Содержание

Введение

. Теоретическая часть

.1 Рентгенфлуоресцентный анализ

.2 Фоновое излучение

.3. Выбор полосового дифракционного фильтра и детектора

. Практическая часть

.1 Расчетная модель

.2 Вывод функций распределения актиноидов в периферийном слое топливной таблетки

.3 Расчет выхода характеристических К?1-линий трансурановых элементов с поверхности циркониевой оболочки

.4 Оценка фонового излучения

.4.1 Фон от тормозного излучения

.4.2 Фон от продуктов деления

. Анализ полученных данных

. Выводы

Список используемой литературы

Введение

За многолетнюю работу АЭС по всей стране накопилось огромное количество ТВС с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ). Все скопившееся топливо требуется переработать. Перед переработкой ТВС следует отсортировать по конечному содержанию актиноидов на переработку, дожигание топлива в реакторе с близким обогащением по урану-235 или на захоронение, если два предыдущих способа их использования неприемлемы.

Так же, в настоящее время большое значение придается обеспечению гарантий по нераспространению и сохранность ядерного оружия и ядреных материалов в связи с развитием в странах «третьего» мира ядерной энергетики. Потенциальная ядерная и радиационная опасность ядерных материалов, их высокая ценность оказывают существенное влияние на государственную и международную безопасность, экономическое и политическое положение стран. Для обеспечения сохранности ядерных материалов на предприятиях ядерного комплекса различных стран созданы и функционируют системы учета, контроля и физической защиты. В рамках совместных международных программ эти системы постоянно совершенствуются, вводится в эксплуатацию новое оборудование, разрабатываются и внедряются новые процедуры и документы.

В свете двух данных проблем по переработке ОЯТ и нераспространению ядерного оружия необходимо ужесточать учет и контроль ядерных материалов, путем разработки более эффективных и надежных методов анализа ядерных материалов.

Данная работа - попытка обосновать возможность проведения и внедрения нового метода - неразрушающего рентгенфлуоресцентного анализа отработавшего ядерного топлива. В основе этого метода лежит сохранение целостности ядерных материалов, а предметом исследования является характеристическое излучение, испускаемое атомами элементов, входящих в состав рассматриваемого образца. Этот метод позволяет без радиохимического анализа дать качественную и количественную оценку элементного состава образца. Он также интересен тем, что дает возможность оценить соотношение содержания тяжелых элементов отработавшего ядерного топлива, находящегося в поверхностных слоях топливных таблеток, то есть там, где из-за резонансного поглощения нейтронов ураном-238 происходит повышенное накопление (в разы) плутония-239, его выгорание со значительным поверхностным энерговыделением и накоплением более тяжелых нуклидов трансуранов. Эти данные о соотношении концентраций тяжелых элементов в поверхностном слое топливных таблеток сообщают непосредственную информацию об интегральной истории выгорания-накопления отработавшего ядерного топлива за время его кампании.

1. Теоретическая часть

.1 Рентгенфлуоресцентный метод анализа

Рентген флуоресцентный анализ - активный неразрушающий метод анализа. Возможность использования рентгеновского излучения для качественного и количественного элементного анализа было оценена вскоре после его открытия. В начале для регистрации рентгеновских лучей использовали счетчики Гейгера-Мюллера и тщательно подобранный набор поглотителей или кристаллические дифракционные решетки. Позднее преимущества полупроводниковых детекторов и соответствующей электронной техники открыли возможности для широкого использования дисперсионно-энергетического рентгенфлуоресцентного анализа для общего элементного анализа.

Рентгенфлуоресцентный анализ основан на том, что рентгеновские лучи, испускаемые ионизированными атомами, обладают энергиями, которые являются характерной особенностью элемента. Интенсивность рентгеновского излучения пропорциональна как концентрации элемента, так и мощности ионизирующего источника. Для неразрушающего анализа ядерных материалов наиболее применима фотонная ионизация, которая достигается использованием рентгеновской трубки или радиоизотопного источника. Не исключен метод ионизации ускоренными электронами, однако, при этом возникают сложности при аппаратном оформлении установок и малой проникающей способности электронов.

Рентгеновское излучение возникает в результате переходов атомных электронов и является характеристикой элемента. В стабильном атоме электроны занимают дискретные энергетические уровни, которые обозначаются (в порядке убывания энергии связи) К, L1, L2, L3, M1, …, M5, N1, …, N7 и так далее. Энергия связи представляет собой энергию, которая должна быть затрачена для удаления электрона с данной орбиты. Образовавшаяся таким образом вакансия заполняется электроном с внешней орбиты. Результирующая потеря потенциальной энергии может проявиться в виде рентгеновского кванта, энергия которого равна разности энергий связи двух состояний электрона. Например, если из атома урана удаляется К-электрон, а на его место переходит электрон с уровня L3, энергия испущенного рентгеновского кванта составляет 98,428 кэВ (111,591 кэВ минус 17,163 кэВ). Рентгеновские кванты, образованные при этом переходе, обозначаются как К?1. Рентгеновские кванты К-серии образуются заполнением внешними электронами вакансий на К-оболочке. Каждый рентгеновский переход имеет соответствующую вероятность или интенсивность. Переход с L3-уровня на К-уровень является самым вероятным, поэтому другие интенсивности обычно выражаются относительно К?1. На рисунке 1 показаны переходы, в которых образуются рентгеновские кванты наиболее распространенных К- и L-серий