Назначение
Масс-спектрометры квадрупольные IMU 200 (далее - масс-спектрометры) предназначены для измерения изотопного состава урана и для качественного определения масс (массовых чисел) химических элементов (примесей) в гексафториде урана при проведении анализа в процессах производства, обогащения и переработки ядерного топлива по аттестованным методикам измерений.
Описание
Принцип действия масс-спектрометра основан на ионизации компонентов, последующем их разделении и детектировании.
Масс-спектрометр представляет собой лабораторный прибор, включающий в себя блок анализатора, блок электроники, отдельную криогенную ловушку и персональный компьютер (ПК). В блок анализатора входят система подготовки проб газа, система откачки, источник ионов, квадрупольный анализатор масс, детектор Фарадея и детектор ВЭУ (вторичный электронный умножитель) и электрометрические усилители.
Система подготовки проб газа доставляет поток газа к источнику ионов, в котором происходит ионизация пробы газообразного гексафторида урана. Затем ионизированный газ попадает в квадрупольный анализатор (фильтр) масс, в котором ионы разделяются исходя из отношения Z/m (заряда к массе). Ионы со значениями больше или меньше чем заданное задерживаются на стенке фильтра масс, а на выход анализатора (фильтра масс) попадает поток ионов с заранее заданным значением Z/m. Детектор Фарадея и вторичный электронный умножитель (детектор ВЭУ) измеряют образующиеся ионные токи. Калибровка проводится по стандартным образцам с известным составом изотопов. Из отношения ионных токов определяются атомные доли изотопов в пробе газа.
Программное обеспечение
Масс-спектрометры оснащены программным обеспечением (ПО), позволяющим осуществлять диагностику технического состояния системы, контроль процесса измерений, сохранять результаты измерений, проводить их статистическую обработку и архивирование.
ПО масс-спектрометра установлено на следующих компонентах:
1. Персональный компьютер. Назначение: отображение, хранение и обработка измерительной информации. Номер версии ПО установленного на персональном компьютере идентифицируется при запуске программы путем вывода на экран номера версии и при обращении к соответствующему подпункту меню.
2. Программируемый логический контроллер (Programmable Logic Controller -PLC) SIMATIC S7-300. Назначение: обеспечение безопасной работы масс-спектрометра (блокирование опасных действий оператора или измерительных программ, подача сигналов о неисправностях и т.д.)
3. Контроллеры LOGO! Назначение: Управление системой жидкого азота и управление триггером для контроля связи спектрометр - компьютер
4. Пульт управления SIMATIC OP 170B (сенсорный экран). Назначение: ручное управление системой откачки и параметрами системы безопасности прибора (защищено паролем доступа), а также визуализация состояния измерительной системы и системы откачки прибора.
В микроконтроллерах и в пульте управления (номера 2, 3, 4) ПО заложенно в процессе производства и защищено от доступа.
Идентификационные данные ПО
| Место установки | Идентификационное наименование | Номер версии (идентификационный номер) | Цифровой идентиф икатор | Алгоритм вычисления цифрового идентификатора |
| Персональный компьютер | Quadstar | 7.02 | - | - |
| Г лавный контроллер PLC SIEMENS SIMATIC S7-300 | Step 7 | 5.3.2.0 | 6ES7810-4CC07-0YA5 | недоступен |
| Контроллеры SIEMENS LOGO! | Logo Soft Comfort | 6.1.12 | 6ED1058-0BA02-0YA0 | недоступен |
| Пульт управления SIEMENS SIMATIC OP 170B | WinCC Flexible 2007 | 1.2.0.0 | 6AV6611-0AA51-2CA5 | недоступен |
Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню «высокий» по Р 50.2.077-2014.
Общий вид всех компонентов масс-спектрометра, а также детальные изображения
стойки с электроникой и блока анализатора представлены на рисунках 1 и 2.
Рисунок 1. Общий вид всех компонентов масс-спектрометра
1 Криогенная ловушка
2 Анализатор изотопов UF6
3 Стойка с электроникой
1 - Вакуумная схема со светодиодной индикацией
2 - Пульт управления SIEMENS SIMATIC OP 170B
3 - Главный контроллер PLC SIEMENS SIMATIC S7-300
4 , 5 - Контроллеры SIEMENS LOGO!
Технические характеристики
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| Диапазон измерений атомных долей изотопов урана | от 0 до 1 |
| Предел допускаемого относительного среднего квадратического отклонения случайной составляющей относительной погрешности (при измерении отношений атомных долей изотопов урана), % | 0,1 |
| Диапазон измерений масс (массовых чисел), а.е.м. | от 1 до 512 |
| Разрешающая способность на уровне 10 % интенсивности линий масс-спектра, не менее | 1 |
| Предел обнаружения по основному пику 238UF5+, млн-1, не более | 2,5 |
| Параметры источника питания: Напряжение, В Частота, Гц | 220± 10 % 50/60 |
| Потребляемая мощность, В • А, не более | 1500 |
| Г абаритные размеры, мм | 1120 х 1895 х 1058 |
| Масса, кг, не более | 300 |
| Условия эксплуатации: - температура окружающего воздуха, оС - относительная влажность воздуха, %, не более | от 18 до 25 75 |
Знак утверждения типа
наносится на лицевую панель масс-спектрометра методом наклейки и на титульный лист Руководства по эксплуатации типографским способом.
Комплектность
- масс-спектрометр;
- комплект эксплуатационных документов:
- руководство по эксплуатации;
- руководство на программное обеспечение
- методика поверки (МП 60-241-2014)
Поверка
осуществляется по документу МП 60-241-2014 «ГСИ. Масс-спектрометры квадрупольные
IMU 200. Методика поверки», утвержденному ФГУП «УНИИМ» 29 сентября 2014 г.
Эталонные средства измерений, используемые при поверке:
стандартные образцы изотопного состава урана:
- ГСО 7518-99 (отношение массовой доли изотопов U-235/U-238 2,04^10'5, абс. погрешность ± 240-7);
- ГСО 7519-99 отношение массовой доли изотопов U-235/U-238 0,0020226, абс.
погрешность ± 1,840’6);
| - ГСО 7535-99 отношение | массовой | доли | изотопов | U-235/U-238 | 0,10194, | абс |
| погрешность ± 5 •10-5); - ГСО 7540-99 отношение | массовой | доли | изотопов | U-235/U-238 | 0,57151, | абс |
| погрешность ± 0,00029); - ГСО 7541-99 отношение | массовой | доли | изотопов | U-235/U-238 | 0,92236, | абс |
погрешность ± 0,00029).
Сведения о методах измерений
Методика измерений представлена в руководстве по эксплуатации.
Нормативные документы
Техническая документация фирмы-изготовителя «InProcess Instruments Gesellschaft fur Prozessanalytik mbH», Германия.
Рекомендации к применению
Выполнение работ по оценке соответствия промышленной продукции и продукции других видов, а также иных объектов установленным законодательством Российской Федерации обязательным требованиям
27376-04
