Изучение радиоактивности блочков урана различного обогащения и выдержки, длительное время используемых в экспериментах на критических стендах

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение...................................................................................................................... 2

1.1 Методы контроля количества и состава ядерных материалов. Преимущества неразрушающих методик.............................................................. 2

2. Гамма спектрометрия как наиболее распространенная методика контроля интенсивности и изотопного состава излучателя........................................................ 5

2.1 Природа гамма излучения................................................................................. 5

2.2 Взаимодействие гамма излучения с веществом............................................. 6

2.3 Гамма контроль радиоактивности урана......................................................... 9

2.4. Четыре типа радиоактивности урана критических стендов......................... 9

2.4.1 Активность изотопов свежего урана..................................................... 9

2.4.2 Регенерированный уран........................................................................ 13

2.4.3 Активация урана.................................................................................... 13

2.4.4 Активация оболочек.............................................................................. 16

3. Гамма спектрометрия высокого разрешения......................................................... 18

3.1 Краткая характеристика германиевого спектрометра.................................. 19

3.2 Основные особенности ведения измерений спектров.................................. 22

4. Качественный и количественный этапы анализа гамма спектров....................... 23

4.1 Обработка спектров по программе Genie...................................................... 23

4.2 Выделение синглетов по величине ПШПВ................................................... 24

4.3 Известные и неизвестные линии.................................................................... 25

4.5 Определение приблизительного вклада разных изотопов в общую радиоактивность анализируемого объекта.......................................................... 26

4.6 Необходимость учета энергетической зависимости эффективности для разных линий спектра............................................................................................ 26

5. Анализ 40 предложенных спектров 3 УЕ урана критического стенда разного изотопного состава....................................................................................................... 29

5.1. Обработка спектров обедненного диоксида урана (содержание урана-235 0,4%)

5.1.1 Обработка спектра  с  выдержкой 112 дней............................................... 29

5.1.2 Обработка спектра с  выдержкой 21 день........................................... 39

5.1.3 Обработка спектра с выдержкой 478 дней.......................................... 44

5.2. Обработка спектров УЕ урана с обогащением 36%.................................... 53

5.2.1 Обработка спектра U36-4 (выдержка 21 день)................................... 53

5.2.2 Обработка спектра U36-7 (выдержка 54 дня)..................................... 56

5.2.3 Обработка спектра U36-9 (выдержка 153 дня)................................... 58

5.2.4 Обработка спектра U36-11 (выдержка 309 дней)............................... 60

5.2.5 Результаты анализа спектров урана с обогащением 36% ................. 63

5.3. Обработка спектров Уе урана с обогащением  90% ................................... 64

5.3.1 Обработка спектра U90-4 (выдержка 21 день)................................... 65

5.3.2 Обработка спектра U90-7 (выдержка 55 дней)................................... 66

5.3.3 Обработка спектра U90-9 (выдержка 152 дня)................................... 68

5.3.4 Обработка спектра U90-11 (выдержка 309 дней)............................... 69

5.3.3 Результаты анализа спектров урана с обогащением 90%.................. 70

6. Выводы....................................................................................................................... 72

1. Введение

В наше время использование ядерной энергии  является актуальной, так как запасы углеводородного сырья в ближайшее время могут закончиться и человечеству нужно осваивать другие источники энергии. Но эта работа так же является и наиболее опасной для человека и окружающей среды. Поэтому необходимы различные методики контроля радиоактивности урана.

На территории ФЭИ уже больше 50 лет работает  критический стенд БФС, на котором отрабатываются различные компоновки активных зон различных ядерных реакторов. В ходе этих испытаний к работе были привлечены огромные количества урана различного обогащения.  Частые переборки активных зон БФС и большие количества используемого в них урана привели к тому, что расчет активации каждого блочка  урана оказывается невозможным. Для безопасного обращения с ураном необходимо контролировать уровень его радиоактивности, поскольку она может иметь несколько источников разного происхождения. Так как уран после использования в критических экспериментах значительно активировался, в настоящее время возникает проблема определения приобретённой активности, определения её компонент, а также изменения этой активности со временем. Эти задачи могут быть успешно решены при использовании  гамма спектрометрии.

Привлечение спектрометрии при измерении активности, даёт более детальную информацию, что необходимо для решения задач защиты персонала, а так же для прогноза изменения активности во времени. Задачей является измерение и последующее разделение спектров гамма излучения разных изотопов и оценка их вкладов в общую активность для контроля количества и изотопного состава излучателя.

Целью дипломной работы являлось изучение радиоактивности блочков урана различного обогащения и выдержки, длительное время используемых в экспериментах на критических стендах, с помощью спектрометрии гамма излучения.

1.1 Методы контроля количества и состава ядерных материалов. Преимущества неразрушающих методик

Неразрушающий анализ (НРА) – определение вида и/или количества ЯМ в образце без изменения характеристик образца или проникновения в него.  В известном руководстве [PANDA] по  неразрушающему анализу ядерных материалов даётся достаточно полный обзор методик, используемых для оценки содержания урана в пробах разной физико-химической формы. Методики, использующие гамма излучение, оказываются наилучшими для контроля растворов и оксидов (погрешность измерения содержания от долей процента до нескольких процентов), хуже всего контролируются скрап и отходы высокой плотности (погрешность - десятки процентов).

Методы неразрушающего анализа наиболее часто применяются в  случаях:

-0  когда требуется провести быстрые и недорогие контрольные исследования;

-1  ведения контроля за протеканием технологических процессов;

-2  когда невозможно произвести представительную выборку (например, при контроле отходов производства, лома и др.);

-3  когда разрушающие исследования невыполнимы. 

Разрушающие анализы непригодны в случаях:

-4  когда необходимо большое число измерений (например, при инвентаризации);

-5  когда информация нужна немедленно (например, при внеплановой инспекции);

-6  когда запрещен отбор пробы образца контролируемого объекта (например, ядерный заряд);

-7  когда материал недоступен для отбора образца (например, отложения в трубопроводах);

-8  когда стоимость проведения разрушающего анализа слишком велика