本發(fā)明涉及一種鈾濃縮分離功率的計量方法，特別涉及一種鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

鈾濃縮廠是生產(chǎn)濃縮鈾的核設(shè)施，是核燃料循環(huán)最敏感的設(shè)施之一，是獲取核武器的關(guān)鍵設(shè)施之一，因此成為軍控核查和國際核保障的主要監(jiān)測對象。

分離功是鈾濃縮廠和離心機(jī)的核心指標(biāo)，其定義為：把一定量的鈾濃縮到一定²³⁵u豐度所需要投入的工作量，其單位為：t·swu；而單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的分離功即為分離功率，其用以度量一個分離單元(或級聯(lián))的分離能力(或生產(chǎn)能力)，其單位為：t·swu/a。

通過對分離功率的監(jiān)測，可以實現(xiàn)鈾濃縮廠的生產(chǎn)工藝狀況監(jiān)測和核材料衡算核實，以及對鈾濃縮廠分離功申報值及設(shè)計變更的核實，能夠獲知鈾濃縮廠是否有違約的鈾濃縮生產(chǎn)活動，對于有效防止鈾濃縮能力的非法轉(zhuǎn)移和使用具有重要價值。

公開資料顯示，鈾濃縮廠分離功率的監(jiān)測主要采用以下方案：首先，利用稱重設(shè)備分別稱量一段時間(例如：三個月)內(nèi)生產(chǎn)的濃縮uf6、供料uf6和貧料uf6的質(zhì)量，從而得到該時間段內(nèi)對應(yīng)的各部分鈾質(zhì)量；然后，分別對濃縮uf6、供料uf6和貧料uf6進(jìn)行取樣，利用氣體質(zhì)譜計對各樣品進(jìn)行測量，得到該時間段內(nèi)生產(chǎn)的濃縮uf6、消耗的供料uf6和產(chǎn)生的貧料uf6的²³⁵u豐度；最后，將上述測量值(鈾質(zhì)量和²³⁵u豐度)代入有關(guān)公式進(jìn)行計算以獲得分離功率。然而，該方案需要進(jìn)行稱重、取樣、測量等諸多操作，并且需要用到氣體質(zhì)譜計這種必須由專業(yè)技術(shù)人員操作的復(fù)雜且昂貴的儀器，因此存在成本高，效率低，操作復(fù)雜等缺陷，最重要的是，該方案無法進(jìn)行分離功率的在線實時監(jiān)測，無法實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的實時監(jiān)測和核材料的衡算核實。

從理論上講，若要實現(xiàn)鈾濃縮廠分離功率的在線監(jiān)測，需要實時獲取有關(guān)工藝管道中uf6氣體的²³⁵u豐度以及對應(yīng)的質(zhì)量流量，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的實時處理即可實現(xiàn)分離功率的在線監(jiān)測。

對于uf6氣體²³⁵u豐度的實時測量，其主要包括兩部分，即：uf6氣體中²³⁵u含量的測量和總鈾量的測量，二者的比值即為uf6氣體的²³⁵u豐度。其中，uf6氣體中²³⁵u含量可以采用nai(tl)探測器對²³⁵u發(fā)射的特征γ射線進(jìn)行測量以獲得。而總鈾量的測量可以采用以下三種方法，即x射線熒光法、透射源衰減方法和氣體狀態(tài)方程方法。

對于uf6氣體質(zhì)量流量的實時測量，通常主要采用孔板流量計來實現(xiàn)。uf6氣體流經(jīng)孔板流量計中的小孔，孔板前后會產(chǎn)生氣壓差，當(dāng)流過孔板的uf6氣體的速度達(dá)到聲速時，通過孔板的氣體質(zhì)量流量將只與孔板前的氣體壓強(qiáng)成正比，因此由孔板前的氣體壓強(qiáng)和孔板系數(shù)即可得到uf6氣體質(zhì)量流量。此外，也有采用外部中子源對uf6氣體進(jìn)行中子活化，然后測量生成的裂變碎片的延遲γ射線，通過確定延遲γ射線強(qiáng)度、中子時間關(guān)聯(lián)得到氣流速率，進(jìn)而獲得uf6氣體質(zhì)量流量的測量方法，但該方法較為復(fù)雜，需采用中子源，測量誤差大，約為25％。

基于上述技術(shù)基礎(chǔ)，鈾濃縮廠分離功率的在線監(jiān)測可以通過獲取供料uf6、濃縮uf6和貧料uf6的²³⁵u豐度及質(zhì)量流量6個實時數(shù)據(jù)并進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理來實現(xiàn)。但是，由于每個實時數(shù)據(jù)均需要一套相對獨立的測量設(shè)備進(jìn)行測量，6個實時數(shù)據(jù)就需要6套測量設(shè)備，因此造成所需設(shè)備復(fù)雜，成本較高。當(dāng)然，上述關(guān)于鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測的技術(shù)構(gòu)思僅是基于普通技術(shù)人員的一般性推理得出的，而對于實際的鈾濃縮廠分離功率的在線監(jiān)測，目前尚未見到國內(nèi)外文獻(xiàn)有公開報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為實現(xiàn)鈾濃縮廠分離功率的在線監(jiān)測，簡化測量設(shè)備，本發(fā)明提供了一種鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測方法。該監(jiān)測方法包括以下步驟：

(一)根據(jù)鈾濃縮廠的具體情況，由供料uf6、濃縮uf6和貧料uf6的²³⁵u豐度及質(zhì)量流量6個參數(shù)中選取4個作為待測參數(shù)；

(二)根據(jù)選取的4個待測參數(shù)設(shè)置測量設(shè)備，對設(shè)置好的測量設(shè)備進(jìn)行真空檢漏；

(三)將測量設(shè)備連接在鈾濃縮廠的有關(guān)工藝管道上；

(四)對測量設(shè)備進(jìn)行本底測量及刻度；

(五)開啟測量設(shè)備，實時獲取上述4個待測參數(shù)的測量值，并將這4個測量值代入守恒方程fef＝wew+pep和f＝w+p構(gòu)成的方程組，計算出另外2個待測參數(shù)的值；

(六)將ep、ew和ef分別實時代入分離勢函數(shù)分別獲得分離勢函數(shù)v(ep)、v(ew)和v(ef)的值；

(七)然后通過分離功率計算公式δu＝pv(ep)+wv(ew)-fv(ef)計算得到鈾濃縮廠的分離功率，實現(xiàn)在線監(jiān)測；

步驟(五)至步驟(七)中，p、w和f分別為濃縮uf6、貧料uf6和供料uf6的質(zhì)量流量，ep、ew和ef分別為濃縮uf6、貧料uf6和供料uf6的²³⁵u豐度，v(ep)、v(ew)和v(ef)分別為濃縮uf6、貧料uf6和供料uf6的分離勢函數(shù)，e代表uf6的²³⁵u豐度。

若供料uf6的鈾豐度為天然鈾豐度，則僅需要獲取除供料uf6的²³⁵u豐度以外的3個參數(shù)作為待測參數(shù)。

所述測量設(shè)備包括nai(tl)探測器為優(yōu)選，以實現(xiàn)對uf6的²³⁵u豐度的測量。

所述測量設(shè)備包括孔板流量計為優(yōu)選，以實現(xiàn)對uf6的質(zhì)量流量的測量。

本發(fā)明的主要技術(shù)原理如下：以正常運(yùn)行的鈾濃縮廠整個濃縮級聯(lián)或一定濃縮工藝區(qū)段為對象，其整個外部參數(shù)守恒，守恒方程為：fef＝wew+pep和f＝w+p，由于這兩個守恒方程可以構(gòu)成方程組，因此只要得到四個互相獨立的參數(shù)，就可以求出余下的兩個參數(shù)。然后，利用分離勢函數(shù)和分離功率計算公式即可計算出鈾濃縮廠的分離功率。

綜上所述，本發(fā)明的鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測方法由于僅需要實時獲取4個待測參數(shù)，因此相對于理論上需要6個實時數(shù)據(jù)的技術(shù)方案來說，其所需設(shè)備得以明顯簡化，成本顯著降低。通過在線監(jiān)測鈾濃縮廠分離功率，可以實現(xiàn)鈾濃縮廠的生產(chǎn)工藝狀況實時監(jiān)測和核材料實時衡算，能夠及時反映鈾濃縮廠生產(chǎn)工藝運(yùn)行狀況，有利于鈾濃縮廠穩(wěn)定安全運(yùn)行，能夠為監(jiān)控鈾濃縮廠是否有違約的鈾濃縮生產(chǎn)活動提供有效監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于有效防止鈾濃縮能力的非法轉(zhuǎn)移和使用具有重要價值。此外，鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測還可以為離心級聯(lián)優(yōu)化設(shè)計和生產(chǎn)工藝調(diào)整提供監(jiān)測手段和技術(shù)支持，以達(dá)到提高鈾濃縮廠經(jīng)濟(jì)效益的目的；也可以應(yīng)用于離心機(jī)性能及損壞率的監(jiān)測等方面。

附圖說明

圖1本發(fā)明的鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測方法實際應(yīng)用情況示意圖。

圖2本發(fā)明實施例1的鈾濃縮廠分離功率17天連續(xù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

附圖標(biāo)記：1.供料uf6，2.濃縮uf6，3.貧料uf6，4.濃縮工藝區(qū)段，5.供料uf6的²³⁵u豐度可選測量點，6.供料uf6的質(zhì)量流量可選測量點，7.濃縮uf6的²³⁵u豐度可選測量點，8.濃縮uf6的質(zhì)量流量可選測量點，9.貧料uf6的²³⁵u豐度可選測量點，10.貧料uf6的質(zhì)量流量可選測量點，11.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的實施方式做進(jìn)一步的說明。

實施例1

將本發(fā)明的鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測方法應(yīng)用于某鈾濃縮廠，其監(jiān)測過程包括以下步驟：

(一)根據(jù)該鈾濃縮廠的具體情況，首先選取濃縮uf6的質(zhì)量流量作為待測參數(shù)；由于供料uf6的鈾濃度為天然鈾濃度，因此再選取濃縮uf6和貧料uf6的²³⁵u豐度作為待測參數(shù)；

(二)根據(jù)選取的3個待測參數(shù)設(shè)置測量設(shè)備，包括2個nai(tl)探測器和1個孔板流量計，對設(shè)置好的測量設(shè)備進(jìn)行真空檢漏；

(三)將測量設(shè)備連接在鈾濃縮廠的有關(guān)工藝管道上；

(四)對測量設(shè)備進(jìn)行本底測量及刻度；

(五)開啟測量設(shè)備，實時獲取上述3個待測參數(shù)的測量值，并將這3個測量值以及供料uf6的天然鈾豐度代入守恒方程fef＝wew+pep和f＝w+p構(gòu)成的方程組，計算出另外2個待測參數(shù)的值；

(六)將ep、ew和ef分別實時代入分離勢函數(shù)分別獲得分離勢函數(shù)v(ep)、v(ew)和v(ef)的值；

(七)然后通過分離功率計算公式δu＝pv(ep)+wv(ew)-fv(ef)計算得到鈾濃縮廠的分離功率，實現(xiàn)在線監(jiān)測。

步驟(五)至步驟(七)中，各有關(guān)數(shù)據(jù)的處理采用以計算機(jī)為主體的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成即可。

附圖2是本實施例的鈾濃縮廠分離功率17天連續(xù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測過程中，每1.6h獲取一份監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測結(jié)果顯示：該鈾濃縮廠連續(xù)17天的分離功率監(jiān)測平均值為528.89tswu/a，與工廠申報值(518.36tswu/a)的相對偏差≤2.0％。分離功率在線監(jiān)測值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1％，監(jiān)測到的分離功率數(shù)值不是恒定值，而是在不斷波動變化，這代表了鈾濃縮廠的實際工藝運(yùn)行情況不同于分離功率恒定的理想工藝，較好的吻合了工廠的實際工況，充分顯示了本發(fā)明的鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測方法的有效性。

截至目前，本發(fā)明的鈾濃縮廠分離功率在線監(jiān)測方法已經(jīng)在鈾濃縮廠應(yīng)用了數(shù)年，取得了良好的效果。