Методы аналитического контроля в производстве материалов современной энергетики

Методы аналитического контроля в производстве материалов современной энергетики Введение Профессор кафедры радиационной технологии Юдин И. В. 1

Требования к выпускникам: Знать; n - особенности аналитического контроля в отрасли, стандартные физико-химические методы анализа в отрасли n - оптические, электрохимические и хроматографические; специфические методы анализа - радиометрические, альфа- и гамма-спектрометрические, масс-спектрометрические; n способы оценки погрешности методов; n методы исследования: ИК, ЭПР и ЯМР спектроскопия; уметь: - применять стандартные и специфические методы физикохимического анализа для решения практических задач; владеть : - стандартными и специфическими методами физикохимического анализа материалов современной энергетики; n Выпускник должен обладать способностью самостоятельно выполнять исследования с использованием современной аппаратуры и методов исследования в области объектов профессиональной деятельности, проводить корректную обработку результатов и устанавливать адекватность моделей (ПК-15); 2

Химический анализ n n n постановка задачи, выбор метода и схемы анализа, отбор пробы, подготовка пробы к анализу, проведение измерений, обработка результатов измерений 3

Химические (классические) методы количественного анализа весовой (гравиметрический); n объёмный (волюмометрический, или титриметрический) их относительная ошибка меньше 0, 2 %, тогда как инструментальных - 2 -5 % n 4

Гравиметрический метод Ag. NO 3+HCl=Ag. Cl+HNO 3 (определение серебра или хлорид-ионов), n Ba. Cl 2+H 2 SO 4=Ba. SO 4 +2 HCl (определение бария или сульфат-ионов). n Катионы никеля осаждаются диметилглиоксимом. n 5

Объёмные методы n C 1 V 1=C 2 V 2 этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) (HOOC)(OOCH 2 C)NHCH 2 NH(CH 2 COO)(CH 2 COOH) 6

Химические тест-методы анализа n n n n Применения ХТМ: 1) обнаружение метана в угольных шахтах 2) обнаружение утечки газа из газопровода 3) определение СО в выхдопных газах 4) анализ питьевой воды 5) контроль пищевых продуктов на рынке 6) анализ воздуха и т. д. 7

Радиохимические производства n заводы по получению ядерного горючего, атомные электростанции, где это горючее используют, это заводы по регенерация ядерного горючего, 8

Радиохимические производства n предприятия, изготавливающие радиоактивные изотопы и меченые соединения (напр. ПИЯФ), предприятия, перерабатывающие радиоактивные отходы (напр. РИ в Гатчине). 9

Радиохимические производства n это предприятия, использующие радиационные технологии, в т. ч. ядерная медицина 10

Методы аналитического контроля в производстве материалов современной энергетики n n n сырье, полупродукты, готовую продукцию, вспомогательные материалы, различные отходы (твердые, жидкие и газообразные). Цель анализа: уменьшить потери веществ (особенно радиоактивных) и получить более чистый продукт. 11

Особенности контроля : n n а) большое разнообразие контролируемых веществ; б) большое разнообразие различных элементов в веществах; в) широкий диапазон концентраций; г) радиоактивность веществ. 12

Объекты химического и радиохимического контроля атомной станции: n n n а) вода речная (поступающая на очистку); б) вода питающая ("подпитка") после ионитной очистки или после перегонки; в) вода первого контура и контура очистки воды; г) вода второго контура; д) вода, охлаждающая турбину (третьего контура); е) отложения на стенках аппаратуры; ж) выхлопные газы; з) воды смывные (разные) - "стоки"; и) дезактивирующие растворы (Н 2 С 2 О 4 и КМn. О 4 ); к) вспомогательные материала (иониты и другие). 13

Объекты анализа Отложения на стенках аппаратов Предварительно разлагают навеску отложений, смесью Н 2 SО 4 и Н 3 РО 4 cплавлением с Na. ОН, Na 2 CO 3 или же K 2 S 2 O 7 (пиросернистокислый калий), а затем растворяют в кислоте. Различают три вида отложений: нерастворимые в HCI, растворимые в HCI и растворимые в воде. В отложениях определяет: Fе, Si. O 2, Ca + Мg, AI, Сr, Ni, Мn и др. n Газы в воде Определяют кислород по реакциям с Nа. ОН + Мп 2+ , с КJ + Н+, или же с метиленовым голубым (во всех случаях колориметрируют продукты окисления). (Перекиси !) Аммиак определяют с реактивом Несслера. n 14

Вода Жесткость воды определяют титрованием раствором комплексона (Nа-ЭДТА). Индикатор - хромоген образуют окрашенные соединения с катионами Мg 2+ , Са 2+ и другими, а также изменяют окраску при изменении p. H раствора 15

Методы определения примесей в воде 16

Работа в боксах и горячих камерах 17

ПРОИЗВОДСТВО ИЗОТОПОВ И МЕЧЕНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Контроль на стадиях: n подготовки вещества для облучения, n облучения вещества, n выделения изотопа из облученного вещества, n синтеза меченых соединений или производства источников излучения. 18

Методы измерений активности трития n n n а. В методе жидких сцинтилляционных счетчиков пробу растворяют в смеси этилового спирта о толуолом (1: 1, 4) и добавляют парадифинилоксазол. Люминесценция последнего вещества, вызванная бета-излучением, измеряется о помощью фотоумножителя. Эффективность счета при этом составляет около 3% б. Из вещества получают воду, которую разлагают до водорода о помощью кальция или железа (при 700°С). Образовавшийся газ пропускают в счетчик внутреннего наполнения (с добавкой этилена и аргона). Эффективность счета составляет при этом ~ 40%. в. Измерение с помощью 4π-счетчика в "толстом слое". 19

n n n Методы определения концентрации дейтерия - определение плотности воды (потенциометрическим, - капельным или поплавковым методами). Чувствительность определения 0, 03 а т. % ; - определение показателя преломления воды (интерферометр); - эмиссионный спектральный метод чувствительность 0, 002 %. - инфракрасная спектрометрия применяется для измерения колебаний О-Н; можно определять положения дейтерия в молекуле, например, линии спектра различаются для СН 3 СООН и СД 3 СООН - для масс-спектрометрии чувствительность определения дейтерия составляет 0, 0002 ат. %. Можно различать С 6 Н 6 , С 6 Н 5 Д, С 6 Н 4 Д 2. 20

ПЕРЕРАБОТКА РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И ДЕЗАКТИВАЦИЯ Контроль состояний n воды, n воздух и n загрязненность поверхностей 21

Задача санитарно- дозиметрического контроля производств - контроль состояния внешней среды контролируют стадии производства: n n n коагуляцию (соосаждение на Fe(OH)3); ионный обмен; выпарку воды; вспомогательные операции. Контролируется состояние радиоактивных веществ в местах захоронения 22

Контроль воздуха n n n Большинство радиоактивных изотопов находится в воздухе в виде аэрозолей (0, 1 - 0, 5 мк). аналитический фильтр Петрянова Мусакин, А. П. . Методы контроля радиохимических производств. Учебное пособие /А. П. Мусакин. Ленинград. ЛТИ им. Ленсовета. 1977 г. 97 с. 23

24

25