RU2541708C1 - Method of detecting leak of gaseous uranium hexafluoride and/or hydrogen fluoride and detector for leak detection - Google Patents
Method of detecting leak of gaseous uranium hexafluoride and/or hydrogen fluoride and detector for leak detection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2541708C1 RU2541708C1 RU2013136475/28A RU2013136475A RU2541708C1 RU 2541708 C1 RU2541708 C1 RU 2541708C1 RU 2013136475/28 A RU2013136475/28 A RU 2013136475/28A RU 2013136475 A RU2013136475 A RU 2013136475A RU 2541708 C1 RU2541708 C1 RU 2541708C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen fluoride
- uranium hexafluoride
- paint
- detector
- layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к методам и средствам обнаружения утечки гексафторида урана из транспортных контейнеров и может быть использовано для обеспечения безопасности проведения операций жидкофазной гомогенизации и жидкофазного перелива гексафторида урана.The invention relates to methods and means for detecting leakage of uranium hexafluoride from transport containers and can be used to ensure the safety of liquid-phase homogenization and liquid-phase overflow of uranium hexafluoride.
На российских изотопно-обогатительных заводах после операции изотопного обогащения рабочее вещество процесса обогащения - гексафторид урана (UF6) десублимируют в вертикальные емкости объемом 0,8 м3 [http://s41.radikal.ru/i091/1012/dc/821d04758164.jpg]. При отправке обогащенного UF6 по международным контрактам его ожижают, гомогенизируют и из отечественных вертикальных емкостей переливают в жидкой фазе в международные горизонтальные транспортные контейнеры, известные в коммерческой деятельности как контейнеры типа 30В [RU 2301464. МПК G21F 5/002. Опубл. 20.06.2007].After the isotope enrichment operation, in Russian isotope concentration plants, the working substance of the enrichment process - uranium hexafluoride (UF 6 ) is desublimated into vertical containers with a volume of 0.8 m 3 [http://s41.radikal.ru/i091/1012/dc/821d04758164. jpg]. When sending enriched UF 6 under international contracts, it is liquefied, homogenized, and poured from domestic vertical containers into international horizontal transport containers, known in commercial activity as 30V containers [RU 2301464. IPC G21F 5/002. Publ. 06/20/2007].
Операция жидкофазной гомогенизации необходима для выравнивания концентрации изотопа U-235 в гексафториде урана в объеме вертикальной емкости перед переливом в контейнеры 30В.The operation of liquid-phase homogenization is necessary to equalize the concentration of the U-235 isotope in uranium hexafluoride in the volume of a vertical tank before overflowing into containers 30B.
Из-за повышенной опасности жидкого гексафторида урана операции гомогенизации и перелива осуществляют в передаточных автоклавах. Передаточные автоклавы могут быть вертикальными и горизонтальными, в зависимости от типа баллонов и требований технологического процесса [http://www.platom.fi/ru_pdf/Platom_mag___2011_eBook.pdf]. Назначение автоклавов: нагрев и поддержание заданной температуры емкостей и контейнеров в процессе перелива, локализация возможных утечек UF6.Due to the increased danger of liquid uranium hexafluoride, homogenization and overflow operations are carried out in transfer autoclaves. Transfer autoclaves can be vertical and horizontal, depending on the type of cylinders and process requirements [http://www.platom.fi/ru_pdf/Platom_mag___2011_eBook.pdf]. Purpose of autoclaves: heating and maintaining the set temperature of containers and containers during the overflow process, localization of possible leaks UF 6 .
Работа автоклавных установок осуществляется следующим образом. Вертикальную емкость с UF6 и откаченный порожний контейнер типа 30В помещают в соответствующие автоклавы. Автоклавы разогревают до температуры перехода гексафторида урана в жидкофазное состояние (выше 70°C), из-за разности давления жидкий гексафторид урана из емкости вертикального автоклава перетекает в контейнер горизонтального автоклава, где он охлаждается до твердого состояния. Давление UF6 в нагретых емкости и контейнере во время операции перелива достигает 2,3÷3,7 бар.The operation of autoclave plants is as follows. A vertical container with UF 6 and an evacuated empty container of type 30B are placed in appropriate autoclaves. The autoclaves are heated to the transition temperature of the uranium hexafluoride to the liquid phase state (above 70 ° C), due to the pressure difference, the liquid uranium hexafluoride from the tank of the vertical autoclave flows into the container of the horizontal autoclave, where it is cooled to solid state. The pressure UF 6 in the heated container and container during the overflow operation reaches 2.3 ÷ 3.7 bar.
При рассмотрении потенциальной опасности системы перелива UF6 наиболее критичными деталями автоклавов, которые проверяют особенно тщательно, являются клапанные механизмы емкости и контейнера и присоединенная к ним гибкая тонкостенная отводная труба, проходящая внутри автоклавов и по передаточной линии. При использовании автоклавной системы к гибкой части отводной трубы через определенные интервалы времени прикладывается механическая нагрузка во время установки и съема емкостей и контейнеров. Эти детали считаются наименее надежными [RU 2220100. МПК C01G 43/06. Опубл. 27.12.2003].When considering the potential dangers of the UF 6 overflow system, the most critical parts of the autoclaves, which are checked especially carefully, are the valve mechanisms of the container and container and the attached flexible thin-walled outlet pipe passing inside the autoclaves and along the transfer line. When using the autoclave system, a flexible part is applied to the flexible part of the outlet pipe at regular intervals during installation and removal of containers and containers. These parts are considered the least reliable [RU 2220100. IPC C01G 43/06. Publ. 12/27/2003].
Например, если гибкая отводящая труба ломается, то UF6 в газообразной форме начинает вытекать из емкости или контейнера в автоклав, где давление воздуха ниже.For example, if the flexible outlet pipe breaks, then UF 6 in gaseous form begins to flow from the tank or container into the autoclave, where the air pressure is lower.
Аварийная утечка UF6 требует принятия определенных мер по защите персонала и окружающей среды. Вентиляцию здания, в котором установлены автоклавы, снабжают достаточным количеством химических поглотителей. Поскольку объем производственного помещения является весьма значительным, то система вентиляции требует больших капиталовложений. Персонал должен быть обеспечен соответствующими средствами защиты. В случае аварийной утечки может потребоваться эвакуация персонала из помещения.UF 6 emergency leakage requires certain measures to protect personnel and the environment. The ventilation of the building in which the autoclaves are installed is provided with a sufficient amount of chemical absorbers. Since the volume of the production space is very significant, the ventilation system requires a large investment. Personnel should be provided with appropriate protective equipment. In the event of an emergency leak, evacuation of personnel from the premises may be required.
Кроме того, аварийная утечка UF6 приведет к радиационному загрязнению внутренней поверхности автоклавов и внешней поверхности контейнеров, что потребует проведения дезактивационных работ.In addition, accidental leakage of UF 6 will lead to radiation contamination of the inner surface of the autoclaves and the outer surface of the containers, which will require decontamination.
Хотя конструкция емкостей и контейнеров для гексафторида урана предусматривает защиту выпускного клапана от механического повреждения - защитную сборку, закрывающую клапан, и защитный обод, проходящий по окантовке головки контейнера [см., например, RU 2301464], тем не менее, выпускной клапан подвергают периодической проверке на возможность утечки.Although the design of containers and containers for uranium hexafluoride provides for the protection of the exhaust valve from mechanical damage - a protective assembly that closes the valve and a protective rim passing along the edging of the container head [see, for example, RU 2301464], however, the exhaust valve is subjected to periodic inspection on the possibility of leakage.
Известен способ определения возможной утечки UF6 из выпускного клапана на контейнере с гексафторидом природного и обогащенного урана, когда из полости защитной сборки, закрывающей клапан, откачивают воздух на измерительную емкость и определяют присутствие фтористого водорода в откачиваемом газе с помощью газового сенсорного датчика на полупроводниковых оксидах металлов [JP 2001235587. МПК G01M 3/26. Опубл. 31.08.2001]. Способ основан на том факте, что утечка химически активного UF6 всегда приводит к образованию газообразного фтористого водорода за счет взаимодействия с парами воды, присутствующими в окружающем воздухе, по реакции:A known method for determining the possible leakage of UF 6 from an exhaust valve on a container with natural and enriched uranium hexafluoride is when air is pumped from the cavity of the protective assembly closing the valve to the measuring tank and the presence of hydrogen fluoride in the pumped gas is determined using a gas sensor on semiconductor metal oxides [JP 2001235587. IPC G01M 3/26. Publ. 08/31/2001]. The method is based on the fact that the leakage of reactive UF 6 always leads to the formation of gaseous hydrogen fluoride due to the interaction with water vapor present in the surrounding air by the reaction:
Реакция (1) при малой утечке UF6 или при избытке паров воды выглядит как Reaction (1) with a small leak of UF 6 or with an excess of water vapor looks like
Эта проверка может внести вклад в повышение безопасности при транспортировке контейнеров с гексафторидом урана и принятие мер по своевременной защите населения в зоне возможного поражения в случае аварии во время транспортировки.This check may contribute to improving safety during transportation of containers with uranium hexafluoride and taking measures to protect the population in the area of possible damage in the event of an accident during transportation.
Известен также способ определения возможной утечки UF6 из выпускного клапана на контейнере с гексафторидом природного и обогащенного урана [JP 10211992. МПК B65D 90/50. Опубл. 11.08.1998], когда откачивают газ или из пространства защитной сборки, закрывающей клапан, или из пространства защитного обода, проходящего по окантовке головки контейнера, предварительно герметизируя эти полости. При этом около клапана помещают индикаторную бумагу. По изменению цвета индикаторной бумаги при контакте с фтористым водородом, образовавшимся по реакции (1), судят о наличии утечки UF6 из выпускного клапана.There is also a method of determining the possible leakage of UF 6 from the exhaust valve on a container with natural and enriched uranium hexafluoride [JP 10211992. IPC B65D 90/50. Publ. 08/11/1998], when the gas is pumped out either from the space of the protective assembly closing the valve or from the space of the protective rim passing along the edging of the container head, having previously sealed these cavities. In this case, indicator paper is placed near the valve. By changing the color of the indicator paper in contact with hydrogen fluoride formed by reaction (1), the presence of leakage of UF 6 from the exhaust valve is judged.
Стоимость предлагаемых устройств и методик для проверки утечки из выпускного клапана емкостей и контейнеров с гексафторидом урана невысока. Измерения могут быть проведены в течение короткого времени с высокой точностью. Однако предложенные выше способы определения возможной утечки UF6 применимы лишь при свободном доступе к баллонам и в условиях температуры производственных помещений.The cost of the proposed devices and methods for checking leakage from the exhaust valve of containers and containers with uranium hexafluoride is low. Measurements can be carried out in a short time with high accuracy. However, the above methods for determining the possible leakage of UF 6 are applicable only with free access to cylinders and at room temperature.
Для обнаружения утечки UF6 из выпускного клапана емкостей и контейнеров и отводной трубы внутри автоклава могут быть использованы способ и устройство по патенту [JP 57082784. МПК G01N 30/00. Опубл. 24.05.1982], где регистрируют альфа-излучение гексафторида обогащенного урана, адсорбированного на порошке или гранулах фторида натрия (NaF). Детектор работает на протоке среды автоклавов. Фторид натрия наносят на поверхность алюминиевой фольги, в которую для защиты от химического разрушения поверхности завернут стеклянный стержень, покрытый сцинтиллятором ZnS. Световые импульсы, излучаемые сцинтиллятором, передаются по оптоволоконной линии на фотоэлектронный умножитель.To detect leakage of UF 6 from the exhaust valve of containers and containers and a bypass pipe inside the autoclave, the method and device of the patent [JP 57082784. IPC G01N 30/00. Publ. 05.24.1982], where the alpha radiation of enriched uranium hexafluoride adsorbed on a powder or granules of sodium fluoride (NaF) is recorded. The detector operates on a flow path of autoclaves. Sodium fluoride is applied to the surface of aluminum foil, in which a glass rod coated with a ZnS scintillator is wrapped in order to protect against chemical destruction of the surface. The light pulses emitted by the scintillator are transmitted via a fiber optic line to a photomultiplier tube.
При превышении порога альфа-загрязнения воздуха внутри автоклава детектор выдает звуковой и световой сигналы.If the threshold for alpha air pollution inside the autoclave is exceeded, the detector emits sound and light signals.
Устройство, реализующее способ, может повторно регистрировать утечки гексафторида урана, однако сложно в исполнении.A device that implements the method can re-register leaks of uranium hexafluoride, however, it is difficult to perform.
Наиболее близким по смыслу к предлагаемым способу и устройству регистрации утечки гексафторида урана и/или фтористого водорода в автоклавных установках является техническое решение по патенту [JP 2011106861. МПК B01D 53/68. Опубл. 02.06.2011]. В известном решении фтористый водород, сопутствующий UF6 при утечке в окружающую среду, химически разрушает изолирующую прокладку электродной ячейки регистрирующего детектора. Изолирующая прокладка разделяет два электрода. Когда в изолирующей прокладке возникают сквозные эрозионные полости, то между электродами замыкается электрическая цепь. Протекающий ток регистрируется включенным в цепь амперметром.The closest in meaning to the proposed method and device for recording the leak of uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride in autoclave plants is the technical solution according to the patent [JP 2011106861. IPC B01D 53/68. Publ. 06/02/2011]. In a known solution, hydrogen fluoride associated with UF 6 when released into the environment chemically destroys the insulating pad of the electrode cell of the recording detector. An insulating pad separates the two electrodes. When through erosion cavities arise in the insulating pad, an electrical circuit is closed between the electrodes. The flowing current is recorded by an ammeter connected to the circuit.
Изолирующая пластина выполнена из диоксида кремния SiO2 (кварц). Сплошной электрод, который покрывает изолирующая пластина, изготавливают из алюминия, железа или цинка. Второй электрод, напыленный на поверхность кварцевой пластины над первым сплошным электродом и контактирующий с контролируемой газовой средой, выполнен из материалов, устойчивых к действию фтористого водорода, - золота или платины. Второй электрод имеет четыре щели над поверхностью первого сплошного электрода, обеспечивающие контакт кварцевой пластины с контролируемой газовой средой в зоне электрода.The insulating plate is made of silicon dioxide SiO 2 (quartz). The solid electrode that covers the insulating plate is made of aluminum, iron or zinc. The second electrode, deposited on the surface of the quartz plate above the first continuous electrode and in contact with a controlled gas medium, is made of materials resistant to the action of hydrogen fluoride - gold or platinum. The second electrode has four slots above the surface of the first solid electrode, providing contact of the quartz plate with a controlled gas medium in the area of the electrode.
Разрушение изолирующей кварцевой пластины происходит по механизму:The destruction of the insulating quartz plate occurs by the mechanism:
Образующаяся кремнефтористая кислота адсорбируется на торцевой поверхности эрозионных полостей и, как электропроводящая жидкость, замыкает электрическую цепь между электродами. Источник напряжения, прикладываемого к пластинам детектора, обеспечивает ток в электрической цепи после замыкания электродов, равный 10÷14 A.The resulting silicofluoric acid is adsorbed on the end surface of the erosion cavities and, like an electrically conductive liquid, closes the electric circuit between the electrodes. The voltage source applied to the plates of the detector provides a current in the electric circuit after the closure of the electrodes, equal to 10 ÷ 14 A.
Таким образом, детектор фтористого водорода работает по принципу дискретного сигнала.Thus, the hydrogen fluoride detector operates on the principle of a discrete signal.
Чувствительность метода по фтористому водороду составляет от 1 мг/м3 до 20 мг/м3 (ppm). Детектор может быть использован для дистанционного определения наличия фтористого водорода в газовой среде изолированных объемов.The sensitivity of the method for hydrogen fluoride is from 1 mg / m 3 to 20 mg / m 3 (ppm). The detector can be used for remote determination of the presence of hydrogen fluoride in a gaseous medium of isolated volumes.
Аналогично действие на кремниевую пластину газообразного гексафторида урана.Similarly, the effect on the silicon wafer of gaseous uranium hexafluoride.
Недостатками известных способа и детектора определения наличия фтористого водорода в контролируемой газовой среде являются сложность и высокая стоимость изготовления детектора, а также одноразовость в использовании. Кроме того, кварцевая пластина медленно реагирует с фтористым водородом и гексафторидом урана, и время образования сквозных эрозионных полостей в пластине, т.е. время срабатывания датчика, довольно большое и оно увеличивается с уменьшением концентрации гексафторида урана и/или фтористого водорода в контролируемой газовой среде.The disadvantages of the known method and detector for determining the presence of hydrogen fluoride in a controlled gas environment are the complexity and high cost of manufacturing the detector, as well as disposability in use. In addition, the quartz plate slowly reacts with hydrogen fluoride and uranium hexafluoride, and the time of formation of through erosion cavities in the plate, i.e. the response time of the sensor is quite large and it increases with a decrease in the concentration of uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride in a controlled gas environment.
Задачей изобретения является предложение способа и конструкции детектора с минимальным временем обнаружения появления гексафторида урана и/или фтористого водорода в контролируемом объеме, а также удешевление изготовления детектора с одновременной возможностью его неоднократного использования.The objective of the invention is to propose a method and design of the detector with a minimum time to detect the occurrence of uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride in a controlled volume, as well as the cheaper manufacture of the detector with the simultaneous possibility of its repeated use.
Указанные выше технические задачи достигают тем, что в способе обнаружения утечки газообразного гексафторида урана и/или фтористого водорода, включающем контакт гексафторида урана и/или фтористого водорода с электродной ячейкой детектора и измерение величины электрического тока протекающего через электродную ячейку, гексафторид урана и/или фтористый водород контактируют со слоем лакокрасочного материала, в котором диспергирован порошкообразный графитовый наполнитель.The above technical problems are achieved in that in a method for detecting a leak of gaseous uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride comprising contacting uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride with an electrode cell of a detector and measuring an electric current flowing through an electrode cell, uranium hexafluoride and / or fluoride hydrogen is contacted with a layer of paint material in which a powdered graphite filler is dispersed.
Кроме того, через слой лакокрасочного материала, в котором диспергирован порошкообразный графит, пропускают постоянный электрический ток и измеряют его электрическое сопротивление; об утечке газообразного гексафторида урана и/или фтористого водорода судят по изменению электрического сопротивления лакокрасочного материала.In addition, a constant electric current is passed through a layer of paint and varnish material in which powdered graphite is dispersed, and its electrical resistance is measured; the leakage of gaseous uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride is judged by the change in electrical resistance of the paint material.
Кроме того, об утечке газообразного гексафторида урана и/или фтористого водорода судят по началу уменьшения электрического сопротивления лакокрасочного материала; о величине утечки газообразного гексафторида урана и/или фтористого водорода судят по скорости уменьшения электрического сопротивления слоя лакокрасочного материала.In addition, the leakage of gaseous uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride is judged by the beginning of a decrease in the electrical resistance of the paint material; the leakage rate of gaseous uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride is judged by the rate of decrease in electrical resistance of the paint layer.
Способ реализует детектор, содержащий электродную ячейку, состоящую из электродов, химически устойчивых к среде гексафторида урана и/или фтористого водорода, и разделяющего электроды электроизоляционного материала, химически активного к среде гексафторида урана и/или фтористого водорода, а также источник электрического тока. Электродная ячейка детектора выполнена в виде слоя нанесенного на диэлектрическую подложку лакокрасочного материала, в котором диспергирован порошкообразный графитовый наполнитель.The method implements a detector containing an electrode cell consisting of electrodes chemically resistant to the environment of uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride, and separating electrodes of an insulating material chemically active to the environment of uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride, as well as an electric current source. The electrode cell of the detector is made in the form of a layer of a paint and varnish material deposited on a dielectric substrate, in which a powdered graphite filler is dispersed.
Кроме того, в качестве порошкообразного графитового наполнителя использован коллоидный графит, а в качестве материала диэлектрической подложки выбран оксид алюминия. Кроме того, диэлектрическая подложка имеет цилиндрическую форму.In addition, colloidal graphite was used as a powdered graphite filler, and alumina was chosen as the material of the dielectric substrate. In addition, the dielectric substrate has a cylindrical shape.
Сущность изобретения поясняется рисунком на фиг.1, где представлена схема датчика для обнаружения утечки газообразного гексафторида урана и/или фтористого водорода. На рисунке: 1 - цилиндрическая диэлектрическая подложка; 2 - слой нанесенного на диэлектрическую подложку лакокрасочного материала с диспергированным порошкообразным графитовым наполнителем; 3 - электрические контакты; 4 - электропровода для подключения источника постоянного тока к слою лакокрасочного покрытия.The invention is illustrated by the figure in figure 1, which shows a diagram of a sensor for detecting a leak of gaseous uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride. In the figure: 1 - a cylindrical dielectric substrate; 2 - a layer of a paint and varnish material with dispersed powdered graphite filler deposited on a dielectric substrate; 3 - electrical contacts; 4 - electric wires for connecting a direct current source to the paint coating layer.
Электропроводящие краски на основе натуральных и синтетических масел и лаков с графитовым наполнителем широко применяются для получения искусственных пленочных токопроводящих покрытий (резистов) на больших площадях поверхности изделий в нагревательных приборах различного назначения, в радиотехнической промышленности для изготовления радиопоглощающих заполнителей и т.п. [см., например, патенты RU 2083619, RU 2472825 и др.]. Слой лакокрасочного покрытия после высыхания имеет удельное объемное сопротивление порядка 102÷104 Ом•см. Высокое удельное сопротивление пленки лакокрасочного покрытия объясняется тем, что несмотря на значительное процентное содержание порошка графита (10÷50% от общей массы состава), обладающего малым удельным сопротивлением в чистом виде - (11÷13)×10-6 Ом•см, в лакокрасочном покрытии практически невозможно обеспечить непосредственный плотный контакт мелкодисперсных смежных частиц графита друг с другом, так как указанные частицы в процессе диспергирования компонентов при изготовлении состава обволакиваются маслом или лаком, в результате чего контакт смежных частиц графита в высохшем покрытии осуществляется преимущественно через прослойку электроизоляционного материала. Удельное объемное сопротивление пленки покрытия будет лимитироваться в основном удельным сопротивлением пленкообразующего компонента краски, которое на несколько порядков выше, чем у графита.Electrically conductive paints based on natural and synthetic oils and varnishes with graphite filler are widely used to produce artificial film conductive coatings (resistes) on large surface areas of products in various heating devices, in the radio industry for the manufacture of radar absorbing aggregates, etc. [see, for example, patents RU 2083619, RU 2472825, etc.]. After drying, the paint coating layer has a specific volume resistance of the order of 10 2 ÷ 10 4 Ohm • cm. The high specific resistance of the paint film is explained by the fact that despite a significant percentage of graphite powder (10 ÷ 50% of the total weight of the composition), which has a low specific resistance in its pure form - (11 ÷ 13) × 10 -6 Ohm • cm, it is practically impossible to ensure direct close contact between the finely dispersed adjacent graphite particles with each other, since these particles are coated with oil or varnish during the dispersion of the components during the manufacture of the composition, resulting in contact adjacent graphite particles in the dried coating is carried out mainly through the interlayer insulating material. The specific volume resistance of the coating film will be limited mainly by the specific resistance of the film-forming component of the paint, which is several orders of magnitude higher than that of graphite.
Однозначного мнения о механизме электропроводности наполненных полимерных пленок пока не существует. Считают [см., например, патент RU 2460750], что при большом количестве наполнителя перенос электрического заряда частично проходит за счет непосредственного контакта между проводящими частицами, образующими непрерывные цепочки в диэлектрической пленке. Если наполнителя мало или его частицы при изготовлении состава плотно обволакиваются пленкообразующим компонентом краски (т.е. непосредственный контакт между отдельными частицами отсутствует), то перенос заряда осуществляется через него путем туннелирования, и удельное электросопротивление получаемой пленки будет иметь порядок диэлектрика - затвердевшего электроизоляционного материала.An unequivocal opinion on the mechanism of electrical conductivity of filled polymer films does not yet exist. It is believed [see, for example, patent RU 2460750] that with a large amount of filler, the transfer of electric charge partially takes place due to direct contact between the conductive particles forming continuous chains in the dielectric film. If there is little filler or its particles in the manufacture of the composition are densely enveloped by the film-forming component of the paint (i.e. there is no direct contact between the individual particles), then charge transfer is carried out through it by tunneling, and the electrical resistivity of the resulting film will be of the order of the dielectric - hardened insulating material.
Авторами изобретения установлено, что при контакте газообразного гексафторида урана и/или фтористого водорода с лакокрасочным материалом, в котором диспергирован порошкообразный графитовый наполнитель, происходит разрушение пленки лака или масла, обволакивающего частицы порошка графита. В результате меняется (уменьшается) электрическое сопротивление контакта между проводящими частицами графита, которое отражается на изменении общего электрического сопротивления слоя лакокрасочного материала на диэлектрической подложке. Изменение общего электрического сопротивления слоя лакокрасочного материала легко фиксируется известными средствами диагностики при пропускании электрического тока. Причем, поскольку толщина прослойки электроизоляционного материала из масла или лака между проводящими частицами графита составляет очень малую величину (доли микрометра), то и время реагирования предложенного датчика на появление в газовой среде газообразного гексафторида урана и/или фтористого водорода будет очень малым.The inventors have found that upon contact of gaseous uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride with a paint and varnish material in which powdered graphite filler is dispersed, the film of varnish or oil, enveloping particles of graphite powder, is destroyed. As a result, the electrical resistance of the contact between the conductive particles of graphite changes (decreases), which is reflected in the change in the total electrical resistance of the layer of paint material on the dielectric substrate. The change in the total electrical resistance of the layer of paint material is easily fixed by known diagnostic tools when passing an electric current. Moreover, since the thickness of the layer of electrical insulating material from oil or varnish between the conductive particles of graphite is very small (micrometer fractions), the response time of the proposed sensor to the appearance of gaseous uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride in the gas medium will be very small.
Порошкообразный графит диспергируют в масле или лаке известными способами. Для обеспечения необходимой вязкости при смешении и получения равномерного слоя лакокрасочного материала на диэлектрической подложке используют известные органические разбавители. Слои лакокрасочного материала наносятся кистью, валиком, методами окунания, налива или пневматического распыления.Powdered graphite is dispersed in oil or varnish by known methods. To ensure the necessary viscosity during mixing and to obtain a uniform layer of paint material on a dielectric substrate, known organic diluents are used. Coatings are applied by brush, roller, dipping, filling or pneumatic spraying methods.
Толщина слоя лакокрасочного материала с диспергированным порошкообразным графитовым наполнителем обычно составляет 20÷30 мкм. Считается, что для получения качественного электропроводящего покрытия окончательная толщина слоя должна быть больше максимального размера частиц графита не менее чем в 10 раз. Для чего применяется нанесение нескольких слоев лакокрасочного материала или использование в качестве порошкообразного графитового наполнителя коллоидно-графитовых препаратов, например, марки КГП по ТУ 113-08-48-63-90 с размерами частиц графита от 1 до 30 мкм. Возможно также применение порошков коллоидного графита марки ГК-1 по ТУ 6-08-316-75.The thickness of the layer of paint with dispersed powdered graphite filler is usually 20 ÷ 30 microns. It is believed that in order to obtain a high-quality electrically conductive coating, the final layer thickness should be no less than 10 times the maximum particle size of graphite. What is the use of applying several layers of paint and varnish material or using colloidal graphite preparations as a powdery graphite filler, for example, KGP grade according to TU 113-08-48-63-90 with graphite particle sizes from 1 to 30 microns. It is also possible to use powders of colloidal graphite grade GK-1 according to TU 6-08-316-75.
Использование коллоидно-графитовых препаратов (коллоидного графита) для диспергирования в масле или лаке позволяет получить более качественные электропроводящие лакокрасочные покрытия на диэлектрической подложке и, соответственно, создать более работоспособные датчики.The use of colloidal graphite preparations (colloidal graphite) for dispersion in oil or varnish allows to obtain better electrically conductive coatings on a dielectric substrate and, accordingly, to create more efficient sensors.
В качестве материала диэлектрической подложки, устойчивого к действию гексафторида урана и/или фтористого водорода, выбран оксид алюминия в форме корунда, хотя возможно использование и других спеченных оксидных материалов.Alumina in the form of corundum is selected as a material of a dielectric substrate resistant to uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride, although other sintered oxide materials can be used.
В отличие от пленочного образца прототипа более удобной признана цилиндрическая трубчатая форма датчика, позволяющая организовать хороший токосъем с электропроводящего лакокрасочного слоя и таким образом повысить чувствительность датчика.In contrast to the prototype film sample, the cylindrical tubular shape of the sensor is recognized to be more convenient, which makes it possible to organize good current collection from the electrically conductive paint layer and thereby increase the sensitivity of the sensor.
Длина слоя электропроводного лакокрасочного материала между электродами на диэлектрической подложке не лимитирует работоспособность предложенного датчика и на практике составляет от 5 до 50 мм.The length of the layer of conductive paint material between the electrodes on the dielectric substrate does not limit the operability of the proposed sensor and in practice ranges from 5 to 50 mm.
Ниже приведены конкретные варианты использования датчика по предложенному способу для обнаружения присутствия паров гексафторида урана и/или фтористого водорода.The following are specific uses of the sensor according to the proposed method for detecting the presence of vapors of uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride.
Пример 1. Моделировали микроутечки гексафторида урана и/или фтористого водорода. Проверку чувствительности предложенных датчиков к фтористому водороду проверяли на экспериментальной установке «Микрогаз-Ф» с источником микропотоков газов: диапазон измерений концентраций фтористого водорода от 0,01 до 1000 мг/м3; использовался источник микропотоков газов с производительностью по фтористому водороду 4,47 мкг/мин при продувке установки газом-разбавителем азотом по ТУ 6-21-39-79 с расходом от 0,1 до 1,0 дм3/мин. Электрическое сопротивление лакокрасочного покрытия датчика измерялось мультиметром AM-1006 фирмы «АКТАКОМ» (класс точности 0,5); для измерения временных интервалов использовался секундомер СОСпр-2б-2 по ТУ 25-1894.003-90 (допустимая погрешность ±1,8 с).Example 1. Simulated micro leakage of uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride. The verification of the sensitivity of the proposed sensors to hydrogen fluoride was checked on the experimental installation "Microgas-F" with a source of gas microflows: the range of measurements of hydrogen fluoride concentrations from 0.01 to 1000 mg / m 3 ; a source of gas microflows with a hydrogen fluoride productivity of 4.47 μg / min was used when the plant was purged with nitrogen diluent gas in accordance with TU 6-21-39-79 with a flow rate of 0.1 to 1.0 dm 3 / min. The electrical resistance of the sensor’s paint coating was measured with an AKAKOM multimeter AM-1006 (accuracy class 0.5); To measure the time intervals, the SOSPR-2B-2 stopwatch was used in accordance with TU 25-1894.003-90 (permissible error ± 1.8 s).
Тестированию подвергали датчик, схема которого приведена на рисунке (см. фиг.1). Чувствительный слой 2 датчика получен однократным напылением дисперсии коллоидного графита в натуральном лаке на керамическую трубку 1 из спеченного оксида алюминия. Диаметр керамической трубки 10 мм, длина электропроводного лакокрасочного покрытия между электродами 3 равнялась 26 мм. Электрическое сопротивление лакокрасочного покрытия 2 между электродами 3 датчика составляло 7,61 кОм. При тестировании датчик поместили в специально изготовленный контейнер с подключением проводов 4 к мультиметру. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1-4.The sensor was tested, the circuit of which is shown in the figure (see figure 1). The sensitive layer 2 of the sensor was obtained by a single spraying of a dispersion of colloidal graphite in natural varnish on a ceramic tube 1 made of sintered aluminum oxide. The diameter of the ceramic tube is 10 mm, the length of the electrically conductive paint coating between the electrodes 3 was 26 mm. The electrical resistance of the paintwork 2 between the electrodes 3 of the sensor was 7.61 kOhm. During testing, the sensor was placed in a specially made container with 4 wires connected to the multimeter. The experimental results are shown in tables 1-4.
Как видно из табл.1, предложенный датчик обладает чувствительностью к фтористому водороду в концентрациях порядка единиц ppm.As can be seen from table 1, the proposed sensor is sensitive to hydrogen fluoride in concentrations of the order of ppm units.
После окончания первой серии измерений датчик обдули чистым азотом, при этом электрическое сопротивление лакокрасочного слоя частично восстановилось до 7,58 кОм. Затем опыт повторили при концентрации фтористого водорода в потоке азота 18 ppm (см. табл.2).After the end of the first series of measurements, the sensor was blown with pure nitrogen, while the electrical resistance of the paint layer partially restored to 7.58 kOhm. Then the experiment was repeated at a concentration of hydrogen fluoride in a nitrogen stream of 18 ppm (see table 2).
Как видно, при увеличении концентрации фтористого водорода в продуваемом газе в 3 раза скорость изменения электрического сопротивления лакокрасочного слоя датчика увеличилась почти в 4 раза.As you can see, with an increase in the concentration of hydrogen fluoride in the purged gas by 3 times, the rate of change in the electrical resistance of the paint layer of the sensor increased by almost 4 times.
После окончания второй серии измерений датчик обдули чистым азотом, при этом электрическое сопротивление лакокрасочного слоя частично восстановилось до 7,55 кОм. Опыт повторили при концентрации фтористого водорода в потоке азота 27 ppm (см. табл.3).After the second series of measurements, the sensor was blown with pure nitrogen, while the electrical resistance of the paint layer partially restored to 7.55 kOhm. The experiment was repeated at a concentration of hydrogen fluoride in a nitrogen stream of 27 ppm (see table 3).
При незначительном изменении концентрации результаты табл.2 мало отличаются от результатов табл.3. Таким образом, предложенный датчик обеспечивает хорошую повторяемость результатов измерений.With a slight change in concentration, the results of Table 2 differ little from the results of Table 3. Thus, the proposed sensor provides good repeatability of the measurement results.
После окончания третьей серии измерений датчик обдули чистым азотом, при этом электрическое сопротивление лакокрасочного слоя частично восстановилось до 7,53 кОм. Опыт повторили при концентрации фтористого водорода в потоке азота 54 ppm (см. табл.4).After the third series of measurements, the sensor was blown with pure nitrogen, while the electrical resistance of the paint layer partially restored to 7.53 kOhm. The experiment was repeated at a concentration of hydrogen fluoride in a nitrogen stream of 54 ppm (see table 4).
При увеличении концентрации фтористого водорода в продуваемом газе в 2 раза (см. табл.3 и 4) скорость изменения электрического сопротивления лакокрасочного слоя датчика увеличилась в 2 с лишним раза.With an increase in the concentration of hydrogen fluoride in the purged gas by a factor of 2 (see Tables 3 and 4), the rate of change in the electrical resistance of the sensor paint layer increased by more than 2 times.
После выдержки в течение 60 часов вне атмосферы паров фтористого водорода электрическое сопротивление лакокрасочного слоя датчика полностью восстановилось до 7,61 кОм. Таким образом, при малых концентрациях фтористого водорода датчик работает по механизму сорбции-десорбции фтористого водорода (или его азеотропа с парами воды) на поверхности электропроводного лакокрасочного покрытия.After exposure for 60 hours outside the atmosphere of hydrogen fluoride vapor, the electrical resistance of the sensor paint layer completely recovered to 7.61 kOhm. Thus, at low concentrations of hydrogen fluoride, the sensor works by the mechanism of sorption-desorption of hydrogen fluoride (or its azeotrope with water vapor) on the surface of an electrically conductive paint coating.
Из данных табл.1-4 следует, что чувствительность предложенного датчика к фтористому водороду соответствует прототипу.From the data of tables 1-4 it follows that the sensitivity of the proposed sensor to hydrogen fluoride corresponds to the prototype.
Пример 2. Моделировали утечку фтористого водорода при «катастрофической» разгерметизации емкости в автоклаве. Проверку чувствительности предложенного датчика к парам фтористоводородной кислоты проводили с использованием 30%-ной плавиковой кислоты. Конструкция датчика соответствовала условиям примера 1. Электропроводный лакокрасочный слой на диэлектрической подложке получали напылением трех слоев графитсодержащего лака с последующим нагреванием до 500°C. Нагревание осуществляли для частичного удаления летучих компонентов лака и увеличения проводимости лакокрасочного слоя. В итоге электрическое сопротивление лакокрасочного покрытия 2 между электродами 3 датчика составило 0,55 кОм при длине слоя лакокрасочного материала 36 мм. Приборы для тестирования датчика соответствовали условиям примера 1.Example 2. A simulated leak of hydrogen fluoride during the "catastrophic" depressurization of the container in an autoclave. The sensitivity of the proposed sensor to the pairs of hydrofluoric acid was tested using 30% hydrofluoric acid. The sensor design corresponded to the conditions of Example 1. An electrically conductive paint layer on a dielectric substrate was obtained by sputtering three layers of graphite-containing varnish, followed by heating to 500 ° C. Heating was carried out to partially remove the volatile components of the varnish and increase the conductivity of the paint layer. As a result, the electrical resistance of the paintwork 2 between the electrodes 3 of the sensor was 0.55 kOhm with a length of the layer of paintwork material 36 mm. The devices for testing the sensor met the conditions of example 1.
Датчик помещали в горловину банки над поверхностью кислоты. Расчетная концентрация паров фтористого водорода соответствовала 22% об. Результаты опыта приведены в таблице 5.The sensor was placed in the neck of the can above the surface of the acid. The calculated concentration of hydrogen fluoride vapor corresponded to 22% vol. The results of the experiment are shown in table 5.
Как видно из табл.5, датчик реагирует на большую концентрацию фтористого водорода в газовой среде практически мгновенно.As can be seen from table 5, the sensor responds to a large concentration of hydrogen fluoride in the gas medium almost instantly.
Пример 3. Моделировали микроутечку гексафторида урана. Проверку чувствительности предложенного датчика к парам фтористоводородной кислоты проводили с использованием промышленного гексафторида урана. Конструкция датчика и приборы для тестирования соответствовали условиям примера 1. Электрическое сопротивление лакокрасочного покрытия 2 между электродами 3 датчика составило 6,26 кОм при длине слоя лакокрасочного материала на диэлектрической подложке 18 мм.Example 3. A micro leak of uranium hexafluoride was simulated. The sensitivity of the proposed sensor to the pairs of hydrofluoric acid was tested using industrial uranium hexafluoride. The design of the sensor and the testing devices corresponded to the conditions of Example 1. The electrical resistance of the paint 2 between the electrodes 3 of the sensor was 6.26 kOhm with a length of the layer of paint on the dielectric substrate 18 mm.
Емкость с гексафторидом урана замораживали до температуры «минус» 20÷24°C. Крышку емкости вскрывали и датчик помещали в горловину баллона. Расчетное давление паров UF6 над поверхностью твердой фазы равнялось 3 мм рт.ст., что соответствовало содержанию газообразного гексафторида урана в объеме баллона ~0,4% об. Результаты опыта приведены в таблице 6.The container with uranium hexafluoride was frozen to a temperature of “minus” 20 ÷ 24 ° C. The lid of the container was opened and the sensor was placed in the neck of the container. The calculated vapor pressure of UF 6 above the surface of the solid phase was 3 mmHg, which corresponded to the content of gaseous uranium hexafluoride in the tank volume of ~ 0.4% vol. The results of the experiment are shown in table 6.
датчика при воздействии газовой смеси с содержанием гексафторида урана ~0,4% об.Change in electrical resistance of the paint layer
the sensor when exposed to a gas mixture with a uranium hexafluoride content of ~ 0.4% vol.
Длина электропроводов 4 для подключения мультиметра к слою лакокрасочного покрытия 2 составляла несколько метров.The length of the electrical wires 4 for connecting the multimeter to the layer of paintwork 2 was several meters.
Из данных табл.6 следует, что предложенный датчик обладает высокой чувствительностью к газовой фазе гексафторида урана.From the data of Table 6 it follows that the proposed sensor is highly sensitive to the gas phase of uranium hexafluoride.
Таким образом, предложенные способ обнаружения утечки газообразного гексафторида урана и/или фтористого водорода и реализующий его датчик позволяют практически мгновенно обнаруживать появление указанных веществ в газовой фазе контролируемых объемов с выдачей сигнала о факте утечки. Датчик по сравнению с прототипом очень прост в изготовлении и в некоторых случаях поддается регенерации для повторного использования. Электрические схемы включения датчика в систему контроля утечки газов не требует сложного приборного оформления. По эффективности предложенное техническое решение значительно превосходит известные аналоги, в том числе и описанный в прототипе. Из-за простоты и дешевизны предложенных датчиков в больших контролируемых объемах (автоклавах) можно разместить одновременно по несколько датчиков, что исключит ошибки ложного срабатывания.Thus, the proposed method for detecting a leak of gaseous uranium hexafluoride and / or hydrogen fluoride and a sensor that implements it make it possible to almost instantly detect the occurrence of these substances in the gas phase of controlled volumes with a signal about the leak. The sensor compared to the prototype is very simple to manufacture and in some cases can be regenerated for reuse. The electrical circuits for connecting the sensor to the gas leakage control system do not require complex instrumentation. In terms of effectiveness, the proposed technical solution significantly exceeds known analogues, including the one described in the prototype. Due to the simplicity and cheapness of the proposed sensors in large controlled volumes (autoclaves), several sensors can be placed at the same time, which eliminates false positive errors.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136475/28A RU2541708C1 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Method of detecting leak of gaseous uranium hexafluoride and/or hydrogen fluoride and detector for leak detection |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013136475/28A RU2541708C1 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Method of detecting leak of gaseous uranium hexafluoride and/or hydrogen fluoride and detector for leak detection |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013136475A RU2013136475A (en) | 2015-02-10 |
RU2541708C1 true RU2541708C1 (en) | 2015-02-20 |
Family
ID=53281756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013136475/28A RU2541708C1 (en) | 2013-08-02 | 2013-08-02 | Method of detecting leak of gaseous uranium hexafluoride and/or hydrogen fluoride and detector for leak detection |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2541708C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2599513C1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-10 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский химико-аналитический институт" (АО "ГосНИИхиманалит") | Indicator paint for detection of hydrogen fluoride and its aqueous solutions |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2159930C1 (en) * | 1999-11-29 | 2000-11-27 | Власов Анатолий Николаевич | Procedure for diagnostics of main pipe-lines with use of radioactive indicators |
RU2317258C2 (en) * | 2005-11-15 | 2008-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ | Device for concentration of the impurities in uranium hexafluoride |
JP2011106861A (en) * | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen fluoride-containing gas detector, hydrogen fluoride-containing gas treatment apparatus and hydrogen fluoride-containing gas detection method |
EP1590814B1 (en) * | 2003-02-05 | 2011-08-03 | Westinghouse Electric Company LLC | Method for shipping uranium hexafluoride |
-
2013
- 2013-08-02 RU RU2013136475/28A patent/RU2541708C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2159930C1 (en) * | 1999-11-29 | 2000-11-27 | Власов Анатолий Николаевич | Procedure for diagnostics of main pipe-lines with use of radioactive indicators |
EP1590814B1 (en) * | 2003-02-05 | 2011-08-03 | Westinghouse Electric Company LLC | Method for shipping uranium hexafluoride |
RU2317258C2 (en) * | 2005-11-15 | 2008-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ | Device for concentration of the impurities in uranium hexafluoride |
JP2011106861A (en) * | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen fluoride-containing gas detector, hydrogen fluoride-containing gas treatment apparatus and hydrogen fluoride-containing gas detection method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2599513C1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-10 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский химико-аналитический институт" (АО "ГосНИИхиманалит") | Indicator paint for detection of hydrogen fluoride and its aqueous solutions |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013136475A (en) | 2015-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Duncan et al. | Review of measurement and modelling of permeation and diffusion in polymers. | |
Sing | Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Provisional) | |
US20060236755A1 (en) | Accelerated ultralow moisture permeation measurement | |
McLagan et al. | The effects of meteorological parameters and diffusive barrier reuse on the sampling rate of a passive air sampler for gaseous mercury | |
CN101881688A (en) | Standard distribution sample for detecting comprehensive performance of environmental chamber and detection method thereof | |
US3487677A (en) | Method for leak detection | |
CN105973832B (en) | VOC substance on-line measuring device in a kind of gas based on ultraviolet lamp | |
RU2541708C1 (en) | Method of detecting leak of gaseous uranium hexafluoride and/or hydrogen fluoride and detector for leak detection | |
Small et al. | Iodine detection in Ag-mordenite based sensors: Charge conduction pathway determinations | |
CN203616482U (en) | Measuring system for detection efficiency of airbone radioactive iodine measuring instrument | |
CN104297299B (en) | A kind of outer wall is the quality determining method of the non-conductive coated inside of lining pipe of metal | |
US11486816B2 (en) | Corrosion measurement device | |
CN103616712B (en) | The measuring method of the detection efficiency of Airborne Radioiodine surveying instrument | |
US4237726A (en) | Process for predicting the useful life of a respirator cartridge | |
Lomax | Permeation of gases and vapours through polymer films and thin sheet—part I | |
JP4167900B2 (en) | Multilayer composite and test method and apparatus for containers made therefrom | |
US20190302078A1 (en) | Sensor for the Direct Detection of Iodine | |
JPH0217071B2 (en) | ||
CN104181275B (en) | MATERIALS ' DYNAMIC adsorption coefficient measurement mechanism under a kind of vacuum state | |
RU205232U1 (en) | HOLDER OF SAMPLES FOR REGISTRATION OF X-RAY ABSORPTION SPECTRA IN THE INERT ATMOSPHERE | |
Zhou et al. | Development of a system for measurement of permeability of aroma compounds through multilayer polymer films by coupling dynamic vapour sorption with purge‐and‐trap/fast gas chromatography | |
Herbst et al. | Helium transmission rate as a rapid and reliable method for assessing the water vapour transmission rate of transparent PET‐SiOx barrier foils | |
RU2528032C2 (en) | Method of manufacturing of sensitive element of gas sensors with carbon nanotubes | |
CN112326509A (en) | Experimental device and method for measuring diffusion coefficient of tritium in non-metallic material | |
JPH0464572B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180803 |