Весь спектр измерений: где знают точный состав ядерного топлива

В Высокотехнологическом научно-исследовательском институте неорганических материалов (ВНИИНМ) им. Бочвара точно знают изотопный и примесный состав разрабатываемого и производимого в институте инновационного топлива на всех стадиях его изготовления. Все благодаря лаборатории аналитических методов контроля, которую недавно оснастили по последнему слову техники.

Лабораторию создали пять лет назад на базе одного-единственного прибора — твердофазного термоионизационного масс-спектрометра Triton для измерения изотопного состава ядерных материалов.

Лаборатория работает практически на все подразделения института: контролирует качество разных видов топлива и конструкционных материалов, помогает изучать состав разных видов отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). «Когда институт стал разрабатывать смешанное нитридное уранплутониевое топливо (СНУП. — «СР») для быстрых реакторов, потребовалось повысить точность измерений и улучшить метрологические характеристики наших методов», — рассказывает начальник лаборатории Екатерина Кутейникова. Началось техническое перевооружение. Организовали участок пробоподготовки с высокоточными весами. У масс-спектрометра Triton, который уже не молод, появился дублер-­аналог Phoenix.

Купили приборы, которые не только измеряют изотопный состав, но и определяют металлические и газовые примеси. Масс-спектрометр с индукционно связанной плазмой обеспечивает беспрецедентную точность измерений. Его используют для выходного контроля таблеток СНУП-топлива, а также для тонких исследований ОЯТ.

Также в лаборатории теперь есть рентгенофлуоресцентный спектрометр. Специалисты создают методики работы на новом оборудовании.

«Я уверена, что можно существенно оптимизировать анализ ядерных материалов за счет замены индивидуальных методик контроля целого ряда элементов: хлора, фтора, фосфора, азота, кислорода, углерода, серы — единой методикой с применением спектрометра последовательного рентгенофлуоресцентного анализа, — говорит Екатерина Кутейникова. — Особенно это актуально для плутоний-, нептуний- и америцийсодержащих ядерных материалов. При очевидном преимуществе, сокращении радиоактивных отходов, есть возможность повысить и точность анализов газовых примесей».

Все приборы размещены очень компактно, в нескольких сообщающихся комнатах. «Мне как руководителю это удобно: проще людей консолидировать. Я работала в лаборатории, которая занимала половину корпуса: там каждый сидел в своем «домике», общую цель исследований сотрудники не понимали, — делится Екатерина Кутейникова. — Здесь же люди постоянно общаются и понимают задачи от начала до конца».

«Центротех» сейчас разрабатывает твердофазный масс-спектрометр МТИ-350ТМ, — добавляет Екатерина Кутейникова. — Мы помогаем коллегам. Опытный образец пройдет тестирование и метрологическую аттестацию в нашей лаборатории. У нас собирается уникальная коллекция масс-спектрометров. Когда получим МТИ-350ТМ, будет сличительный эксперимент. Если российский прибор покажет необходимое качество измерений, мы сможем рекомендовать его заводам топливной компании».

Участок пробоподготовки. Ядерные материалы готовят в вытяжном шкафу с ламинарным потоком к неразрушающему контролю. Особо ответственная операция — взвешивание, для него используют аналитические весы с точностью пять знаков после запятой. Для измерений на масс-спектрометре с индукционно связанной плазмой не нужна сложная пробоподготовка. «Мы пропускаем этап отделения урана, плутония, нептуния и америция от примесей, просто сильно разбавляем пробу,— объясняет Екатерина Кутейникова.— Тем самым снижаем количество отходов и радиационную нагрузку на персонал».
Твердофазный термоионизационный масс-спектрометр Phoenix использует масс-анализатор с магнитным сектором. Ионы фокусируются в пучок электростатическими линзами. Пучок проходит через поле электромагнита и разделяется на несколько пучков в зависимости от соотношения массы и заряда иона. Эти пучки направляются в детектор и преобразуются в напряжение. По нему рассчитывают изотопное соотношение.
В масс-спектрометре с индукционно связанной плазмой происходит разделение ионов в зависимости от отношения массы к заряду. Ионы попадают на детектор, данные с которого анализирует программа. Метод очень чувствительный: можно определять ряд элементов в концентрации до 10−10 %, то есть одну частицу из 1012. Проба сканируется всего за одну-две минуты.
Загрузочные кюветы рентгено-флуоресцентного спектрометра. Диаметр отверстия равен диаметру топливной таблетки. Рентгеновский луч проходит на 100 мк вглубь таблетки, позволяя определить сразу газовые и металлические примеси.
Загрузка пробы в твердофазный термоионизационный масс-спектрометр.
Анализ результатов эксперимента на рентгенофлуоресцентном спектрометре. Такие приборы в атомной отрасли пока не используют, ВНИИНМ — первопроходец.
Поделиться
Есть интересная история?
Напишите нам
Читайте также:
Люди
«Регламент для нас — святая книга»: впечатления китайских атомщиков о жизни и учебе в Нововоронеже
Федеральный номер «Страна Росатом» №22 (630)
Скачать
Федеральный номер «Страна Росатом» №22 (630)

Интерес к Севморпути проявляют все больше международных
компаний — стр. 4

В отрасли началась акция для желающих стать донорами костного мозга — стр. 9

«Из пяти моих рабочих дней четыре точно идут не по плану» — стр. 12

Скачать
Технологии
Корейские ученые создали натрийионный аккумулятор со сверхбыстрой зарядкой
Синхроинфотрон
«Фактически это другая лига»: как в отрасли поднимают престиж рабочих профессий
Технологии
Российские ученые хотят построить телескоп на Луне
Технологии
NICA вместо БАКа: новости субатомной физики
Показать ещё