Проверка возможностей нейтронного спектрального анализа для контроля содержания и изотопного состава урана разного обогащения

***Начальная толщина находится для каждой линии по формуле

t0=0,1*(-lnTmin/уmax)

t0=0,1*(-ln0,18/1250)=0,000126

где уmax-сечение в максимуме(барн)

****Шаг изменения толщины=t0/10

*****405-325=80 разница между конечным и начальным каналом, которые были найдены ранее из графика.

Толщина t0=0,00725(атом/барн) и Sрасч,эВ=0,342эв находится в файле U5pl, Если войти в файл U5pl, то увидим зависимость площади от толщины.

Следующий этап это определение погрешностей полученных нами значений.

При помощи программы NABSUM посчитаем площадь провала (Рис.7)

путём вычитания из площади под верхней огибающей провала (Рис.8)

площади под провалом (Рис.9).

Рис. 7 Рис. 8 Рис. 9

Найдем содержание, которое соответствует «недосчитанной» площади S2; обозначим его t2. Найдем величину недосчета площади S2 до площади S1, пПосчитанной в Areaex. Затем найдём содержание, соответствующее S1- - t3.

Рис. 10 Определение действительного содержания

Из Рис. 10 видно, что погрешность содержания -?t равна t1-t3,а итоговый результат: t±?t

Окончательный результат будет: t=0,00732± 0,00028(атом/барн) и находиться в файле U5pl.

Обработка остальных провалов в спектрах происходит по аналогичной методике.

Определение содержания каждого изотопа в образце. Неравноточные измерения.

При проведении расчетов, в которых использовались данные из различных спектров, причем измерения могли быть проведены в различных условиях, с разными погрешностями, разными авторами использовались взвешенные усредненные оценки. В общем случае при подобных неравноточных измерениях дисперсии распределений в различных сериях отличаются друг от друга и для нахождения требуемых значений вводились весовые коэффиценты или веса измерений, обратно пропорциональные дисперсиям входящих в сумирование компанент.

На практике часто встречаются результаты неравноточных измерений некоторой величины х, когда имеется набор средних значений хср*i (при i=1,2,3,...,пи), полученных с различной точностью. Средние значения хср*i были найдены в каждой i-й серии по результатам ni измерений величин хij (j=1,2,3,..:, ni):

хср.i=1/nУxij

Рассматриваемые серии измерений могли быть проведены в различных условиях, при разных погрешностях, при использовании отличающихся методик. В общем случае при неравноточных измерениях дисперсии распределений в различных сериях отличаются друг от друга.

Для нахождения оценки величины х0 необходимо знать так называемые весовые коэффициенты или веса рi значений Хср.i для каждой серии измерений. Коэффициенты рi показывают степень доверия к результату xi каждой серии измерений. Чем меньше разброс измеренных в серии значений хij, тем меньше уi, следовательно точнее хср.i и больше вес этого значения. Веса неравноточных измерений обратно пропорциональны их дисперсиям у2xi Чем больше у2xi, тем менее точно произведена оценка величины х0, меньше величина рi, и надёжность результата. Если веса рi значений хср.i известны, то все необходимые величины могут быть рассчитаны по формулам :

хср.= у

xср.=1/pУ рi хср.i .

Размещено на http://www.allbest.ru/

3.3 Расчет содержания изотопа в исследовавшихся образцах.

Для анализа и возможностей НСА в работу были включены спектры пропускания, полученные при «просветке» нейтронами блочков БФС в направлении вдоль оси. Имелось 7 блочков различной толщины: 4 тонких (S925otn, S927otn, r431otn, r439otn) и 3 более толстых образца (S924otn, r580otn, r580otn) 90% обогащения.

На примере рассмотрим один спектр S927otn тонкого образца. На рисунке 12 показано резонансное пропускание спектра s927otn до энергии 7,08эВ, а на рисунке 13 выше 7,08эВ. Из первой половины спектра (рис. 12) мы можем наблюдать 9 провалов, из которых шесть принадлежат линии U235 и по одной U238( Е=6,67эВ), U236 (Е=5,45эВ), U234 (Е=5,16эВ). Из этого графика видно, что триплет имеет изолированные провалы. Совсем по другому ведет себя линия U238 (Е=6,67эВ), по краям которой имеются провалы, принадлежащие U235 при энергиях 6,39эВ и 7,08эВ из-за наложения линий друг на друга. Поэтому чтобы достоверно посчитать содержание изотопов на этом участке, приходилось переходить от метода площадей к методу «расщепления» (рассмотрено в разделе 3.4). На рисунке 13 показано резонансное пропускание спектра s927otn при энергиях выше 7,08эВ. Из рисунка 13 видно большое количество провалов U235 и всего два относящихся к U238 при энергии 21эВ и 36,71эВ. Так же многие линии являются мультиплетами (все линии относятся к U235), поэтому для простоты вычислений обработка велась как для нижних по энергии синглетов (участок 15,40-16,68эВ и 33,52-35,18эВ). Выше 41,87эВ мы не можем подняться из за сильного перекрывания линий.

Рассмотрим более подробно как ведут себя провалы в тонких и толстых образцах. На рисунке 11 показан участок совместного графика толстого и тонкого образца. Более жирная штриховая линия относится к спектру s924otn (толстый образец), более тонкая -к спектру s927otn.



Рисунок 11. Пропускание спектра S927otn и S924otn

Из рисунка 11 можно заметить, что у толстого образца более сильные линии, обладающие более выраженными провалами по отношению к тонкому образцу. Особенно это заметно при энергии Е=5,45эВ (U236) и E=6,67эВ(U238). Но возникает проблема наложения линий, которые для применимости метода площадей пришлось «расщеплять». Поэтому в толстых образцах приходилось применять метод «расщепления» при нахождении содержания триплета (рассмотрено в разделе 3.4). А для определения содержания по линии U238 нужно было «срезать» налогающиеся на нее пики, принадлежащие U235. Можно отметить, что перекрывание линий при возрастании энергии для тонких образцов менее существенно, чем для толстых. Это связано с уширением линий для толстых образцов, для которых при нашей обработке невозможно подняться выше 21эВ. Это приводит к более худшим результатам по линии U238, так как нет возможности определить содержание при энергии 36,71эВ (U238). Ниже приводятся результаты обработки по каждому спектру в отдельности.

Таблица 2. Результаты обработки спектра S927otn

Рисунок 12. Пропускание спектра S927otn

Рисунок 13. Пропускание спектра S927otn

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 3. Результаты обработки спектра S925otn

Таблица 4. Результаты обработки спектра r431otn

Таблица 5. Результаты обработки спектра r439otn

Таблица 6. Результаты обработки спектра r582otn

Таблица 7. Результаты обработки спектра r580otn

Таблица 8. Результаты обработки спектра S924otn

Из таблиц видно, что наиболее крупные размеры имел образец S924otn. Как и предполагалось большинство обработанных провалов в спектрах имеют тонкие образцы, что дает возможность определить содержания U238 при E=36,71, а в спектре S925otn при E=66,03эВ. В результате усреднения всех данных мы получим абсолютное содержание отдельного изотопа в образцах дисков и затем процентный изотопный состав.

Таблица 9 Итоговое содержание изотопов (в 10?4 атом/барн) в тонких блочках БФС при обогащении 90%

Изотоп	Проба s925otn (обогащение 90%)	Проба s927otn (обогащение 90%)	Проба r431otn (обогащение 90%)	Проба r439otn (обогащение 90%)
	t±?t(атом/барн) *10?4	t±?t(атом/барн) *10?4	t±?t(атом/барн) *10?4	t±?t(атом/барн) *10?4
U234	0,156±0,008	0,214±0,013	0,23±0,02	0,19±0,02
U235	17,94±0,63	17,33±0,58	16,35±1,17	15,82±0,53
U236	0,053±0,004	0,075±0,009	0,048±0,005	0,065±0,004
U238	2,13±0,08	2,11±0,09	1,95±0,08	1,94±0,09

Таблица 10 Итоговое содержание изотопов (в 10?4 атом/барн) в толстых блочках БФС с обогащением 90%

Изотоп	Проба s924otn (обогащение 90%)	Проба r582otn (обогащение 90%)	Проба r580otn (обогащение 90%)
	t±?t(атом/барн) *10?3	t±?t(атом/барн) *10?4	t±?t(атом/барн) *10?4
U234	0,189±0,009	0,45±0,04	0,52±0,04
U235	18,48±0,62	47,33±3,55	53,23±3,34
U236	0,237±0,013	0,32±0,03	0,36±0,03
U238	1,98±0,07	7,54±0,55	7,63±0,62

Таблица 11 Изотопный состав тонких блочков БФС с обогащением 90%

Изотоп	Проба s925otn (обогащение 90%)	Проба s927otn (обогащение 90%)	Проба r431otn (обогащение 90%)	Проба r439otn (обогащение 90%)
	д±?д%	д±?д%	д±?д%	д±?д%
U234	0,77±0,03	0,86±0,04	1,23±0,08	1,07±0,06
U235	89,16±2,84	87,85±2,16	87,84±3,74	89,02±2,12
U236	0,26±0,01	0,21±0,02	0,25±0,01	0,19±0,02
U238	9,79±0,56	10,66±0,39	9,96±0,36	9,23±0,41

Таблица 12 Изотопный состав толстых блочков БФС с обогащением 90%

Изотоп	Проба s924otn (обогащение 90%)	Проба r582otn (обогащение 90%)	Проба r580otn (обогащение 90%)
	д±?д%	д±?д%	д±?д%
U234	0,97±0,03	0,82±0,05	0,84±0,05
U235	88,17±3,68	85,05±5,32	86,22±4,82
U236	1,22±0,04	0,57±0,03	0,58±0,03
U238	9,63±0,47	13,55±0,72	12,36±0,56

В обработку также были включены тонкие образцы (r555otn, r557otn) и более толстые ( r606otn, s926otn) - 36% обогащения.

Разберем подробно один из предложенных выше спектров, полученных при просвечивание узким пучком нейтронов плоского образца. На рисунке 14 показано резонансное пропускание спектра s926otn до энергии 6,67эВ, а на втором рисунке 15 выше 6,67эВ. Из первой половины спектра мы можем наблюдать 7 провалов. Помимо большого количества изолированных линий U235 хорошо видны линии U234 (Е=5,16эВ) и U236 (E=5,45эВ). И так же весомый провал U238 (E=6,67эВ), по краям которого видны небольшие «сережки» принадлежащие U235 (E=6,39эВ и E=7,08эВ) из за перекрывания линий. Если посмотреть на поведение сечения U235 и U238, то можно увидеть как ведут себя резонансы в данных энергиях. Видно, что на краях резонанса U238 справа и слева имеются небольшие пики, принадлежащие U235. Это приводит к тому, что при резонансном пропускании наблюдается «искажение» провала по обе стороны крыльев. Поэтому содержание, полученное при предположении, что это линия лишь U238 будет иметь ложное значение и существенную погрешность.

Таблица 13. Результаты обработки спектра s926otn

Таблица 14. Результаты обработки спектра r606otn

Для того, чтобы этого избежать, нужно срезать данные «изломы» и уже после искать содержание U238.

В данном спектре триплет имеет ярко выраженные провалы, но «потолок» его немного не дотягивает до единицы, что может внести существенное влияние при определении содержания U236. Как и при 90% обогащении приходилось переходить от метода площадей к методу «расщепления» (раздел 3.4). На рисунке 15 показано резонансное пропускание спектра s926otn выше 6,67эВ. Из него мы можем наблюдать девять провалов U235 и всего один U238( E=21эВ). Все провалы достаточно изолированы, что дает возможность надежно измерить площадь провала. И хорошо определить содержание по каждому провалу в отдельности. Как и при 90% обогащении, при анализе спектров 36% обогащения было выявлено значительное число мультиплетов (все линии относятся к U235). Так же при сравнении спектров различного обогащения было замечено ряд особенностей. Если обратить внимание на поведение линии U238(E=6,67эВ) в спектре s926otn и на нее же в s927otn (раздел 3.3 рис. 12), то можно заметить, что при 36% обогащении провал U238 более выражен и имеет менее чувствительные пики U235. Это связано с меньшим количеством U235 в 36% образцах. Ниже приводятся результаты обработки по каждому спектру в отдельности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 14. Пропускание спектра S926otn

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 15. Пропускание спектра S926otn

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 15. Результаты обработки спектра r555otn

Таблица 16. Результаты обработки спектра r557otn

В результате усреднения всех данных мы получим абсолютное содержание отдельного изотопа (табл. 17) во всем образце дисков и затем процентный изотопный состав (табл. 18). Полученные данные имеют хорошую точность и подтверждают 36% обогащение.

Таблица 17 Итоговое содержание изотопов (в 10?3 атом/барн) в данных образцах дисков

Изотоп	Проба r555otn (обогащение 36%)	Проба r557otn (обогащение 36%)	Проба r606otn (обогащение 36%)	Проба s926otn (обогащение 36%)
	t±?t(атом/барн) *10?3	t±?t(атом/барн) *10?3	t±?t(атом/барн) *10?3	t±?t(атом/барн) *10?3
U234	0,043±0,003	0,039±0,003	0,075±0,003	0,075±0,004
U235	3,48±0,16	3,52±0,12	7,73±0,35	7,26±0,26
U236	0,036±0,004	0,034±0,002	0,092±0,005	0,095±0,005
U238	6,27±0,36	6,21±0,11	14,22±0,95	12,95±0,23

Таблица 18 Процентный изотопный состав пробы дисков

Изотоп	Проба r555otn (обогащение 36%)	Проба r557otn (обогащение 36%)	Проба r606otn (обогащение 36%)	Проба s926otn (обогащение 36%)
	д±?д%	д±?д%	д±?д%	д±?д%
U234	0,44±0,03	0,41±0,03	0,34±0,02	0,37±0,02
U235	35,41±1,77	35,91±1,37	34,96±2,36	35,62±1,26
U236	0,36±0,02	0,34±0,02	0,41±0,03	0,46±0,02
U238	63,79±3,32	63,36±2,25	64,29±4,58	63,54±2,15

В обработке имелись спектры пропускания, полученные при «просветке» сбоку (перпендикулярно оси) стержней реальной критической сборки. Применён узкий щелевой коллиматор нейтронного пучка - ширина щели вчетверо меньше, чем диаметр прижатого к ней стержня. Имелось четыре таких спектра - четыре для стержней с ураном 20% обогащения (pinur20, pin26, pin38, pin2126otn) и один спектр для стержня с обогащением 5% (pinur5). Различие обогащения определяет разное соотношение интенсивностей линий.

Остановимся подробнее на одном из спектров, полученных при просвечивание узким пучком нейтронов ТВЭЛа. На рисунке 16 показано резонансное пропускание спектра pinur20otn. Из графика можно видеть, что все сильные линии, взятые в анализ, достаточно изолированы, что дает возможность надежно измерить площадь провала. И хорошо определить содержание по каждому провалу в отдельности. Данный спектр имеет 5 линий U235 при энергиях равных (E=4,85эВ, E=8,79эВ, E=11,66эВ, E=12,39эВ, E=19,3эВ и E=23,4эВ), две линии U238 (E=6,67эВ, E=21эВ) и по одной U234(E=5,16эВ), U236(E=4,85эВ). В отличие от спектров pin26otn и pin38otn мы не можем подняться вверх по энергии выше E=23,4эВ (метод времени пролета лучше работает при малых энергиях). Происходит сильное перекрывание линий - наложение одного провала на другой. Это приводит к тому, что невозможно найти содержание для линии U238 при энергии Е=36,71эВ и Е=66,03эВ. Особое внимание при обработке результатов пришлось обратить на единственную линию U236. Так как происходит наложение двух практически совпадающих линий друг на друга, то нужно было убедиться, что данный провал принадлежит именно линии с энергией E=5,45эВ (U236), а не U235 при энергии E=5,48эВ. Хотя линия 5-го слабее ( можно убедиться посмотрев сечение при данных энергиях), но зато его содержание намного больше. А в показателе экспоненты в выражении для пропускания стоит произведение содержания на сечение. Для этого в начале пришлось найти содержание в предположении, что это провал принадлежит изотопу U235. Получившийся результат находится в файле pin20pl5 и имеет следующие значения t=((6,29±0,16)*10?3атом/барн)) а значение площади данного провала s=(5,21±0,26) *10?3эВ. Если посмотреть в табл 20, то можно заметить, что данное содержание не согласуется ни с одним из предыдущих, имеющимся по другим провалам - для U235 (слишком большое значение содержания). Теперь, посчитаем вклад содержания U235 в данном провале. Мы должны убедиться, что найденное нами содержание для U236 находящееся в файле pin20pl6 t=((0,00505±0,00022)*10?3(атом/барн)) s=(6,07±0,19) *10?3эВ не сильно зависит от наложения линии U235. Для этого зайдем в ранее найденный файл pin20pl5 табл.6 (участок данных pin20pl5) и найдем площадь соответствующую среднему значению содержания из таблицы 25 t=(1,56±0,07(атом/барн) *10?3). Из таблицы 19 видно, что среднему значению t соответствует площадь s= (1,33±0,07) *10?3). На следующем этапе мы должны определить значение площади провала линии U236 без вклада площади U235.

Таблица 19. Файл pin20pl5

Для этого вычтем из общей площади провала значение площади занимаемое U235. Получившееся значение s= (4,74±0,07) *10?3 эВ и есть искомая величина без учета вклада U235. Далее зайдем в файл pin20pl6 и определим для данной площади искомое содержание t=0,00501±0,00019(атом/барн) *10?3 (t=0,00505±0,00022(атом/барн) *10?3 - найденное ранее содержание). После всех вычислений можно с уверенностью сказать, что этот провал принадлежит именно U236 и вклад вносимый U235 слишком мал, чтобы существенно повлиять на результат. Аналогично были обработаны все спектры 20% обогащения. Кроме этого участок с единственной линией U236 был обработан и в некоторых спектрах 36% и 90% обогащения. Заметного вклада линии U235 на единственную линию U236 замечено не было.

При обработке провала с E=6,67эВ пришлось срезать «хвосты» (наложившиеся пики на основную линию U238), принадлежащие U235 (E=6,38эВ и E=7,07эВ). Ниже приведена таблица 20 по спектру pinur20otn.

Таблица 20. Результаты обработки спектра pinur20otn

Таким же путем были обработаны и остальные образцы. Ниже приводятся результаты обработки по каждому спектру в отдельности. Из таблиц видно, что в спектрах pin26otn, pin38otn мы можем опуститься ниже 36 эВ.

Таблица 21 Результаты обработки спектра pin26otn

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 16. Пропускание спектра pinur20otn

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 22. Результаты обработки спектра pin38otn

Таблица 23. Результаты обработки спектра pin2126otn

Особый интерес представляет спектр (образец ТВЭЛа) с обогащением 5% (pinur5otn) рисунок 17. В данном спектре видно существенное различие по сравнению с обогащением 20%. Мы можем наблюдать 4 линии U238 при энергиях равных (Е=6,67эВ, Е=21эВ, Е=36,71эВ, Е=66,03эВ). В отличие от 20% образцов данные провалы U238 имеют менее выраженную структуру. Это особенно видно при энергии E=6,67эВ. В нем мы практически не наблюдаем «хвосты» U235 из-за низкого его обогащения ( хорошо видно на рисунке 17). Также из за малого перекрывания линий есть возможность подняться выше 60эВ. Линии U234 и U236 в данном спектре не проявились.

Таблица 24. Результаты обработки спектра pinur5otn

В результате усреднения всех данных мы получим абсолютное содержание отдельного изотопа во всем образце (ТВЭЛа) и затем процентный изотопный состав.

Таблица 25 Итоговое содержание изотопов (в 10?3 атом/барн) в ТВЭЛах с заявленным обогащением 20% и 5%

Изотоп	Проба pinur20otn (обогащение 20%)	Проба pin26 (обогащение 20%)	Проба pin38 (обогащение 20%)	Проба pin2126 (обогащение 20%)	Проба pinur5 (обогащение 5%)
	t±?t(атом/барн) *10?4	t±?t(атом/барн) *10?4	t±?t(атом/барн) *10?4	t±?t(атом/барн) *10?4	t±?t(атом/барн) *10?4
U234	0,156±0,007	0,135±0,006	0,257±0,013	0,168±0,008
U235	15,6±0,9	16,6±1,2	15,4±0,9	15,6±0,8	4,93±0,22
U236	0,0505±0,0022	0,0505±0,0023	0,164±0,007	0,126±0,005
U238	71,4±2,9	68,4±2,5	60,3±1,3	73,8±2,4	94,9±2,5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 17. Пропускание спектра pinur5otn

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 26 Процентный изотопный состав образца (ТВЭЛа)

Изотоп	Проба pinur20otn (обогащение 20%)	Проба pin26 (обогащение 20%)	Проба pin38 (обогащение 20%)	Проба pin2126 (обогащение 20%)	Проба pinur5 (обогащение 5%)
	(д±?д)%	(д±?д)%	(д±?д)%	(д±?д)%	(д±?д)%
U234	0,17±0,01	0,15±0,01	0,33±0,02	0,18±0,01
U235	19,1±1,2	19,5±1,5	20,2±1,3	17,5±1,6	4,92±0,25
U236	0,052±0,004	0,059±0,003	0,22±0,02	0,16±0,01
U238	80,7±4,3	80,3±3,9	79,3±2,3	82,2±3,8	95,1±3,4

Из таблицы 25 видно, что наиболее хорошую точность имеют образцы 20% обогащения (pin26, pin38). Это связано с большим количеством провалов идентифицированных при анализе спектра. Наиболее худшие результаты по изотопу U235 имеет образец pin2126. Спектр 5% обогащения pinur5 так же имеет хорошую точность. Погрешность данных результатов не превышает 6%, что свидетельствует о высокой точности полученных данных достаточной для неразрушающей методики.

При анализе спектров в обработку так же был включен спектр природной смеси изотопов урана (r423otn). Так как природный уран состоит из U238(99,2739%) U235(0,7024%) U234(0,0057%), то из рисунка 18 мы можем наблюдать только три пика, относящиеся к U238. Остальные линии урана не видны из за ничтожно малого содержания данных изотопов в природной смеси. Все провалы имеют хорошую выраженность. Ниже представлена таблица 27 обработки по каждому провалу в отдельности. Полученные результаты согласуются в приделах своих погрешностей, что свидетельствует о высокой точности найденных значений.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 18. Пропускание спектра r423otn

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 27. Результаты обработки спектра r423otn

После усреднения всех данных из таблицы мы получим абсолютное содержание U238 в природной смеси t=(4,24±0,16)*10?3 (атом/барн)

3.4 Определение содержания U236 в исследовавшихся образцах

В данной работе особое внимание уделялось определению содержания U236 в образцах.

Следы U236 встречаются практически во всех спектрах толстого образца при E=5,48эВ(13571барн), которые подлежали обработке (за исключением образцов 5% обогащения. Особенно заметное его присутствие в спектрах s924eotn и s926eotn. Из графика видно, что провал изотопа U236 не дотягивает до единицы, что внесет существенную погрешность, а следовательно и достоверность полученного результата будет далека от истинного значения. Нужно было вытянуть «хвост» провала до 1. Так как метод площадей имеет место, только с изолированными линиями. Когда мы проводим "потолок" - верхнюю огибающую нашего спектра, то для неперекрывающихся линий мы получаем, что пропускание между провалами равно 1. Значит, линии (провалы) действительно изолированы друг от друга. А в спектре S924eotn и S926eotn это - не так. Не дойдя до 1, пропускание уходит вниз, в новый провал. Если обрабатывать такие провалы методом площадей, то найденное содержание по этим провалам будет далеко от истинного значения. Поэтому в данной работе для повышения точности нахождения содержания U236 применялось «расщепление» линий. Расщепление линий разберем на примере двух спектров S926eotn и s927eotn. На спектре S927eotn (рис.19) видно, что каждый из трех провалов хорошо выходит на единицу, что в дальнейшем не составит особого труда для нахождения содержания по этим провалам. Совсем другой вид имеет спектр S926eotn (рис. 20). Из рисунка 20 можно увидеть, что провал с энергией E=5,16эВ и E=5,48эВ немного «не дотягивает» до единицы, что внесет существенное различие в найденное содержание по этим провалам.

Рис.19 График зависимости пропускания от номера канала (S927eotn)

Рис. 20 График зависимости пропускания от номера канала (S926eotn)

Для того, чтобы достоверно определить содержание по этим двум провалам, их нужно в начале «вытянуть» на единицу. Это достигается путем расщепления провалов. Так как все провалы обладают симметрией, то можно предположить, что правое крыло провала с энергией E=4,85эВ будет симметрично и левому крылу этого же провала. То есть мы должны в ручную дотянуть левый край до единицы. Рассмотрим подробный пример расщепления линий в спектре S926eotn. Для того, чтобы поднять «крылья» провала на единицу, нужно воспользоваться предположением, что правое «крыло» симметрично левому (это можно наблюдать в предыдущих спектрах). Мы должны дотянуть вручную левый край провала. Ниже на рисунке 21 можно увидеть как должен вести себя каждый провал в отдельности при «расщеплении». Вот именно эти расщепленные компоненты провала и подлежат потом обработке отдельно как изолированные линии. Особое внимание нужно обратить на провалы с энергией E=5,16эВ и E=5,48эВ, так как у них левый и правый край не дотягивают до «потолка»

Рисунок 21. График зависимости пропускания от номера канала (S926eotn)

Приведем пример расщепление провала с энергией E=4,58эВ. У него правое крыло хорошо выходит на единицу, совсем другой вид имеет левое крыло. Не дойдя до потолка левое крыло уходит вниз в новый провал. То же самое происходит и с рядом расположенными линиями с энергией E=5,16эВ и E=5,48эВ. Наша задача разделить триплет на отдельно изолированные линии. Для того чтобы это сделать, в начале нужно зайти в файл S926eotn (табл 28).

В таблице использованы следующие обозначения:

N-номер канала

T(рас)- расчетное пропускание T(эксп)-экспериментальное пропускание

На основе данных таблицы 28 спектра S926eotn рассчитаем -lnTрас. И построим график зависимости -lnTрас(N) (рис. 22).

T(рас)- пропускание полученное ранее по программе otno (файл S926seotn)

Рисунок 22. График зависимости -lnTрас от номера канала

Поскольку правое крыло должно быть симметрично левому, то изобразим выше приведенный график при условии одинаковой симметрии крыльев на рисунке 23.

Таблица 28 спектра S926eotn Табл. 29 спектра S926eotn1

На графике зависимость -lnTэксп(N) обозначена гладкой линией, а зависимость -lnTрас(N) обозначена пунктирной линией.

Tэксп-Пропускание построенное в предположении, что правое крыло симметрично левому.

Из рисунка 21 видно, что провал с энергией E=4,85эВ будет выходить на единицу примерно в 88 канале, это основывается на предположении симметрии крыльев. (на рисунке 21 то же самое показано и для линий с энергией E=5,16эВ и E=5,48эВ). На основе данных из графика составляется таблица 29. Так как мы хотим получить отдельно изолированный провал, то предполагаем что пропускание будет равняться единице с 65 по 88 канал. Предполагая симметрию крыльев мы достраиваем участок с 88 по 101 канал.



Рисунок 23. График зависимости -lnTрас и -lnTэксп от номера канала

На следующем этапе нужно перенести значения -lnTэксп с графика в таблицу 29 (участок 88-101) и после этого считаем обычное пропускание Tэксп и данные так же заносим в таблицу. Теперь у нас получился новый спектр назовем его s926eotn1. Из рисунка 24 видно, что у нас получился отдельно изолированный провал, который можно обрабатывать методом площадей. Так же были получены и отдельные провалы для линий с энергиями E=5,16эВ и E=5,48эВ. Именно эти расщепленные компоненты провала и подлежат потом обработке отдельно как изолированные линии.

Переход от метода площадей к методу расщепления линий и обратно применялся в этой работе во многих спектрах для определения единственной линии урана-236 в толстых образцах. В тонких перекрывания не было.

В добавке регенерированного урана вместе с изотопом U236 должен содержаться и другой изотоп, отсутствующий в природной смеси - U232. Поскольку резонансы в его полном сечении для резонансных нейтронов не менее выражены, чем для изотопа U236, естественно попытаться поискать в анализируемых спектрах и этот изотоп. Его практическое значение определяется небольшой величиной периода полураспада (72 года), вследствие чего в сравнении с другими изотопами урана он намного более радиоактивен - быстрее распадается, образуя всю последующую цепочку своих дочерних радиоактивных изотопов. Повышение смодержания изотопа уран-232 приводит к увеличению дозовых нагрузок на персонал как на этапе внесения регенерированной добавки в формируемый ЯМ, так и при дальнейшем обращении с изготовленными УЕ урана с регенерированной добавкой.

Рисунок 24 График зависимости пропускания от номера канала (S926eotn1)

В спектре s927eotn для тонкой УЕ урана с обогащением 36% (Рис. 12) имеется слабое указание на искомую линию изотопа уран-232 при энергии 5.98 эВ (у данного изотопа она наиболее выраженная). Можно видеть, что рядом с линией при Е=5,48эВ (относящейся к изотопу U236) имеется небольшая аномалия, которую естественно связать с изотопом U232, обладающим резонансом при E=5,98 эВ (сечение в максимуме равно 12366 барн(табл. П1)). Попытаемся оценить по ней содержание данного изотопа. Малая выраженность этого провала в спектре сразу указывает на небольшое содержание изотопа. Действительно, при проведении обычной поэтапной обработки участка спектра с 57 по 63 канал получены следующие результаты: верхняя граница площади данного провала s?2,9*10?4эВ, а искомое содержание t?0,28*10?8(атом/барн). Это - верхняя оценка содержания (его количество не больше указанного)

Никаких намёков на аномалии (провалы) в нужных местах других анализировавшихся спектров найдено не было. Таким образом, установлено, что содержание урана-232 в регенерированной добавке существенно меньше, чем содержание урана-236 примерно в 10 раз

3.5 Оценка качества результатов

Заключительным шагом в нашей работе будет сопоставление паспортных данных (табл.1) с расчетными данными. Для этого нужно усреднить полученные результаты в зависимости от способа измерения и толщины образца. В результате усреднения получим таблицу проверки изотопного состава урана.

Таблица 29 Результаты проверки изотопного состава (в10-3 атом/барн)

	изотоп	U234	U235	U236	U238
90% мет 5,6мм	заявлено		18,75		2,02
	измерено	0,186±0,007	18,42±0,45	0,051±0,004	1,97±0,05
90% двуок 1,73мм	заявлено		1,683		0,215
	измерено	0,0255±0,0012	1,676±0,063	0,0058±0,0004	0,206±0,009
36% мет 5,6мм	заявлено		7,523		13,124
	измерено	0,075±0,002	7,422±0,273	0,094±0,004	13,025±0,352
36% двуок 5,6мм	заявлено		3,462		5,970
	измерено	0,041±0,002	3,514±0,123	0,036±0,003	6,223±0,215

Так же были предоставленны паспортные данные по процентному изотопному составу образцов 90% обогащения

Таблица 30 Результаты проверки изотопного состава (в%)

	изотоп	U234	U235	U236	U238
90%	заявлено	0,97	89,39	0,28	9,36
	измерено	0,93±0,03	89,24±3,15	0,24±0,02	9,59±0,42

Из таблицы 29 видно, что данных по изотопам U234 и U236 в паспорте не приводилось. По U234 и U236 имелись данные по процентному изотопному составу образцов 90% обогащения. По образцам 5% и 20% обогащения паспортных данных предоставлено не было. В этих пробах был подтвержден процентный изотопный состав (таблица 26).

Из таблицы 29 и 30 видно, что измеренные данные согласуются в пределах погрешности с паспортными.

Заключение

Данная дипломная работа выполнена в лаборатории учета и контроля ядерных материалов Физико-энергетического института в группе, которая занимается разработкой новых методик. В ходе выполнения дипломного проекта обработано около 20 спектров пропускания резонансных нейтронов для учетных единиц урана, используемых в критических сборках ФЭИ. Подробно проанализированы результаты, полученные при обработке 17 спектров, измеренных для УЕ двух типов и пяти изотопных композиций. Показано наличие линий в спектрах, позволяющих контролировать неразрушающим образом содержание всех изотопов урана. Точность измерения содержания зависит от выраженности и изолированности линии и лежит в диапазоне 1-10%. Кроме этого, были изучены устройство и работа времяпролетного спектрометра резонансных нейтронов на основе ускорителя электронов - микротрона МИ-30 при критическом стенде БФС, а также освоена работа ряда программ математической обработки измеренных времяпролётных спектров.

Особое внимание уделено проблеме регенерированного урана. Данная методика позволяет определить концентрацию U236 в отработавшем топливе (ТВС) не прибегая к его разрушению.

При достижении поставленной цели дипломной работы, (« Проверка возможности контроля изотопного состава образцов урана разного обогащения с помощью нейтронного спектрального анализа») были получены следующие результаты:

1. Определено абсолютное содержание отдельных изотопов. Полученные результаты имеют хорошую точность и согласуются с представленными паспортными данными .

2. Подтверждены заявленные данные о процентном изотопном составе УЕ урана различного обогащения.

3. Показана возможность неразрушающего контроля содержания вредного изотопа уран-236.

В настоящее время нейтронный спектральный анализ, пройдя этапы разработки и предварительных прикидок, становится рабочим инструментом во многих исследованиях и прежде всего -- в задачах внешнего цикла, где особенно ценна его изотопная направленность и нечувствительность к высокой радиоактивности послереакторной продукции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Список литературы

1. Основные правила учета и контроля ядерных материалов (ОПУК) НП-030-05. М Госатомнадзор России, 2005

2. Синев Н.М. Экономика ядерной энергетики: Основы технологии экономики ядерного топлива. Экономика АЭС. М., 1987

3. «Некоторые экономические аспекты современного развития атомной энергетики» Вестник МГУ 1997 №1

4. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. - Основы экспериментальных методов ядерной физики. - М. Энергоатомиздат, 1985

5. В. Прайс. Регистрация ядерного излучения. Издательство иностранной литературы. М., 1960

6. «Спектрометрический анализ. Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ» г. Обнинск Издательство ГЦИПК -- 2000

7. «Промышленная спектрометрия» г. Обнинск 2007

8. Времяпролетный спектрометр медленных нейтронов при микротроне МИ -- 30 БФС, отчет 5013 ДСП, Обнинск 1987

9. А. С. Герасимов, Т. С. Гермогенова и А. П. Рудик, Справочник по образованию нуклидов в ядерных реакторах. М., Энергоатомиздат, 1989

10. Разработка методики нейтронного сканирования ТВЭЛ и ТВС из смешанного уран-плутониевого топлива, Филиппов В.В., Сироткин И.А., отчет ФЭИ ИНВ.7920, Обнинск 1991

11. Разработка резонансной нейтронной радиографии как средства неразрушающего контроля изотопного состава ТВЭЛ, отчет 8655 ДСП, Обнинск 1993

12. Энергетическая стратегия России до 2020 г.: Проект. Минтопэнерго России, 2000.

13. Ковалевич О.М, Основы обеспечения безопасности атомных станций М., Издательство МЭИ 1999г

14. Острейковский В.А., Эксплуатация атомных станций М., Энергоатомиздат 1999г

15. Схема распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения -- Публикация 38 МКРЗ: в 2 частях -- часть 2: Перевод с англ.: М. Энергоатомиздат, 1987г

16. Иванов В. И. - Курс дозиметрии. - М.: Энергоатомиздат, 1988

Размещено на Allbest.ru