Определение урана и плутония с применением кулонометрической потенциостатической установки УПК-19 для анализа МОКС-топлива

Содержание урана и плутония является основной характеристикой смешанного уран-плутониевого оксидного топлива, которая строго контролируется и имеет очень узкий диапазон допустимых значений. Разработана методика определения урана и плутония методом кулонометрии с контролируемым потенциалом с использованием кулонометрической установки УПК-19 в комплекте с потенциостатом-гальваностатом Р-40Х. В условиях герметичных боксов предложена специальная конструкция штатива, позволяющая минимизировать влияние колебаний внешних условий на стабильность сигнала. Установлены оптимальные условия кулонометрического определения плутония и урана. В качестве среды выбрали раствор серной кислоты с концентрацией 0,5 моль/дм³. Введение в состав фонового электролита ионов свинца позволило снизить минимальное напряжение восстановления водорода до значения –190 мВ. Добавление нитрида алюминия уменьшило влияние фторид-ионов, участвующих в качестве катализатора в растворении проб МОКС-топлива, а мешающее влияние нитрит-ионов устраняли введением в ячейку раствора сульфаминовой кислоты. Определение суммарного содержания урана и плутония проводили по количеству электричества, затраченного на стадию совместного окисления урана и плутония, содержание плутония определяли при потенциалах, при которых уран остается в стабильном состоянии, что дает возможность вычесть долю тока окисления плутония из суммарного тока окисления. Характеристики погрешности разработанной методики оценили при анализе стандартного образца и реальных таблеток МОКС-топлива: погрешности не превышают значений, указанных в технических условиях на МОКС-топливо. Методика кулонометрического определения урана и плутония в уран-плутониевом оксидном ядерном топливе аттестована. Относительная погрешность для массовой доли плутония составила ±0,0070, урана — ±0,0095, отношения массовой доли плутония к сумме массовых долей урана и плутония — ±0,0085.

1. Самойлов А. Г., Волков В. С., Солонин М. И. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов: учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1996. — 400 с.

2. Технические условия 311.335.000 ТУ. Элемент тепловыделяющий ТВС БН-800 с таблеточным МОКС-топливом. — Введ. 22.12.2011.

3. Устинов А. Н., Брюхин В. В. Анализ влияния МОХ-топлива на нейтронно-физические характеристики ВВЭР. http:// www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/kms2012/documents/kms2012-002.pdf (дата обращения 07.04.2020).

4. ОСТ 95-10460–2000. Отраслевая система обеспечения единства измерений. Порядок определения и установления норм на контролируемые параметры в НД на продукцию и норм точности. Согласование норм точности. — Введ. 20.08.2001.

5. Комиссаренко А. А. Кулонометрические методы анализа: Учеб.-метод. пособие. — Санкт-Петербург: Ризограф ГОУВПО, 2009. — 50 с.

6. Техническое средство с номером в госреестре 70702-18. Описание типа прибора. Потенциостаты-гальваностаты типа Р: Свидетельство № 69380 до 28.03.2023.

7. Установка потенциостатическая-кулонометрическая «УПК-19»: руководство по эксплуатации ЖГИЦ.414315.001 РЭ. — Озерск: ФГУП «ПО «Маяк», 2020. — 10 с.

8. Глесстон С. Введение в электрохимию. — М.: Изд-во ИЛ, 1951. — 769 с.

9. Davies W., Gray W., McLeod K. C. Coulometric determination of uranium with a platinum working electrode / Talanta. 1970. Vol. 17. N 10. P. 937 – 944. DOI: 10.1016/0039-9140(70)80136-9.

10. Васильев В. П. Термодинамические свойства растворов электролитов: учеб. пособие для химических специальных вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — 320 с.

11. Момотов В. Н., Ерин Е. А. Кулонометрические методы определения урана и плутония / Радиохимия. 2017. Т. 59. № 1. С. 3 – 25.

12. Момотов Н. Н., Ерин Е. А., Чистяков В. М. Исследование методических факторов кулонометрического определения суммы урана и плутония / Радиохимия. 2014. Т. 56. № 3. С. 257 – 261.

13. Неудачина Л. К., Петрова Ю. С., Лакиза Н. В. и др. Электрохимические методы анализа: руководство к лаб. практикуму. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. — 136 с.

14. Никитина Н. Г., Борисов А. Г., Хаханина Т. И. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа: учебник и практикум. — М.: Юрайт, 2019. — 394 с.

15. Скляренко И. С., Чубукова Т. М. Определение урана и плутония из одной пробы методом кулонометрии с контролируемым потенциалом / Журн. аналит. химии. 1990. Т. 45. № 3. С. 562 – 567.

16. Момотов В. Н. Амперостатическое кулонометрическое определение массового содержания урана и плутония в индивидуальных и смешанных соединениях: автореф. ... дисс. канд. хим. наук. — М., 2017. — 24 с.

17. Сентюрин И. Г., Куляко Ю. М., Мясоедов Б. Ф. Кулонометрическое определение урана и плутония из азотнокислых растворов смешанного топлива / Радиохимия. 1992. Т. 34. № 1. С. 177 – 182.

18. ГОСТ Р 8.736–2011. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. — М.: Стандартинформ, 2013. — 19 с.

19. ОСТ 95-10353–2008. Отраслевая система обеспечения единства измерений. Алгоритмы оценки метрологических характеристик при аттестации методик выполнения измерений. — Введ. 31.03.2008.