальное различие между определениями несущественно для технологического контроля.Uranium enrichment is understood to mean either the atomic or mass fraction (concentration) of the uranium-235 isotope in a mixture of uranium isotopes, expressed as a percentage. The unprincipled difference between the definitions is not essential for technological control.

Способы контроля обогащения урана основаны на косвенных методах, где о содержании урана-235 судят по результатам измерения неких величин Xi, связанных с определяемой массовой долей C5 заранее известным функциональным соотношениемThe methods for controlling uranium enrichment are based on indirect methods, where the content of uranium-235 is judged by the measurement of certain values of X i associated with the determined mass fraction C 5 of a previously known functional ratio

Figure 00000002
Figure 00000002

Здесь X1, Х2, ... - регистрируемые аналитические сигналы, а также физические константы или постоянные параметры (коэффициенты), характеризующие измерительную систему.Here X 1 , X 2 , ... are the recorded analytical signals, as well as physical constants or constant parameters (coefficients) that characterize the measuring system.

Например, для контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана известен масс-спектрометрический метод, применяемый в рутинных (серийных) и эталонных измерениях. Метод включает пробоотбор анализируемой изотопной смеси, ее пробоподготовку, ввод пробы в источник ионов масс-спектрометра, собственно регистрацию ионов в измерительной камере масс-спектрометра, обработку результатов измерений с выдачей результата [US №4514637 А, МПК 3 G 01 N 23/00, опубл. 30.04.1985] (аналог). Концентрация атомов или молекул в анализируемой пробе пропорциональна ионному току приемника ионов масс-спектрометра:For example, to control the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride, the mass spectrometric method is known that is used in routine (serial) and reference measurements. The method includes sampling the analyzed isotope mixture, its sample preparation, introducing the sample into the ion source of the mass spectrometer, actually registering the ions in the measuring chamber of the mass spectrometer, processing the measurement results with the result [US No. 4514637 A, IPC 3 G 01 N 23/00, publ. 04/30/1985] (analogue). The concentration of atoms or molecules in the analyzed sample is proportional to the ion current of the ion receiver of the mass spectrometer:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Ii - регистрируемый ток i-го компонента смеси, A; Ci - концентрация i-го компонента смеси; α - градуировочный коэффициент. Погрешность измерений изотопного состава урана колеблется от десятых до тысячных долей процента и зависит от серийности анализа. Общее время анализа составляет от десятков минут до нескольких часов и возрастает с повышением точности анализа.where I i is the recorded current of the i-th component of the mixture, A; C i is the concentration of the i-th component of the mixture; α is the calibration coefficient. The measurement error of the isotopic composition of uranium ranges from tenths to thousandths of a percent and depends on the serial nature of the analysis. The total analysis time is from tens of minutes to several hours and increases with increasing accuracy of the analysis.

Результаты измерений, представляющие собой текущее значение массовой доли урана-235 в фиксированный момент времени, получают периодически через значительный временной промежуток. По этой причине метод не применяют в массовом экспресс-контроле. В последнем случае предпочтителен радиационный контроль обогащения, основанный на измерении фотонного спектра (рентгеновского и гамма-излучений), присущего анализируемым изотопам урана.The measurement results, which are the current value of the mass fraction of uranium-235 at a fixed point in time, are obtained periodically through a significant time period. For this reason, the method is not used in mass express control. In the latter case, radiation control of enrichment based on the measurement of the photon spectrum (X-ray and gamma radiation) inherent in the analyzed isotopes of uranium is preferable.

Известен мониторинг обогащения газовой фазы гексафторида урана с использованием спектрометров на основе сцинтилляционных детекторов [Справочник по ядерной энерготехнологии: Ф. Ран и др. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.158] (аналог). Здесь концентрацию (или число атомов) урана-235 определяют путем измерения характеристического гамма-излучения, присущего данному изотопу (как правило, по основному аналитическому пику 185.7 кэВ гамма-спектра, сопровождающему естественный альфа-распад урана-235), а общее количество (или концентрацию) урана - по рентгеновской флуоресценции атомов урана при подсветке газовой фазы гексафторида урана гамма-излучением от внешнего источника (например, на основе изотопов америций-241 или селен-75). Приборы, регистрирующие гамма- и рентгеновское излучения, градуируют в единицах содержания определяемых элементов по результатам измерений эталонных образцов. Отношение двух концентраций дает массовую долю изотопа уран-235Known monitoring of the enrichment of the gas phase of uranium hexafluoride using spectrometers based on scintillation detectors [Handbook of nuclear energy technology: F. Ran et al. - M .: Energoatomizdat, 1989, p. 158] (analogue). Here, the concentration (or number of atoms) of uranium-235 is determined by measuring the characteristic gamma radiation inherent in a given isotope (as a rule, from the main analytical peak of 185.7 keV gamma spectrum accompanying the natural alpha decay of uranium-235), and the total amount (or concentration) of uranium - by X-ray fluorescence of uranium atoms when the gas phase of uranium hexafluoride is illuminated by gamma radiation from an external source (for example, based on americium-241 or selenium-75 isotopes). Devices registering gamma and x-ray radiation, graduated in units of the determined elements according to the measurement results of reference samples. The ratio of the two concentrations gives the mass fraction of the uranium-235 isotope

Figure 00000004
Figure 00000004

где Мu235, Мuобщ, Nu235, Nuoбщ, Сu235, Сuобщ - соответственно атомная масса, число атомов и массовая концентрации изотопа урана-235 и общего урана в газовой фазе; Iγ, Ip - скорость счета детектора основной аналитической линии спектра гамма- и рентгеновского излучений соответственно; b, q - градуировочные коэффициенты соответственно гамма- и рентген-каналов измерительной системы.where M u235 , M u total , N u235 , N u total , C u235 , C u total - atomic mass, number of atoms and mass concentration of the uranium-235 isotope and total uranium in the gas phase, respectively; Iγ, I p - counting rate of the detector of the main analytical line of the spectrum of gamma and X-ray radiation, respectively; b, q are the calibration coefficients of the gamma and x-ray channels of the measuring system, respectively.

Измерительная система, реализующая мониторинг, включает две измерительные камеры с детекторами гамма- и рентген-каналов, в которые осуществляют напуск анализируемой пробы гексафторида урана. Сигналы от детекторов поступают на вход блока сбора и обработки информации для вычисления среднего значения интенсивности счета за временной интервал измерения и расчета массовой доли урана-235 по соотношению (3). На информационном выходе системы периодически получают результат, представляющий собой усредненную во временном интервале величину обогащения.The measuring system that implements monitoring includes two measuring chambers with gamma and X-ray channel detectors, into which the analyzed sample of uranium hexafluoride is charged. The signals from the detectors are fed to the input of the information collection and processing unit for calculating the average value of the counting intensity for the time interval for measuring and calculating the mass fraction of uranium-235 according to relation (3). At the information output of the system, a result is periodically obtained, which is the amount of enrichment averaged over a time interval.

Временной интервал и погрешность измерения изотопного состава обратно пропорциональны средней скорости счета детекторов гамма- и рентген-каналов. Кроме того, скорость счета детектора в рентген-канале зависит от интенсивности гамма-источника. При концентрациях урана-235 1-5 маc.% результаты измерений с относительной погрешностью ±1 отн.% удается получить за 20-25 минут.The time interval and the error of measurement of the isotopic composition are inversely proportional to the average count rate of the detectors of gamma and x-ray channels. In addition, the counting rate of the detector in the x-ray channel depends on the intensity of the gamma source. At uranium-235 concentrations of 1-5 wt.%, Measurement results with a relative error of ± 1 rel.% Can be obtained in 20-25 minutes.

Для измерения изотопного обогащения урана также известны способ и устройство [US №4629600 А, МПК 4 G 21 С 17/06, опубл. 16.12.1986] (аналог), где с целью определения концентрации атомов общего урана измерительную камеру с газовой фазой гексафторида урана облучают фотонами энергией выше или ниже К-края атомного спектра урана и измеряют интенсивность излучения, прошедшего сквозь камеру. Вычисление обогащения гексафторида урана ведут в соответствии с (3) при одновременной регистрации основного аналитического пика урана-235.To measure the isotopic enrichment of uranium, a method and device are also known [US No. 4629600 A, IPC 4 G 21 C 17/06, publ. 12.16.1986] (analogue), where, in order to determine the concentration of atoms of total uranium, a measuring chamber with a gas phase of uranium hexafluoride is irradiated with photons with energy above or below the K-edge of the atomic spectrum of uranium and the intensity of radiation transmitted through the chamber is measured. The enrichment of uranium hexafluoride is calculated in accordance with (3), while the main analytical peak of uranium-235 is simultaneously recorded.

Существенные недостатки аналогов - наличие внешнего радиоизотопного источника гамма-излучения, невозможность определения обогащения гексафторида урана в ходе перестройки конфигурации технологической схемы завода по причине возникающей большой погрешности измерений.Significant disadvantages of analogues are the presence of an external radioisotope source of gamma radiation, the impossibility of determining the enrichment of uranium hexafluoride during the restructuring of the plant’s technological configuration due to the large measurement error.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ контроля обогащения газообразного гексафторида урана ураном-235 [RU №2189612 С1, МПК 7 G 01 N 23/00, опубл. 20.09.2002], заключающийся в измерении от камеры с гексафторидом урана интенсивности гамма-излучения урана-235, где одновременно также измеряют давление и температуру гексафторида урана, а о содержании изотопа урана-235 в гексафториде урана судят по значению соотношенияClosest to the technical nature of the proposed is a method of controlling the enrichment of gaseous uranium hexafluoride with uranium-235 [RU No. 2189612 C1, IPC 7 G 01 N 23/00, publ. September 20, 2002], which consists in measuring the intensity of gamma radiation of uranium-235 from a chamber with uranium hexafluoride, where the pressure and temperature of uranium hexafluoride are also measured at the same time, and the content of uranium-235 in uranium hexafluoride is judged by the ratio

Figure 00000005
Figure 00000005

Здесь Iγ - интенсивность гамма-излучения урана-235; t - температура гексафторида урана в камере; p - давление гексафторида урана в камере; α - градуировочная постоянная.Here Iγ is the intensity of gamma radiation of uranium-235; t is the temperature of uranium hexafluoride in the chamber; p is the pressure of uranium hexafluoride in the chamber; α is the calibration constant.

Способ реализует установка, содержащая алюминиевую цилиндрическую камеру с входным и выходным клапанами на патрубках напуска и выпуска гексафторида урана, детектор гамма-излучения урана-235 с анализатором импульсов, датчики измерения давления и температуры, соединенные через блок сбора данных с вычислительным комплексом. Блоком сбора данных (адаптером сигналов) осуществляется преобразование информации о давлении и температуре к виду, удобному для обработки в вычислительном комплексе.The method is implemented by an installation comprising an aluminum cylindrical chamber with inlet and outlet valves on the inlet and outlet pipes of uranium hexafluoride, a uranium-235 gamma radiation detector with a pulse analyzer, pressure and temperature sensors connected through a data acquisition unit to a computer system. The data acquisition unit (signal adapter) converts pressure and temperature information to a form convenient for processing in a computer complex.

Способ осуществляют следующим образом. Пробу гексафторида урана напускают из контролируемого объема (газового коллектора) каскадной установки до требуемого давления в предварительно подготовленную измерительную камеру. Камеру отсекают от патрубка напуска. Выдерживают для выравнивания температуры и давления. Включают детектор гамма-излучения урана-235. Измерение интенсивности гамма-излучения ведут по двум каналам. Первый канал настраивают на энергетическую линию 185,7 кэВ, второй канал - на регистрацию гамма-излучения в более высокоэнергетическом интервале с целью учета фоновой составляющей под пиком 185,7 кэВ. Одновременно измеряют и постоянно фиксируют значения температуры и давления гексафторида урана в измерительной камере. Вычисляют средние значения температуры и давления за весь период измерения интенсивности гамма-излучения. В вычислительном комплексе по формуле (4) рассчитывают значение концентрации урана-235. После окончания измерений гексафторид урана из измерительной камеры через выходной клапан по трассе выпуска сублимируют в баллон, охлаждаемый жидким азотом. Измерительная камера готова к новому циклу измерения. Постоянную α в расчетном соотношении (4) определяют при начальной настройке измерительной системы путем проведения параллельных замеров аналогичной газовой пробы на масс-спектрометре.The method is as follows. A sample of uranium hexafluoride is injected from a controlled volume (gas collector) of the cascade installation to the required pressure in a previously prepared measuring chamber. The camera is cut off from the inlet pipe. Withstand to equalize temperature and pressure. The uranium-235 gamma radiation detector is turned on. The gamma radiation intensity is measured in two channels. The first channel is tuned to an energy line of 185.7 keV, the second channel to register gamma radiation in a higher energy interval in order to take into account the background component under the peak of 185.7 keV. At the same time, the temperature and pressure of uranium hexafluoride are measured and constantly recorded in the measuring chamber. The average values of temperature and pressure for the entire period of measuring the intensity of gamma radiation are calculated. In the computing complex, the concentration of uranium-235 is calculated by the formula (4). After finishing the measurements, uranium hexafluoride from the measuring chamber through the outlet valve along the exhaust route is sublimated into a cylinder cooled by liquid nitrogen. The measuring chamber is ready for a new measuring cycle. The constant α in the calculated relation (4) is determined during the initial setup of the measuring system by conducting parallel measurements of a similar gas sample on a mass spectrometer.

Проверка способа показала, что ошибка в измерениях возрастает с уменьшением давления газовой фазы в измерительной камере.Testing the method showed that the error in the measurements increases with decreasing pressure of the gas phase in the measuring chamber.

Способ по сравнению с предыдущими аналогами, в принципе, позволяет более точно рассчитать обогащение гексафторида урана в нестационарных потоках газа, поскольку при замене в расчетном соотношении (4) параметра t на абсолютную температуру Т газовой фазы отношение р/Т уже однозначно определяет общее количество атомов урана в химически чистом гексафториде урана при любом изменении термодинамического состояния газовой фазы согласно известному закону для идеальных газовThe method, in comparison with the previous analogues, in principle, allows to more accurately calculate the enrichment of uranium hexafluoride in unsteady gas flows, since when the parameter t is calculated in the ratio (4) by the absolute temperature T of the gas phase, the p / T ratio uniquely determines the total number of uranium atoms in chemically pure uranium hexafluoride for any change in the thermodynamic state of the gas phase according to the well-known law for ideal gases

Figure 00000006
Figure 00000006

где nUF6 - концентрация молекул гексафторида урана в единице объема; Vизм - объем измерительной камеры; k - постоянная Больцмана. Из (5) общее число атомов урана в измеряемом объемеwhere n UF6 is the concentration of uranium hexafluoride molecules per unit volume; V ISM - volume of the measuring chamber; k is the Boltzmann constant. From (5), the total number of uranium atoms in the measured volume

Figure 00000007
Figure 00000007

и, объединив (3) и (5), приходим к новому соотношениюand combining (3) and (5), we arrive at a new relation

Figure 00000008
Figure 00000008

где α1 - градуировочный коэффициент, определяемый при настройке прибора.where α 1 is the calibration coefficient determined when setting up the device.

Этот способ контроля с расчетным соотношением (7) и реализующая его система измерения выбраны в качестве аналога-прототипа.This control method with the calculated ratio (7) and the measuring system that implements it are selected as an analogue of the prototype.

Недостаток способа-прототипа, как и прочих аналогов, заключается в том, что численные результаты контроля можно получать только через промежутки времени, превышающие величину временного интервала измерения. При приемлемой точности этот промежуток составляет 40-45 минут, включая время напуска изотопной газовой смеси в измерительную камеру, время выдержки для уравнивания температуры и давления и время последующего удаления гексафторида урана из камеры. Возможно, для контроля массовой доли урана-235 в газовых потоках со стационарной изотопной концентрацией это считается достаточным, но совершенно неприемлемо для технологического управления каскадными установками, отслеживания в режиме реального времени переходных процессов в каскаде или для оперативного реагирования на аварийные отклонения изотопной концентрации от установленных порогов.The disadvantage of the prototype method, as well as other analogues, is that the numerical results of the control can be obtained only at time intervals exceeding the value of the measurement time interval. With acceptable accuracy, this interval is 40-45 minutes, including the time that the isotopic gas mixture was poured into the measuring chamber, the holding time to equalize the temperature and pressure, and the time that the uranium hexafluoride was subsequently removed from the chamber. Perhaps this is considered sufficient to control the mass fraction of uranium-235 in gas flows with a stationary isotopic concentration, but it is completely unacceptable for technological control of cascade installations, real-time monitoring of transient processes in the cascade or for prompt response to emergency deviations of the isotopic concentration from established thresholds .

Последние задачи особенно актуальны, поскольку изотопно-разделительная урановая промышленность в настоящее время работает над выполнением конкретных заказов, отличающихся по степени обогащения товарного продукта. Современные урановые заводы имеют технические возможности для перестройки конфигурации межкаскадных связей под различные задачи. При перестройке технологической схемы в межступенчатых, межкаскадных и отборных потоках возникают переходные процессы, сопровождающиеся кратковременным существенным изменением термодинамического состояния и текущего обогащения рабочей среды - газообразного гексафторида урана.The latter tasks are especially relevant, since the isotope-separation uranium industry is currently working on the implementation of specific orders that differ in the degree of enrichment of the commercial product. Modern uranium plants have technical capabilities for restructuring the configuration of interstage connections for various tasks. During the restructuring of the technological scheme in interstage, interstage and selective flows, transient processes occur, accompanied by a short-term significant change in the thermodynamic state and current enrichment of the working medium - gaseous uranium hexafluoride.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи отслеживания в режиме реального времени текущего значения массовой доли изотопа уран-235 в газовых потоках гексафторида урана с одновременным повышением точности измерения при переходных процессах.The present invention is aimed at solving the problem of real-time tracking of the current value of the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas flows of uranium hexafluoride with a simultaneous increase in the measurement accuracy during transients.

В настоящее время на рынке нет предложения методик и систем измерения, способных обеспечить подобный технологический экспресс-контроль.There are currently no offers on the market of measurement methods and systems capable of providing such technological express control.

Указанные выше задачи решаются за счет того, что в способе контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана, включающем измерение в выбранном временном интервале интенсивности гамма-излучения урана-235, температуры и давления газовой фазы гексафторида урана в измерительной камере и последующую обработку усредненных результатов измерения расчетным путем, в измерительной камере создают проток гексафторида урана и измерения проводят во временном интервале, представленном набором временных отрезков, при этом рассчитывают средние значения интенсивности гамма-излучения, температуры и давления газовой фазы гексафторида урана в каждом временном отрезке, а результаты измерений во временном интервале вычисляют как усредненные величины средних значений измерений во временных отрезках; интенсивность гамма-излучения, температуру и давление при расчете текущего значения массовой доли изотопа уран-235 определяют через усредненные результаты измерений в идентичных временных интервалах при изменении текущего времени на величину, равную величине временного отрезка временного интервала; причем рассчитанное значение массовой доли изотопа уран-235 относят к текущему времени, приходящемуся на временной интервал измерения.The above problems are solved due to the fact that in the method for controlling the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride, including the measurement in the selected time interval of the intensity of gamma radiation of uranium-235, the temperature and pressure of the gas phase of uranium hexafluoride in the measuring chamber and the subsequent processing the average measurement results by calculation, in the measuring chamber create a flow of uranium hexafluoride and the measurements are carried out in a time interval represented by a set of time intervals, while calculating Pipeline average intensity of gamma radiation, the temperature and pressure of the gas phase of uranium hexafluoride in each time interval, and the measurement results in the time interval is calculated as the average value of the average values during the measurement time intervals; the intensity of gamma radiation, temperature and pressure when calculating the current value of the mass fraction of the uranium-235 isotope is determined through the averaged measurement results in identical time intervals when the current time changes by an amount equal to the value of the time interval of the time interval; moreover, the calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope is related to the current time falling on the measurement time interval.

Кроме того, поставленные задачи достигаются также тем, что рассчитанное значение массовой доли изотопа уран-235 относят к текущему времени, приходящемуся либо на срединную часть, либо на окончание или начало временного интервала; что выбранный временной интервал представляют набором равных временных отрезков; что величину временного интервала выбирают обратно пропорционально давлению газовой фазы в измерительной камере; что значения интенсивности гамма-излучения, температуры и давления газовой фазы гексафторида урана определяют, по крайней мере, одновременно по двум выбранным временным интервалам; что величина временного интервала составляет от 100 до 2000 секунд; что величина временных отрезков составляет от 10 до 200 секунд; что, кроме того, периодически ведут сравнение рассчитанного значения массовой доли изотопа уран-235 с ее эталонным измерением; что расчетное соотношение для обработки усредненных результатов измерения расчетным путем корректируют таким образом, чтобы рассчитанное значение массовой доли изотопа уран-235 отклонялось от результата эталонного измерения на заранее заданную предельную величину; что предельная величина отклонения составляет ±1 отн.%; что в расчетном соотношении корректируют градуировочный коэффициент; что измерительную камеру подсоединяют параллельно газовому коллектору гексафторида урана, а в самом газовом коллекторе на участке подсоединения измерительной камеры устанавливают сужающее устройство, например диафрагму; что измерение интенсивности гамма-излучения определяют с учетом фоновой составляющей под основным аналитическим пиком, характеризующим естественный альфа-распад урана-235; что измерение интенсивности гамма-излучения ведут при автоподстройке под энергию основного аналитического пика, характеризующего естественный альфа-распад изотопа уран-235; что измерение интенсивности гамма-излучения ведется в энергетическом интервале 166-215 кзВ; что энергетический интервал измерения интенсивности гамма-излучения делится относительно энергии основного аналитического пика, характеризующего естественный альфа-распад уран-235, на два подканала; что измерение интенсивности гамма-излучения ведется в энергетических подканалах 166 -185,7 кэВ и 185,7-215 кэВ; что сигнал автоподстройки под энергию основного аналитического пика формируется по относительной разнице интенсивности гамма-излучения в подканалах.In addition, the tasks are also achieved by the fact that the calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope is related to the current time, either in the middle part, or at the end or beginning of the time interval; that the selected time interval is represented by a set of equal time intervals; that the value of the time interval is chosen inversely with the pressure of the gas phase in the measuring chamber; that the values of the intensity of gamma radiation, temperature and pressure of the gas phase of uranium hexafluoride are determined at least simultaneously from two selected time intervals; that the value of the time interval is from 100 to 2000 seconds; that the value of time periods is from 10 to 200 seconds; that, in addition, periodically compare the calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope with its reference measurement; that the calculated ratio for processing the average measurement results by calculation is corrected so that the calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope deviates from the result of the reference measurement by a predetermined limit value; that the maximum deviation is ± 1 rel.%; that in the calculated ratio adjust the calibration factor; that the measuring chamber is connected in parallel with the gas collector of uranium hexafluoride, and in the gas manifold itself at the connecting section of the measuring chamber, a constricting device, for example a diaphragm, is installed; that the measurement of the intensity of gamma radiation is determined taking into account the background component under the main analytical peak characterizing the natural alpha decay of uranium-235; that the measurement of the intensity of gamma radiation is carried out during self-tuning under the energy of the main analytical peak characterizing the natural alpha decay of the uranium-235 isotope; that the measurement of the intensity of gamma radiation is carried out in the energy range of 166-215 kV; that the energy interval for measuring the intensity of gamma radiation is divided relative to the energy of the main analytical peak characterizing the natural alpha decay of uranium-235 into two subchannels; that the measurement of the intensity of gamma radiation is carried out in the energy subchannels of 166-185.7 keV and 185.7-215 keV; that a self-tuning signal for the energy of the main analytical peak is formed by the relative difference in the intensity of gamma radiation in the subchannels.

Способ реализует система контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафториде урана, содержащая измерительную камеру с патрубками впуска и выпуска, блоком детектирования, датчиками температуры и давления, подсоединенную патрубком впуска к газовому коллектору гексафторида урана, контроллер со счетчиками электрических импульсов и анализатором гамма-спектра, адаптеры сигналов, внутреннюю информационную шину, блок сбора, управления и обработки информации, где в контроллер дополнительно введены, по крайней мере, три дискриминатора и один таймер; входы дискриминаторов подсоединены к выходу блока детектирования гамма-излучения, а выход каждого дискриминатора соединен с входом индивидуального счетчика электрических импульсов, соединенного вторым входом с выходом таймера; выходы таймера и адаптеров соединены по магистрали информационного обмена с внутренней информационной шиной; блок сбора, управления и обработки информации по внешней интерфейсной сети подключен к вычислительной сети управления.The method implements a control system for the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride, comprising a measuring chamber with inlet and outlet pipes, a detection unit, temperature and pressure sensors, an inlet pipe connected to a uranium hexafluoride gas collector, a controller with electric pulse counters and a gamma analyzer -spectrum, signal adapters, internal information bus, information collection, control and processing unit, where at least three more discriminatory inputs are introduced into the controller Nator and one timer; the inputs of the discriminators are connected to the output of the gamma-ray detection unit, and the output of each discriminator is connected to the input of an individual counter of electrical pulses connected to the output of the timer by a second input; the outputs of the timer and adapters are connected via the highway of information exchange with the internal information bus; a unit for collecting, managing and processing information on an external interface network is connected to a control computer network.

Кроме того, система контроля дополнена также техническими решениями, заключающимися в том, что измерительная камера патрубком выпуска подсоединена к газовому коллектору гексафторида урана; что к локальной вычислительной сети управления по второй внешней интерфейсной сети подключен выходной канал эталонного измерителя массовой доли изотопа уран-235, например масс-спектрометра; что выход анализатора гамма-спектра контроллера подсоединен к входу блока детектирования, при этом блок детектирования по каналу информационного обмена дополнительно соединен с внутренней информационной шиной; что контроллер гамма-спектра выполнен в виде одноплатного спектрометрического устройства, содержащего, кроме того, схемотехнические решения для выполнения прецизионных спектрометрических измерений в виде усилительного тракта, преобразователя заряда импульсных сигналов в цифровой код, буферную память, схему интерфейса для управления параметрами, и подсоединенного через вход к выходу блока детектирования, одним выходом - к внутренней информационной шине, а другим - к блоку детектирования; что в газовом коллекторе между трассами впуска и выпуска измерительной камеры установлено сужающее устройство; что, кроме того, проводимость патрубка напуска измерительной камеры больше проводимости патрубка выпуска.In addition, the control system is also supplemented by technical solutions, namely, that the measuring chamber by the exhaust pipe is connected to the gas collector of uranium hexafluoride; that the output channel of the reference meter of the mass fraction of the uranium-235 isotope, such as a mass spectrometer, is connected to the local control computer network via a second external interface network; that the output of the gamma spectrum analyzer of the controller is connected to the input of the detection unit, while the detection unit via the information exchange channel is additionally connected to the internal information bus; that the gamma-spectrum controller is made in the form of a single-board spectrometric device, containing, in addition, circuitry solutions for performing precision spectrometric measurements in the form of an amplification path, a pulse signal charge converter into a digital code, a buffer memory, an interface circuit for controlling parameters, and connected via an input to the output of the detection unit, one output to the internal information bus, and the other to the detection unit; that a narrowing device is installed in the gas manifold between the inlet and outlet of the measuring chamber; that, in addition, the conductivity of the inlet pipe of the measuring chamber is greater than the conductivity of the exhaust pipe.

При анализе приведенных выше известных способов и систем контроля (см. аналоги), т.е. при анализе уровня развития техники контроля обогащения урана, не обнаружены способы с точно такой же совокупностью признаков, что позволяет авторам считать заявленный способ соответствующим критерию “новизна”.When analyzing the above known methods and control systems (see analogues), i.e. when analyzing the level of development of the technology for controlling uranium enrichment, no methods were found with exactly the same set of features, which allows the authors to consider the claimed method to meet the criterion of “novelty”.

Для специалиста по системам измерения обогащения урана явным образом не следует, что для решения приведенных выше задач в формулу изобретения, которая заявлена, нужно ввести именно приведенную выше совокупность отличительных признаков. В связи с этим авторы считают, что заявленный способ соответствует критерию "изобретательский уровень".For a specialist in systems for measuring uranium enrichment, it does not explicitly follow that to solve the above problems in the claims that are claimed, it is necessary to introduce the above set of distinctive features. In this regard, the authors believe that the claimed method meets the criterion of "inventive step".

Основной отличительной особенностью способа является то, что все измерения ведут при непрерывном протоке гексафторида урана через измерительную камеру, а вычисление новых усредненных результатов измерения значений параметров газового потока в тождественных временных интервалах и последующая обработка результатов измерений проводится периодически через 10-200 секунд. При отнесении рассчитанной величины массовой доли изотопа уран-235 к реальному времени, приходящемуся на текущий временной интервал, например на его срединную часть (равнозначно, на окончание или начало временного интервала), данный период измерения равносилен непрерывному, учитывая некоторую инерционность газодинамических процессов в объеме полостей оборудования изотопно-разделительного производства.The main distinguishing feature of the method is that all measurements are carried out with a continuous flow of uranium hexafluoride through the measuring chamber, and the calculation of new averaged results of measurement of gas flow parameters in identical time intervals and subsequent processing of the measurement results is carried out periodically in 10-200 seconds. When assigning the calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope to real time in the current time interval, for example, in its middle part (equivalently, at the end or beginning of the time interval), this measurement period is equivalent to continuous, given some inertia of gas-dynamic processes in the volume of cavities Isotope separation equipment.

Повышенное газонаполнение (давление) в измерительной камере, варьирование величиной измерительного временного интервала, выбор величины временного интервала обратно пропорционально давлению газовой фазы в измерительной камере, а также периодическая подстройка измерительной системы под показание эталонного измерителя обеспечивают практическое отсутствие появления систематической погрешности при контроле. Способ и система измерения уменьшают также вероятность появление при контроле случайной ошибки.Increased gas filling (pressure) in the measuring chamber, varying the size of the measuring time interval, the choice of the time interval is inversely proportional to the pressure of the gas phase in the measuring chamber, as well as the periodic adjustment of the measuring system to the reading of the reference meter, ensure that there is practically no systematic error in the control. The measurement method and system also reduce the likelihood of a random error occurring during monitoring.

Наибольшая величина временного интервала в заявленном диапазоне 100-2000 секунд выбирается при постоянной величине массовой доли изотопа уран-235 в газовом потоке. При переходных процессах, например, когда кроме точности измерения важна оперативность контроля над концентрацией урана-235, величина временного интервала может быть уменьшена, или контроль может одновременно вестись в двух, существенно различающихся, интервалах. Подобным образом выбирается и величина временного отрезка из диапазона 10-200 секунд.The largest time interval in the claimed range of 100-2000 seconds is selected with a constant mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas stream. In transients, for example, when in addition to the accuracy of the measurement, the speed of control over the concentration of uranium-235 is important, the size of the time interval can be reduced, or the control can be carried out simultaneously in two, significantly different, intervals. In a similar way, the value of the time interval is selected from the range of 10-200 seconds.

Оптимальные условия контроля над технологическим процессом обогащения гексафторида урана в каждом конкретном случае устанавливаются опытным путем.The optimal conditions for monitoring the technological process for the enrichment of uranium hexafluoride in each case are established empirically.

На фиг.1 и 2 представлены реализующие способ блок-схемы системы контроля; на фиг.3-5 - временные диаграммы текущего изменения массовой доли изотопа уран-235 в гексафториде урана в отборном газовом коллекторе изотопно-разделительного уранового завода.Figure 1 and 2 presents the implementing method of the block diagram of the control system; figure 3-5 - time diagrams of the current changes in the mass fraction of the uranium-235 isotope in uranium hexafluoride in the selected gas reservoir of the isotope-separation uranium plant.

Система содержит измерительную камеру 1 с патрубками впуска 2 и выпуска 3, газовый коллектор 4 гексафторида урана каскадной установки с сужающим устройством 5, блок детектирования 6, датчики температуры 7 и давления 8 с адаптерами 9 и 10 соответственно, контроллер 11 с дискриминаторами 12-14, счетчиками электрических импульсов 15-17, анализатором гамма-спектра 18, таймером 19, внутреннюю информационную шину 20, блок сбора, управления и обработки информации 21, внешнюю интерфейсную сеть 22, локальную вычислительную сеть 23 управления обогатительным каскадом, к которой по внешней интерфейсной сети 24 подключен эталонный измеритель массовой доли 25 (масс-спектрометр).The system comprises a measuring chamber 1 with nozzles of inlet 2 and outlet 3, a gas collector 4 of cascade uranium hexafluoride with a constricting device 5, a detection unit 6, temperature and pressure sensors 8 with adapters 9 and 10, respectively, a controller 11 with discriminators 12-14, electric pulse counters 15-17, gamma-spectrum analyzer 18, timer 19, internal information bus 20, data acquisition, control and processing unit 21, external interface network 22, local area network 23 for controlling the cascade m, to which foreign network interface 24 connected to the reference meter 25 mass fraction (mass spectrometer).

В системе измерения (см. фиг.2) контроллер 11 с блоками 12-19 выполнен в виде одноплатного спектрометрического устройства 26.In the measurement system (see figure 2), the controller 11 with blocks 12-19 is made in the form of a single-board spectrometric device 26.

Способ контроля осуществляют следующим образом. Измерительную камеру 1 через патрубки 2 и 3 подключают параллельно участку газового коллектора 4 отборной линии обогащенного гексафторида урана каскада изотопно-разделительного завода. Внутри коллектора 4 на участке между патрубками 2 и 3 устанавливают сужающее устройство 5 в виде диафрагмы и за счет образующегося перепада давления газового потока создают непрерывный отбор гексафторида урана в измерительную камеру с впуском через патрубок 2 и выпуском по патрубку 3. Поскольку проводимость патрубка 2 больше проводимости патрубка 3, постольку давление газовой фазы в измерительной камере мало отличается от ее давления в коллекторе 4 гексафторида урана.The control method is as follows. The measuring chamber 1 through the nozzles 2 and 3 is connected parallel to the gas collector 4 of the selected line of the enriched uranium hexafluoride cascade of the isotope separation plant. Inside the collector 4, in the area between the nozzles 2 and 3, a constriction device 5 is installed in the form of a diaphragm and due to the resulting pressure drop of the gas stream, continuous selection of uranium hexafluoride is created into the measuring chamber with an inlet through the nozzle 2 and the outlet through the nozzle 3. Since the conductivity of the nozzle 2 is greater than the conductivity pipe 3, insofar as the pressure of the gas phase in the measuring chamber differs little from its pressure in the collector 4 of uranium hexafluoride.

Внутри камеры 1 установлены блок детектирования 6 на основе кристалла Nal(TI) с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ-49), цифровой микроманометр МЦ2 7 и термопреобразователь сопротивления платиновый 8. Блок детектирования регистрирует гамма-спектр фотонного излучения изотопа уран-235 и его дочерних изотопов, образующихся по цепочке радиоактивного распада и присутствующих как в гексафториде урана, так и в составе коррозионных отложений на стенках измерительной камеры. На выходе блока формируется сигнал в виде электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной энергии гамма-квантов, поступающий затем на вход дискриминаторов 12, 13, 14 контроллера 11.Inside camera 1, a detection unit 6 based on a Nal crystal (TI) with a photoelectron multiplier (FEU-49), a digital micromanometer MT2 7, and a platinum resistance thermocouple 8 are installed. A detection unit detects the gamma spectrum of the photon radiation from the uranium-235 isotope and its daughter isotopes, formed along the chain of radioactive decay and present both in uranium hexafluoride and in the composition of corrosion deposits on the walls of the measuring chamber. At the output of the block, a signal is generated in the form of electrical pulses with an amplitude proportional to the energy of gamma rays, which then enters the input of discriminators 12, 13, 14 of controller 11.

На дискриминаторах проводится выборка гамма-квантов по энергиям. В частности, на дискриминаторе 12 идет выборка с энергией 320-380 кэВ для определения фоновой составляющей под основным аналитическим пиком 185,7 кэВ. Количество импульсов подсчитывается на счетчике 15. Дискриминаторы 13 и 14 предназначены для определения интенсивности энергетической линии 185,7 кэВ. Здесь ведется выборка гамма-квантов с энергией 166-215 кэВ, при этом энергетический интервал делится относительно линии 185,7 кзВ на два подканала - 166-185,7 кэВ и 185,7-215 кэВ. Выборка квантов с энергией 160-185,7 кэВ проводится на дискриминаторе 13, а их количество подсчитывается на счетчике 16. На дискриминаторе 14 производится выборка квантов с энергией 185,7-215 кэВ, а их количество подсчитывается на счетчике 17. На анализаторе 18 идет сравнение количества квантов, подсчитанных на счетчиках 16 и 17, и по относительной разнице счета формируется сигнал автоподстройки ФЭУ блока б на энергию 185,7 кэВ.At discriminators, gamma-quanta by energy are sampled. In particular, discriminator 12 is sampled with an energy of 320-380 keV to determine the background component under the main analytical peak of 185.7 keV. The number of pulses is counted on the counter 15. Discriminators 13 and 14 are designed to determine the intensity of the energy line 185.7 keV. Here, a sampling of gamma rays with an energy of 166-215 keV is carried out, while the energy interval is divided relative to the line 185.7 kV into two subchannels - 166-185.7 keV and 185.7-215 keV. A sample of quanta with an energy of 160-185.7 keV is carried out at discriminator 13, and their number is counted at counter 16. At discriminator 14, quanta with an energy of 185.7-215 keV are sampled, and their number is counted at counter 17. At analyzer 18 comparing the number of quanta counted on the counters 16 and 17, and a relative PM difference of the PMT block automatic signal is generated at an energy of 185.7 keV.

Подсчет количества квантов на счетчиках 15-17 ведется в течение заданного временного отрезка 10-200 секунд, который алгоритмически вычисляется в блоке сбора, управления и обработки информации 21 как кратный заданному временному интервалу измерения 100-2000 секунд. В этом же временном отрезке в блоке 21 идет накопление информации о давлении и температуре гексафторида урана в измерительной камере 1. Информация о величинах последних поступает в блок 21 с датчиков давления 7 и температуры 8 через адаптеры 9 и 10.Counting the number of quanta on the counters 15-17 is carried out for a given time period of 10-200 seconds, which is algorithmically calculated in the unit for collecting, controlling and processing information 21 as a multiple of a given measurement time interval of 100-2000 seconds. In the same time period, in block 21, information is accumulated on the pressure and temperature of uranium hexafluoride in the measuring chamber 1. Information on the values of the latter enters block 21 from pressure sensors 7 and temperature 8 through adapters 9 and 10.

Задание длительности временного отрезка измерения выполняется занесением информации о нем в таймер 19. По окончании времени отрезка таймер вырабатывает сигнал, который по внутренней информационной шине 20 подается в блок сбора, управления и обработки информации. По сигналу окончания заданного временного отрезка количество квантов, подсчитанное на счетчиках 15-17, по шине 20 передается в блок 21. При этом счетчики обнуляются, а на таймере задается следующий временной отрезок из интервала 10-200 секунд.The duration of the measurement time interval is set by entering information about it into the timer 19. At the end of the time interval, the timer generates a signal that is supplied via the internal information bus 20 to the information collection, control and processing unit. By the signal of the end of the specified time interval, the number of quanta counted on the counters 15-17 is transmitted to the block 21 via the bus 20. At the same time, the counters are reset, and the next time interval from the interval of 10-200 seconds is set on the timer.

В блоке сбора, управления и обработки информации накапливается информация о скорости счета квантов, изменении давления и температуры гексафторида урана в измерительной камере за временной интервал 100-2000 секунд. Одновременно со сбором информации в режиме реального времени проводится расчет массовой доли урана-235 по формуле (7). Рассчитанное значение по внешней интерфейсной сети 22 передается в базу данных локальной вычислительной сети 23 управления каскадной установкой. В эту же базу данных по внешней интерфейсной сети 24 передается информация об эталонном значении массовой доли изотопа урана-235 в потоке гексафторида урана, полученной по результатам периодических измерений на масс-спектрометре 25, и информация о текущем времени отбора пробы в масс-спектрометр. На рабочей станции сети 23 периодически (не чаще один раз в 30 суток) определяется рассогласование рассчитанной по формуле (7) величины с результатами эталонного измерения. Если рассогласование становится больше установленного предельного отклонения (± 1 отн.%), то на рабочей станции сети 23 для согласования двух результатов пересчитывается градуировочный коэффициент α1, входящий в расчетную формулу (7). По внешней интерфейсной сети 22 значение скорректированного коэффициента α1 отправляется в блок 21 сбора, управления и обработки информации.Information on the counting rate of quanta, the change in pressure and temperature of uranium hexafluoride in the measuring chamber for a time interval of 100-2000 seconds is accumulated in the information collection, control and processing unit. Simultaneously with the collection of information in real time, the mass fraction of uranium-235 is calculated by the formula (7). The calculated value via an external interface network 22 is transmitted to the database of the local cascade installation control network 23. Information on the reference value of the mass fraction of the uranium-235 isotope in the uranium hexafluoride stream obtained from the results of periodic measurements on the mass spectrometer 25 and information on the current time of sampling in the mass spectrometer are transmitted to the same database via an external interface network 24. At a workstation of network 23, a mismatch of the value calculated by formula (7) with the results of a reference measurement is determined periodically (not more than once every 30 days). If the mismatch becomes greater than the established limit deviation (± 1 rel.%), Then at the workstation of network 23, the calibration coefficient α 1 , which is part of the calculation formula (7), is recalculated. On the external interface network 22, the value of the adjusted coefficient α 1 is sent to the block 21 of the collection, management and processing of information.

На информационном выходе блока 20 каждые 10-200 секунд получают сигнал о величине массовой доли изотопа уран-235 в отборном коллекторе уранового завода (см. фиг.3-5).At the information output of block 20, every 10-200 seconds a signal is received about the value of the mass fraction of the uranium-235 isotope in the selected collector of a uranium plant (see FIGS. 3-5).

В системе измерения (см. фиг.2) одноплатное спектрометрическое устройство 26, в виде которого реализован контроллер гамма-спектра, содержит в себе все необходимые схемотехнические решения для выполнения прецизионных спектрометрических измерений, включая двухдиапазонный высоковольтный источник напряжения для блока детектирования 6, спектрометрический усилитель с времязависящими цепями формирования сигнала, ключевой восстановитель базовой линии, режектор наложений, аналогово-цифровой преобразователь с фиксированным временем преобразования, буферную память, схемы интерфейса для управления параметрами и устройства доступа к внутренней интерфейсной шине 20.In the measurement system (see Fig. 2), the single-board spectrometric device 26, in the form of which the gamma-spectrum controller is implemented, contains all the necessary circuitry for performing precision spectrometric measurements, including a dual-band high-voltage voltage source for detection unit 6, a spectrometric amplifier with time-dependent signal conditioning circuits, key baseline reducer, overlay projector, analog-to-digital converter with a fixed conversion time Hovhan, buffer memory, interface circuits for control parameters and device access to the internal interface bus 20.

На фиг.3 в качестве конкретного примера приведено зарегистрированное предложенным способом изменение массовой доли изотопа уран-235 в период перестройки конфигурации схемы уранового завода с обогащения 3,8% товарного продукта на обогащение 4,5% (сплошная линия). Здесь же нанесены результаты эталонного масс-спектрометрического измерения обогащения гексафторида урана (точки с маркерами массовой доли изотопа уран-235), которые передаются на рабочую станцию локальной вычислительной сети управления каскадом с интервалом в два часа. Из представленной диаграммы видно, что расхождения с результатами эталонного измерения составляют не более ±1 отн.% от абсолютной величины обогащения. Причем в период переходных процессов отборы проб на масс-спектрометр, как правило, не проводятся, поскольку данные измерений устаревают быстрее, чем длится временной период обработки информации в эталонном измерителе. Система измерений зафиксировала наличие колебательных процессов в изменении концентрации урана-235 в отборном коллекторе при перестройке конфигурации схемы завода, которые ранее известными способами контроля не отмечались.Figure 3 shows, as a specific example, the change in the mass fraction of the uranium-235 isotope registered during the period of adjustment of the configuration of the uranium plant scheme from 3.8% enrichment of a commercial product to enrichment of 4.5% (solid line). The results of a reference mass spectrometric measurement of the enrichment of uranium hexafluoride (points with markers of the mass fraction of the uranium-235 isotope), which are transmitted to the workstation of the local cascade control network with an interval of two hours, are also plotted here. It can be seen from the presented diagram that the discrepancies with the results of the reference measurement are no more than ± 1 rel.% Of the absolute value of the enrichment. Moreover, during the period of transient processes, sampling for the mass spectrometer, as a rule, is not carried out, since the measurement data becomes obsolete faster than the time period for processing information in the reference meter. The measurement system recorded the presence of oscillatory processes in a change in the concentration of uranium-235 in the selected collector during the restructuring of the plant’s configuration, which were not previously noted by known control methods.

На фиг.4 приведены результаты измерения изменения обогащения гексафторида урана при перестройке схемы завода с наработки энергетического урана обогащением 4,5 мас.% на выработку 1,5%-ного. Практическая работа с системой измерения в переходных процессах показала (см. фиг.4), что управление каскадной установкой по результатам контроля массовой доли изотопа уран-235 в отборном коллекторе предложенным способом позволяет сократить время перестройки конфигурации завода и исключить выход обогащения гексафторида урана за требуемые пределы концентрации.Figure 4 shows the results of measuring changes in the enrichment of uranium hexafluoride during the restructuring of the plant scheme from the production of energy uranium enrichment of 4.5 wt.% To produce 1.5%. Practical work with the measurement system in transients showed (see Fig. 4) that control of the cascade installation based on the results of monitoring the mass fraction of the uranium-235 isotope in the selected collector by the proposed method allows to reduce the reconstruction time of the plant configuration and to exclude the enrichment of uranium hexafluoride beyond the required limits concentration.

На фиг.5 показано изменение обогащения 27 и 28 гексафторида урана в газовом коллекторе по результатам измерения параметров газовой фазы одновременно в двух временных интервалах.Figure 5 shows the change in the enrichment of 27 and 28 uranium hexafluoride in the gas reservoir according to the results of measuring the parameters of the gas phase simultaneously in two time intervals.

Внедрение описанного выше способа контроля позволит оперативно реагировать на аварийные отклонения обогащения потоков гексафторида урана, сократить время перестройки конфигурации схемы завода при изменении обогащения сырьевого и товарного гексафторида урана и исключить наработку некондиционного продукта.The implementation of the control method described above will allow you to quickly respond to emergency deviations in the enrichment of uranium hexafluoride streams, reduce the time needed to reconfigure the plant's circuit when changing the enrichment of raw and commercial uranium hexafluoride, and to exclude the production of a substandard product.

Claims (24)

1. Способ контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана, включающий измерение в выбранном временном интервале интенсивности гамма-излучения урана-235, температуры и давления газовой фазы гексафторида урана в измерительной камере и последующую обработку усредненных результатов измерения расчетным путем, отличающийся тем, что в измерительной камере создают проток гексафторида урана и измерения проводят во временном интервале, представленном набором временных отрезков, при этом рассчитывают средние значения интенсивности гамма-излучения, температуры и давления газовой фазы гексафторида урана в каждом временном отрезке, а результаты измерений во временном интервале вычисляют как усредненные величины средних значений измерений во временных отрезках; интенсивность гамма-излучения, температуру и давление при расчете текущего значения массовой доли изотопа уран-235 определяют через усредненные результаты измерений в идентичных временных интервалах при изменении текущего времени на величину, равную величине временного отрезка временного интервала, причем рассчитанное значение массовой доли изотопа уран-235 относят к текущему времени, приходящемуся на временной интервал измерения.1. The method of controlling the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride, comprising measuring in the selected time interval the intensity of gamma radiation of uranium-235, the temperature and pressure of the gas phase of uranium hexafluoride in the measuring chamber and subsequent processing of the average measurement results by calculation, different the fact that in the measuring chamber create a channel of uranium hexafluoride and the measurements are carried out in a time interval represented by a set of time intervals, while the average values of ensivnosti gamma radiation, temperature and pressure of the gas phase of uranium hexafluoride in each time interval, and the measurement results in the time interval is calculated as the average values of the mean measurement values at time intervals; the intensity of gamma radiation, temperature and pressure when calculating the current value of the mass fraction of the uranium-235 isotope is determined through the averaged measurement results in identical time intervals when the current time changes by an amount equal to the value of the time interval of the time interval, and the calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope relate to the current time falling on the measurement time interval. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рассчитанное значение массовой доли изотопа уран-235 относят к текущему времени, приходящемуся либо на срединную часть, либо на окончание или начало временного интервала.2. The method according to claim 1, characterized in that the calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope is related to the current time, either in the middle part, or at the end or beginning of the time interval. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбранный временной интервал представляют набором равных временных отрезков.3. The method according to claim 1, characterized in that the selected time interval is represented by a set of equal time intervals. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину временного интервала выбирают обратно пропорционально давлению газовой фазы в измерительной камере.4. The method according to claim 1, characterized in that the value of the time interval is chosen inversely with the pressure of the gas phase in the measuring chamber. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения интенсивности гамма-излучения, температуры и давления газовой фазы гексафторида урана определяют, по крайней мере, одновременно по двум выбранным временным интервалам.5. The method according to claim 1, characterized in that the values of the intensity of gamma radiation, temperature and pressure of the gas phase of uranium hexafluoride are determined at least simultaneously from two selected time intervals. 6. Способ по п.1, или 4, или 5, отличающийся тем, что величина временного интервала составляет от 100 до 2000 с.6. The method according to claim 1, or 4, or 5, characterized in that the value of the time interval is from 100 to 2000 s. 7. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что величина временных отрезков составляет от 10 до 200 с.7. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the value of the time intervals is from 10 to 200 s. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодически ведут сравнение рассчитанного значения массовой доли изотопа уран-235 с ее эталонным измерением.8. The method according to claim 1, characterized in that periodically they compare the calculated value of the mass fraction of the uranium-235 isotope with its reference measurement. 9. Способ по п.1 или 8, отличающийся тем, что расчетное соотношение для обработки усредненных результатов измерения расчетным путем, включающее средние значения интенсивности гамма-излучения, температуры, давления и градуировочный коэффициент, корректируют таким образом, чтобы рассчитанное значение массовой доли изотопа уран-235 отклонялось от результата эталонного измерения на заранее заданную предельную величину.9. The method according to claim 1 or 8, characterized in that the calculated ratio for processing the average measurement results by calculation, including the average values of gamma radiation intensity, temperature, pressure and calibration factor, are adjusted so that the calculated value of the mass fraction of the uranium isotope -235 deviated from the result of the reference measurement by a predetermined limit value. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что предельная величина отклонения составляет ±1% отн.10. The method according to claim 9, characterized in that the limit value of the deviation is ± 1% rel. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в расчетном соотношении корректируют градуировочный коэффициент.11. The method according to claim 9, characterized in that the calibration factor is adjusted in the calculated ratio. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерительную камеру подсоединяют параллельно газовому коллектору гексафторида урана, а в самом газовом коллекторе на участке подсоединения измерительной камеры устанавливают сужающее устройство, например диафрагму.12. The method according to claim 1, characterized in that the measuring chamber is connected in parallel with the gas collector of uranium hexafluoride, and in the gas manifold at the connecting section of the measuring chamber, a constricting device, for example a diaphragm, is installed. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение интенсивности гамма-излучения определяют с учетом фоновой составляющей под основным аналитическим пиком, характеризующим естественный альфа-распад урана-235.13. The method according to claim 1, characterized in that the measurement of gamma radiation intensity is determined taking into account the background component under the main analytical peak characterizing the natural alpha decay of uranium-235. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение интенсивности гамма-излучения ведут при автоподстройке под энергию основного аналитического пика, характеризующего естественный альфа-распад изотопа уран-235.14. The method according to claim 1, characterized in that the measurement of gamma radiation intensity is carried out during self-tuning under the energy of the main analytical peak characterizing the natural alpha decay of the uranium-235 isotope. 15. Способ по п.1 или 14, отличающийся тем, что измерение интенсивности гамма-излучения ведется в энергетическом интервале 166-215 кэВ.15. The method according to claim 1 or 14, characterized in that the measurement of the intensity of gamma radiation is carried out in the energy range of 166-215 keV. 16. Способ по п.1 или 15, отличающийся тем, что энергетический интервал измерения интенсивности гамма-излучения делится относительно энергии основного аналитического пика, характеризующего естественный альфа-распад урана-235, на два подканала.16. The method according to claim 1 or 15, characterized in that the energy interval for measuring the intensity of gamma radiation is divided relative to the energy of the main analytical peak characterizing the natural alpha decay of uranium-235 into two subchannels. 17. Способ по п.1 или 16, отличающийся тем, что измерение интенсивности гамма-излучения ведется в энергетических подканалах 166-185,7 кэВ и 185,7-215 кэВ.17. The method according to claim 1 or 16, characterized in that the measurement of the intensity of gamma radiation is carried out in the energy subchannels 166-185.7 keV and 185.7-215 keV. 18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что сигнал автоподстройки под энергию основного аналитического пика формируется по относительной разнице интенсивности гамма-излучения в подканалах.18. The method according to p. 16 or 17, characterized in that the self-tuning signal for the energy of the main analytical peak is formed by the relative difference in the intensity of gamma radiation in the subchannels. 19. Система измерения для контроля массовой доли изотопа уран-235 в газовой фазе гексафторида урана, содержащая измерительную камеру с патрубками впуска и выпуска, блоком детектирования, датчиками температуры и давления, подсоединенную патрубком впуска к газовому коллектору гексафторида урана, контроллер со счетчиками электрических импульсов и анализатором гамма-спектра, адаптеры сигналов, внутреннюю информационную шину, блок сбора, управления и обработки информации, отличающаяся тем, что в контроллер дополнительно введены, по крайней мере, три дискриминатора и один таймер, входы дискриминаторов подсоединены к выходу блока детектирования, а выход каждого дискриминатора соединен с входом индивидуального счетчика электрических импульсов, соединенного вторым входом с выходом таймера, выходы таймера и адаптеров соединены по магистрали информационного обмена с внутренней информационной шиной, блок сбора, управления и обработки информации по внешней интерфейсной сети подключен к вычислительной сети управления.19. A measurement system for controlling the mass fraction of the uranium-235 isotope in the gas phase of uranium hexafluoride, comprising a measuring chamber with inlet and outlet pipes, a detection unit, temperature and pressure sensors, an inlet pipe connected to the gas collector of uranium hexafluoride, a controller with electric pulse counters and gamma spectrum analyzer, signal adapters, internal information bus, information collection, control and processing unit, characterized in that at least m Here, three discriminators and one timer, the discriminator inputs are connected to the output of the detection unit, and the output of each discriminator is connected to the input of an individual electric pulse counter connected by the second input to the timer output, the outputs of the timer and adapters are connected via an information exchange line to the internal information bus, block collection, management and processing of information via an external interface network is connected to a control computer network. 20. Система измерения по п.19, отличающаяся тем, что измерительная камера патрубком выпуска подсоединена к газовому коллектору гексафторида урана.20. The measurement system according to claim 19, characterized in that the measuring chamber by the exhaust pipe is connected to a gas collector of uranium hexafluoride. 21. Система измерения по п.19, отличающаяся тем, что к локальной вычислительной сети управления по второй внешней интерфейсной сети подключен выходной канал эталонного измерителя массовой доли изотопа уран-235, например масс-спектрометра.21. The measurement system according to claim 19, characterized in that the output channel of the reference meter of the mass fraction of the uranium-235 isotope, such as a mass spectrometer, is connected to the local control computer network via a second external interface network. 22. Система измерения по п.19, отличающаяся тем, что выход анализатора гамма-спектра адаптера подсоединен к входу блока детектирования, при этом блок детектирования по каналу информационного обмена дополнительно соединен с внутренней информационной шиной.22. The measurement system according to claim 19, characterized in that the output of the gamma spectrum analyzer of the adapter is connected to the input of the detection unit, while the detection unit is additionally connected to the internal information bus via an information exchange channel. 23. Система измерения по п.19, отличающаяся тем, что контроллер гамма-спектра выполнен в виде одноплатного спектрометрического устройства, содержащего, кроме того, схемотехнические решения для выполнения прецизионных спектрометрических измерений в виде усилительного тракта, преобразователя заряда импульсных сигналов в цифровой код, буферную память, схему интерфейса для управления параметрами и подсоединенного через вход к выходу блока детектирования, одним выходом - к внутренней информационной шине, а другим - к блоку детектирования.23. The measurement system according to claim 19, characterized in that the gamma spectrum controller is made in the form of a single-board spectrometric device, containing, in addition, circuitry solutions for performing precision spectrometric measurements in the form of an amplification path, a pulse signal to digital signal converter, a buffer memory, an interface circuit for controlling parameters and connected through the input to the output of the detection unit, one output to the internal information bus, and the other to the detection unit. 24. Система измерения по п.19 или 20, отличающаяся тем, что проводимость патрубка впуска измерительной камеры больше проводимости патрубка выпуска.24. The measurement system according to claim 19 or 20, characterized in that the conductivity of the inlet of the measuring chamber inlet is greater than the conductivity of the outlet pipe.
RU2003116325/06A 2003-06-02 2003-06-02 Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and measuring system for implementation of the method RU2256963C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003116325/06A RU2256963C2 (en) 2003-06-02 2003-06-02 Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and measuring system for implementation of the method
PCT/RU2004/000201 WO2004107353A1 (en) 2003-06-02 2004-05-26 Method for controlling uranium-235 mass fraction in gaseous uranium hexafluoride and control system
CNB2004800153196A CN100505108C (en) 2003-06-02 2004-05-26 Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003116325/06A RU2256963C2 (en) 2003-06-02 2003-06-02 Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and measuring system for implementation of the method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003116325A RU2003116325A (en) 2004-12-10
RU2256963C2 true RU2256963C2 (en) 2005-07-20

Family

ID=33488124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003116325/06A RU2256963C2 (en) 2003-06-02 2003-06-02 Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and measuring system for implementation of the method

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN100505108C (en)
RU (1) RU2256963C2 (en)
WO (1) WO2004107353A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646461C2 (en) * 2015-11-11 2018-03-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Method of measuring the isotopic sample system characteristics when phased separating the analyzed substance (versions)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102478415B (en) * 2010-11-29 2013-10-09 中核建中核燃料元件有限公司 Uranium hexafluoride online monitoring method
CN110308474B (en) * 2019-07-02 2021-03-09 中国原子能科学研究院 Small monitoring device for on-line measurement of abundance of gas uranium

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59200982A (en) * 1983-04-13 1984-11-14 Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp Method and apparatus for measuring concentration degree of uranium
RU2100856C1 (en) * 1996-08-20 1997-12-27 Акционерное общество открытого типа "Машиностроительный завод" Method for controlling powdered uranium enrichment
RU2189612C1 (en) * 2000-12-28 2002-09-20 Уральский электрохимический комбинат Method for testing of enrichment of gaseous uranium hexafluoride by uranium-235
RU2185667C1 (en) * 2001-02-06 2002-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Method and system for checking enrichment of uranium hexafluoride

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РАН Ф. и др. Справочник по ядерной энерготехнологии, Москва, Энергоатомиздат, 1989, с.158. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646461C2 (en) * 2015-11-11 2018-03-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Method of measuring the isotopic sample system characteristics when phased separating the analyzed substance (versions)

Also Published As

Publication number Publication date
CN1799106A (en) 2006-07-05
WO2004107353A1 (en) 2004-12-09
CN100505108C (en) 2009-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110057416B (en) Method and system for measuring air exchange capacity
Turnbull et al. An integrated flask sample collection system for greenhouse gas measurements
US5475727A (en) Intelligent automatic gain stabilization for radiation detection instrument
RU2256963C2 (en) Method of controlling mass fraction of uranium-235 isotope in gas phase of uranium hexafluoride and measuring system for implementation of the method
CN108872271A (en) The detection method and detection device of uranium-bearing strength of fluid in a kind of uranium-bearing pipeline
CN104360370A (en) Method for continuously measuring concentrations of thoron daughters
RU2330308C1 (en) Method of control of mass fraction of uranium-235 isotope in gaseous phase of uranium hexafluoride and system of measurement for implementation of this method
CN106940448A (en) A kind of Uranium enrichment plant's separative power on-line monitoring method
Nakao et al. Developments of a new data acquisition system at ANNRI
RU2325672C1 (en) Method of controlling mass fraction of the uranium-235 isotope in gas-phase uranium hexafluoride and its measuring system
Barešić et al. Comparison of two techniques for low-level tritium measurement—Gas proportional and liquid scintillation counting
RU2189612C1 (en) Method for testing of enrichment of gaseous uranium hexafluoride by uranium-235
RU2185667C1 (en) Method and system for checking enrichment of uranium hexafluoride
Prosdocimi et al. A precise determination of the thermal neutron absorption cross section of b10 and natural boron by time of flight
Woods The half-life of 137Cs-A critical review
Langner et al. Thermal neutron multiplicity measurements using the pyrochemical multiplicity counter at Lawrence Livermore National Laboratory
RU2003116325A (en) METHOD FOR MONITORING THE MASS SHARE OF THE URANIUM-235 ISOTOP IN THE GAS PHASE OF URANIUM HEXAFLUORIDE AND THE MEASUREMENT SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2620330C1 (en) Method for determining the transformation coefficient by current of detection units with flow chambers when carrying out radiometric monitoring of radioactive gas mixture in process emissions of nuclear-power units
CN109738543B (en) A kind of pollutant enters river and section recognition methods occurs
Ding et al. A Calculation Software for 4πβ–γ Coincidence Counting
Frank et al. Low Level Measurement of 222Rn in the Atmosphere in the Frame of the Global Atmospheric Watch Programme
Folgheraiter et al. The chemical inhomogeneity of M13
Meservey Neutron-capture cross sections by capture-gamma counting
RU2396613C1 (en) Method of controlling mass ratio of uranium-235 isotope in gaseous uranium hexafluoride
Jarman et al. Monte Carlo Uncertainty Quantification for an Unattended Enrichment Monitor

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200603