Глава 20

Качественные и полуколичественные измерения

Н. Энсслин и Х. А. Смит, мл. (Переводчик Н.В. Мошкина)

20.1 ВВЕДЕНИЕ

Измерения ядерных материалов осуществляются обычно с помощью количе- ственного анализа, цель которого состоит в определении численного значения количества ядерного материала. Количественный анализ выполняется с наивысшей из возможных точностью и сходимостью результатов измерения, при этом предварительные сведения об измеряемых образцах могут быть достаточно обширными. Однако существует целый ряд задач контроля, которые могут быть решены в большей степени с помощью качественной информации об измеряемых образцах, предварительные сведения о которых могут быть различными. Вот несколько примеров:

λопределение характеристик немаркированных или ошибочно маркированных образцов;

λопределение содержания ядерного материала по принципу “да/нет” для задач его извлечения, захоронения, транспортировки или обеспечения ядерной безопасности;

λпроведение быстрой инвентаризации с целью проверки соответствия заявленным значениям;

λподтверждение получателем данных поставщика;

λопределение мест отложений ядерных материалов;

λтехнологический контроль;

λконтроль за перемещением материалов.

Большинство этих задач могут быть выполнены с помощью качественных или полуколичественных измерений, которые являются достаточно быстрыми, чтобы сэкономить время, деньги и снизить облучение персон ала.

Методы неразрушающего анализа хорошо подходят к этим типам измерений, потому что они, как правило, являются быстрыми, неинтрузивными и способны измерять упаковку целиком. Если неразрушающее измерение осуществляется тщательно и точно, его можно рассматривать как количественный анализ материала. Если измерение является полностью качественным и определяет только характерный признак, качество или характеристику материала, то его можно рассматривать как качественное (атрибутивное) измерение. Между этими крайними типами измерений находятся полуколичественные измерения, к числу которых относятся определение характеристик отходов, контроль за перемещением материалов, проведение быстрой инвентаризации и идентификация, измерение

602	Н. Энсслин и Х. А. Смит, мл.

отложений ядерных материалов. Такие полуколичественные измерения часто очень важны в повседневной эксплуатации установок ядерного топливного цикла.

В разделе 20.2 изложены атрибутивные признаки ядерных материалов и способы их измерений. В остальных частях главы рассматриваются полуколичественные измерения отходов (раздел 20.3), подтверждающие измерения при проведении инвентаризации и передаче материалов (раздел 20.4), измерения отложений (разделы 20.5 и 20.6). Полуколичественные измерения сложнее, чем качественные измерения, но проще, чем полные количественные измерения. Для рассмотрения двух других задач измерений, которые попадают в категорию полуколичественных измерений, см. главу 18 по анализу облученного топлива и главу 19 по портальному мониторингу.

20.2ИЗМЕРЕНИЕ АТРИБУТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Основная задача в измерении атрибутивных признаков ядерных материалов заключается просто в определении наличия или отсутствия ядерного материала в образце. В этом смысле термин “ядерный материал” относится ко всем формам и соединениям урана и плутония, к радиоактивным источникам, а также к америцию, торию и другим радиоактивным элементам. Основные атрибутивные признаки по излучению (относительно типа материала) перечис лены ниже:

λальфа-излучение;

λбета-излучение;

λгамма-излучение;

λинфракрасное излучение (тепловое);

λполный поток нейтронов;

λнейтронные совпадения;

λвысокое значение сечения деления для тепловых нейтронов (с испусканием мгновенных и запаздывающих гамма-квантов и нейтронов) .

Информация о скоростях испускания излучений этих атрибутивных признаков содержится в главах 1, 11 и 21 и в работах [1] и [2].

Ядерный материал обычно является также очень плотным и сильно ослабляет гамма-излучение. Следующим атрибутивным признаком урана и плутония является наличие разрывов в их сечениях поглощения рентгеновского излучения на K- и LIII-краях поглощения (глава 9). Из всех атрибутивных признаков, пере- численных выше, только коэффициенты пропускания гамма-излучения на краях поглощения обеспечивают однозначную идентификацию материала. Однако на практике, характеристики процесса деления урана и плутония являются уникальными, поскольку на установках топливного цикла отсутствуют делящиеся изотопы других элементов. Гамма-спектрометрия также обеспечивает недвусмысленную идентификацию, особенно, если спектры измеряются с высоким разрешением. Хотя другие упомянутые атрибутивные признаки также являются необходимыми характеристиками ядерного материала, они не подходят для однознач- ной идентификации.

В полномасштабном анализе ядерных материалов почти все атрибутивные признаки, представленные выше, когда-нибудь измеряются. Простой путь рас-

Глава 20. Качественные и полуколичественные измерения

603

смотрения качественных измерений — это отношение к ним как к неполному анализу. Данные получаются точно так же, как и в полном анализе, но измерения проводятся быстрее, с меньшей точностью и часто без использования абсолютной градуировки измерительного устройства. Даже полуколичественные подверждающие или проверочные измерения могут заключаться только в определении изменения относительной величины атрибутивного признака от образца к образцу. В табл. 20.1 представлены измерительные приборы, которые всегда имеются на ядерных установках, и атрибутивные признаки, которые они могут обнаруживать. Для полноты изложения в таблицу включены некоторые приборы активного анализа.

Качественные измерения могут быть очень эффективным средством для определения характеристик, проверки или контроля ядерного материала. Измеренные в отдельности, атрибутивные признаки ядерного материала обеспечивают простые ответы на вопросы, возникающие при инвентаризации. Измерением нескольких атрибутивных признаков можно получить очень надежную или даже однозначную информацию с минимальными усилиями.

Таблица 20.1 — Измерительные приборы и определяемые ими атри бутивные признаки

Прибор	Атрибутивный признак
Визуальная проверка	Упаковка, предыстория, цвет
Âåñû	Вес, плотность
Альфа-счетчик	Наличие альфа-частиц, загрязнение
Счетчик Гейгера	Грубая оценка интенсивности бета/гамма-излучения;
	наличие U, Pu или Am
Гамма-спектрометр	Спектр гамма-излучения; характерные признаки U,
	Pu; обогащение; выгорание
Радиограф	Плотность, распределение, форма
Плотномер	Плотность; края поглощения рентгеновского
	излучения; характерные признаки U, Pu
Калориметр	Тепловыделение; наличие высокой альфа-активности;
	теплота подразумевает наличие Pu, Am
Пассивный счетчик	Испускание нейтронов; наличие спонтанных делений
полного потока нейтронов	или (α,n)-реакций
Пассивный счетчик	Спонтанные или вынужденные деления; вероятное
нейтронных совпадений	наличие Pu или Cf
Активный счетчик	Вынужденные деления; вероятное наличие U или Pu
нейтронных совпадений
Калифорниевый шаффлер	Запаздывающие нейтроны вынужденных делений;
	вероятное наличие U или Pu
Сканер топливных	Запаздывающие нейтроны или гамма-кванты;
стержней	вероятное наличие U или Pu