نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسنده
پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، کدپستی: 1439951113، تهران- ایران
چکیده
یکی از مراحل مهم در چرخه سوخت هسته‌ای غنی‌سازی اورانیم است. ضروری است در مسیر رسیدن به اورانیم با غنای موردنظر تأسیسات، فرایندهای کنترلی با استفاده از اندازه‌گیری مستمر صورت پذیرد. از طرفی به سبب قرارگیری در محیط با پرتوزایی خارجی بالا و نیز مستعد برای پرتوگیری داخلی اپراتور به ویژه هنگام کار با پودر اورانیم ضروری است از ابزار دقیق با توانایی مانیتورینگ آنلاین و مداوم استفاده گردد که ابزاردقیق هسته‌ای جایگاه ویژه‌ای در این بین ایفا می‌کند. در این کار تحقیقاتی بر آن شدیم تا بر روی طراحی مفهومی سیستم اندازه‌گیری درصد غنا و وزن پودر اورانیم تترافلوراید درون مخازن بارگیری و جابه‌جایی موجود در صنعت هسته‌ای کار کنیم. بدین‌منظور و با هدف کاستن از هزینه‌ها و در عین حال حذف حداکثری خطای شمارش تمرکز بر روی خوانش صرفاً پرتوهای گامای گسیلی از پودر و یا همراه با چشمه رادیواکتیو جانبی موردنظر قرار گرفت. اساس طراحی بر بهینه‌سازی مکان هندسی آشکارساز / آشکارسازهای سوسوزن اطراف مخزن حاوی پودر اورانیم تترافلوراید به‌منظور داشتن بیشینه دقت در اندازه‌گیری قرار گرفت. نتایج شبیه‌سازی در محیط نرم‌افزار مونت‌کارلو نشان می‌دهد به‌ازای درصدهای مختلف غنا و نیز ارتفاع‌های مختلف پودر اورانیم درون مخزن استوانه‌ای قادریم در زوایای خاص بیشینه دقت را در اندازه‌گیری دو پارامتر درصد غنا و وزن پودر داشته باشیم.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Conceptual design of uranium tetrafluoride powder richness and weight measurement system
نویسنده [English]
- M. Sharifzadeh
Radiations Application Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 1439951113, Tehran – Iran
چکیده [English]
One of the key steps in the nuclear fuel cycle is uranium enrichment. It is essential to control processes using continuous measurement on the way to uranium with the desired enrichment of the facility. On the other hand, due to being in an environment with high external radiation and also suitable for internal exposure of the operator, especially when working with uranium powder, it is necessary to use accurate instruments with the ability to monitor online and continuously, which is a special place in nuclear instrumentation. In this work, we worked on a conceptual design of the enrichment and weight measurement system for uranium tetrafluoride powder in loading and handling tanks. This is in the nuclear industry. To reduce costs while eliminating maximum counting errors, only gamma rays emitted from powder or with radioactive lateral sources were considered. The design was based on geometric location optimization of scintillating detector/detectors around the tank containing uranium tetrafluoride powder to have maximum measurement accuracy. The simulation results in Monte Carlo software show that for different enrichment percentages and different heights of uranium powder inside the cylindrical tank, we can have the greatest accuracy in measuring two parameters, enrichment percentage and powder weight at specific angles.
کلیدواژه‌ها [English]
- Uranium
- Uranium tetra fluoride
- Weighing
- Richness
- Conceptual design
- Measurement
- Morel Jean, Michel Etcheverry, Gilles Riazuelo. Uranium enrichment measurement by X-and γ-ray spectrometry with the “URADOS” process. Applied Radiation and Isotopes. 1998;49.9-11:1251-1257.
- Yücel H.A.L.U.K, Dikmen H. Uranium enrichment measurements using the intensity ratios of self-fluorescence X-rays to 92* keV gamma ray in UXKα spectral region. Talanta. 2009;78.2:410-417.
- Ruhter W.D, Wang T.F, Hayden C. Uranium enrichment measurements without calibration using gamma rays above 100 keV. No. UCRL-JC-142832. Lawrence Livermore National Lab.(LLNL), Livermore, CA (United States). 2001.
- Sprinkle Jr. J.K, Christiansen A, Cole R, Collins M.L, Hsue S.-T, Knepper P.L, McKown T.O, Siebelist R. Low-resolution gamma-ray measurements of uranium enrichment. Applied Radiation and Isotopes. 1997;48.10-12:1525-1528.
- Hamel M.C, Polack J.K, Ruch M.L, Marcath M.J, Clarke S.D, Pozzi S.A. Active neutron and gamma-ray imaging of highly enriched uranium for treaty verification. Scientific Reports. 2017;7.1:7997.
- Korob R.O, Blasiyh Nuño G.A. A simple method for the absolute determination of uranium enrichment by high-resolution γ spectrometry. Applied Radiation and Isotopes. 2006;64.5:525-531.
- Choi H.D, Kim J. Basic characterization of uranium by high-resolution gamma spectroscopy. Nuclear Engineering and Technology. 2018;50.6:929-936.
- McFerran N, Canion B, McDonald B, Kulisek J, Dreyer J, Labov S, Enqvist A. Gamma-ray spectrum variations for surface measurements of uranium hexafluoride cylinders. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2020;961:163675.
- Kim S.H, Song J.Y, Jeon J.Y, Choi J.Y, Seo H. Feasibility study on evaluating uranium enrichment with the High Resolution Gamma-Ray Spectrometry and X-ray fluorescence. Applied Radiation and Isotopes. 2019;148:132-137.
- Abd El Gawad K, Zhang Z, Song Y, Zahraddeen A, Hazzaa M.H. Study on the performance of some non-destructive methods to estimate the uranium enrichment in nuclear materials. Results in Physics. 2019;13:102345.
- Smith Jr H.A. The measurement of uranium enrichment. Passive Nondestructive Assay of Nuclear Materials. 1991;7:195-220.
- https://www.wise-uranium.org/nucv.html.
- Hubbell J.H, Seltzer S.M. Tables of X-ray mass attenuation coefficients and mass energy-absorption coefficients 1 keV to 20 MeV for elements Z= 1 to 92 and 48 additional substances of dosimetric interest. No. PB-95-220539/XAB; NISTIR-5632. National Inst. of Standards and Technology-PL, Gaithersburg, MD (United States). Ionizing Radiation Div. 1995.
)