EJ T 1017-1996 核燃料循环中核材料取样通则.pdf

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1、E.J 中华人民共和国核行业标准EJ/T 1017-1996 核燃料循环中核材料取样通则06052 000066 1996-04-18发布1996侃”。1实施中国核工业总公司发布前言本标准主要是参照美国材料与试验学会ASTMC970-870991)标准编写的根据我国实际情况在技术内容上与之非等效。此外，在标准编写过程中还参考了美国核管会文件NUREG/CR-0087. 核燃料循环系统取样问题和化工、冶金等行业虽有许多共性，但由于存在放射性，许多工业设备不能接近和直接观察，物料昂贵、不能采取通常的取样方式来达到取出有代表性的样品。临界安全、环境保护、公众安全、特别是核材料的控制与衡算等都对核燃料

2、循环中取样的代表性和经济上的合理性提出了更为严格的要求，这就给取样过程带来了一定困难，本通则的目的是在满足上述条件的情况下，提供取样方案的设计原则和建立取样程序，以保证取祥有充分的代表性，降低分析测量的总不确定度，重点是随机不确定度。与化工产品取样有共性的内容如通用原则和取样设备等，以引用标准的方式解决，本标准不再重复。本标准引用的定义及数学统计概念主要取自ASTMC970-870991)，取样误差是测量总不确定度的一部分，它仅与用样本推断总体有关，只能通过重复大量取样测量才能对取样误差进行估计。由于本通则与分析测量方法密切相关，所以要求分析测量方法有方法鉴定报告或精密度和准确度的实验报告本标

3、准的附录A是提示的附录。本标准由全国核能标准化技术委员会提出。本标准起草单位z核工业总公司燃料局、四O四厂。本标准主要起草人z田馨华、董俊明、梁淑珍。中华人民共和国核行业标准EJ/T 1017-1996 核燃料循环中核材料取样通则1 范围本标准规定了以满足核燃料产品技术条件和特种核材料管理与衡算要求为目的的取样通则。本标准适用于核燃料循环系统各种状态核材料成品、中间产品、工艺料液、回收残料及废物的取样。本标准可涉及危险的物料、操作和设备，但未包括全部相关的安全问题，使用时应建立或者遵照有关的标准和管理规定。2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文在本标准出版时，

4、所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T 6678-86 化工产品采样总则GB/T 6679-86 固体化工产品采样通则GB/T 6680-86 液体化工产品采样通则3 定义本标准采用下列定义。3. 1 测量误差测量值与被测量的真值之差，测量值是被测量量的估计值3.2 测量不确定度表征被测真值所处范围的评定结果，通常带有给定的置信度置信水平3.3取样误差a) 样品某个特征的真值与其代表的总体特性真值之间的差值称为取样误差。b) 用对样品某个特性的测量结果来估计或代表总体某个特性量值时所产生的误差。3. 4 方差分析方差分析是统计理论，方

5、法与实践的主要部分，系指通过一系列测量值变盖平方和来表示总体变化，也可以把总体变化分解成若干可加性的平方分量，每个平方分量代表引起总体变化的某一因素的效应。3.5嵌套设计中国幢工业总公司1996-04-18批准1996-08-01实施1 EJ/T 1017-1996 一种特殊的实验设计，以组合各种因素产生的变化为特征，对变动因素A的每个样品值，给出第二种变动因素B抽样的值，依此类推，给出下一种变动因素C等的抽样结果“预期均方值”逐行列于方差分析表中。3. 6置信区间a) 一个区间的估计量，用来约束总体参数值，并与总体参数置信度（置信水平相关。b) 根据统计学方法，以样品数据和给定置信度，求得区

6、间估计值，并以此来约束总体参数。3. 7置信度（置信水平和置信区阅或统计容许区间有关的概率1-a值。3. 8 万楚，a) 总体方差随机变量和其数学期望（或均值差的平方的数学期望称为方差。b) 祥本方差测定值与平均值之差的平方和除以测定次数减去1的值，即3.9标准偏整方差的算术平方根。3. 10 特种撞材料s2 = : l 430 I 53 3 140 l. | 4斗一旦粒度遭围的平均颗拉直4m粒度范围的平均颗粒直在5.5 样本容量的统计估计取样方案对样本容量Fd般考滋商种情况。第一种情况主要是考虑取样与分析过程的经济性，在这种情况下，是以样经挤性”为眼制的前提，找出一种取样方案，使样本平均值方

7、盖最小。第二种情况是以规立在样本平均值方差的要求作为主要限制条件，在这种情况下的问题是找到一种满足方盏要求，而又最经挤的方案，在核燃料循环中经常遇到的是第二种情况。在有限决取样翻量中p是未知酌，只能用样本平均值的标准偏差Sp计算其不确定度A值。.:l = Sp t._ f .“ (12) 式中：.:1一不满定度pt . （一）显著性水平为，自由度为f的置信因子按第二种情况式中4已有规定值，f取决于m,r和n。由公式（4）可以看出Sp和n、m,rf目关，因此要得出优化合理组合的n、m,.-i庭，即样本睿量，只有用多次迭代逼近方法来确定t和S;，如果出工厂长期生严嘿盔的：豆豆；最数据资料，能提供已

8、知的各种方盏分量？已知测量误差接近正态分布则可取1=2，汁算出吟g然后再it算得出成本合理的n,m,r组合方案，即合理总取祥量。统计估算比较复杂，应向统计学专家臀询e5.6取样时间组成分析结果往往与物料的总重重或体朝的事自最有关，故对取样样品的称量与物料质量或体积的测量应同时进行。如果物料很意定，在政样和物料贯量或体积攒；墨的问隔时间内，不会发生组成、质量或体职的变化，则可以允许有一定的间隔时间。5,7 取样方案设计的实验EJ/T 1017-1996 统计理论计算公式和通用的经验公式只能提供指导，最终取样方案的确定必须要通过具体对象（物项的实验验证。6 取样系统误差6. 1 系统误差引起偏倚，

9、它是指测量值均按同一方向或周期性地偏离真值的偏差，常见的原因有取样程序不当，取样器有缺陷或者测量仪器设备标定有误，材料在取样或分样过程或在取撑前受污染，材料在取撑过程和取样后保存和处理中发生了物理或者化学变化以及操作者违反取样规程。6.2 对核材料，由于物理和化学变化而引起的取样系统误差，如：一一舍坏工艺溶液或产品溶鞭或废液因酸度变化引起水解或聚合产生固体悬浮物；一一后处理溶解槽料液国温度和压力改变引起蒸发速度变化以及辐照分解；一一粉末状态的物料比较典型的有U02、UOs-UF4和Pu02等，它们容易吸温，或者易被氧化以Pu02粉末为例，Pu02在空气中吸湿几小时可增重1%。6. 3 发现系统

10、铺盖时，需要进行适当的实验研究工作佑计其量并在结果中细以校正。但并非所有的情况下均可能解决，例如样品被市染的程度未知且新样品的来源已不存在因而系统铺盖的估计就不可能实现。7 撞燃料循环中建立，取样程序的基本费求和准则在每种工艺过程中，根据巳确定的取样方案和实验结果编制取样程序，取样程序一般包括混匀、取祥、样品处理和保存。在工业规模生产设施建成前进行实验验证，这种实捡一般在中间试验厂进行，以达到生产厂对取样成本和代表性的要求。以下各节按取样时材料状态简述各种取样程序要求和通用准则。7. 1 各种液态核物料取祥7.1.1 中低水平放射性废液和不含有裂变产物的铀和坏溶液，一般采用世料小阀门或循环回路

11、取样，但应在密封系统中收集样品，以免放射性核物料扩散而污染环境。应避免悬浮物、沉淀或不溶有机相产生，铀和坏的溶液应控制在规定的酸度下取样，以免水解或产生坏的聚A f:-1。7. 1. 2 高放射性的溶液一般采取屏蔽遥控循环旁路取样，取样后，小样品容器放在特定手套箱内，以达到操作人员可接近的要求。7. 1. 3 由于临界安全、溶液的容器结构形状各异，一般是设循环旁路取样点，这种被体取样的黯机性和代表性是靠适当和有效的混匀过程，并严格控制溶被温度、粘度、密度、酸度、取样管线的漂洗或样品的蒸发，等因素的影响。7. 1. 4 UFs是核工业中一种主要核材料，按照其物理化学特性必须在液化混匀的条件下取样

12、和分样，一般在93保持规定时间，以达到液化和均匀化，如果容器装料少于2.白，可以用振动倒置的方式进一步谴匀，然后以液态收集在取样容器中。7.2 粉末材料的混匀和取样寸，2.1粉末在容器中组成的差异要大于液体，要取得有代表性的样晶，一般有两种方法，或EJ/T 1017-1996 将母体材料混合至达到随机分布，或按实验确定的随机取样方案取大量单样测量，也包括多个单样复合进行测量。7. 2. 2 粉末混合操作程序的确定要通过实验验证其有效性，受材料物理特性如比表面、粒度大小与分布、粒度的形状和密度、以及粘结成块的趋向影响，也受混合设备的特性如容量、形状、运动的速度和机械结构等因素影响，也受到临界安全

13、限制的影响7.2.3 当粉末材料在取样前不能进行充分混匀时，或者材料本身很容易分层或偏析，则在容器中随机选择多点取样或者在物料流中连续按比例取样。7. 3燃料芯块的取样燃料芯块的单次取样量为一个完整的合格芯块，废弃的不合格的芯块不具代表性。按生产中一批物料特点和待测项目方差要求用统计计算来估计取样数目如果芯块之间铀含量变化的标准偏差为o.。她，而对一批芯块平均值的标准偏差要求达到O.Olg，则需要取样分析测量的芯块数目m，可以按公式（2）忽略分析测量的标准偏差来进行估计。0. 05 m = （一）= 25 0. 01 取样方式可以在生产线上按时间间隔取样，也可以在容器中随机选取。7.4废物和残

14、料的取样7. 4.1 液体废物取样7. 4. 1. 1 以单一相存在的废液的取样见7.1.1和7.1. 2. 7. 4.1. 2 对两相或者多相存在的废液如有机相和水相共存或液相和固相共存时，建立有代表性的取样程序较困难。在固液共存情况下的可选择的程序是z一一将混合物转化成单相，如将沉淀溶解，一一测定两相的比例，分别取样F一一充分揭合成均匀的浆液，海合条件下取样，或者多点分层取悬浮浆液样。7. 4.1. 3 在沉降池中的废液可能有垂直方向的分层，也可能在入口区和出口区有偏析现象，均可形成组成上的差别，一般将池划分成网格，按网格垂直方向随机取祥。7.4.2 可回收残料的取样7. 4. 2.1 残

15、料包括不合格芯块，沾污了的粉末、车屑或磨屑以及其它含有可回收量的特种核材料的物料。残料一般在容器和容器间的变化显著，因此取样误差亦显著，可用无损分析方法（NDA）测量加以避免7.4.2.2 当必须取样时通过实验建立取样程序，原则上可采用的方法有z一一在一个容器内取许多小样进行复合F一一取样前粉碎或者采用有效的混匀技术，一一取样前转化成潜液取样7.4.3 其它固体废物和污染设备大多数情况下无法取样，建议采用无损分析的方法测量8 附录A（提示的附录四氟化铀取样实验的随机误差的估算Al I亩四氟化铀的取样不但要满足核材料衡算的要求，还要满足产品技术条件要求，即取样误差和分析测量误差要互相匹配。例如核

16、材料衡算中铀含量的分析测量精密度一般相对标准偏差不大于0.1%，而各种杂质如Mo、Ti、Fe等则随含量和分新方法不同而异，一般为5%20%。铀是产品的主要成分，而杂质含量则为10寸10-Gg/g铀，所以二者对取样方案和程序要求也不完全相同。本附录对四氟化铀中铀和杂质Mo、Ti、民的部分取样分析数据用方辈分析的方法估算了取样的随机误差。A2 E氟化铀产品的物理化学性踵二氧化铀经氢氟化连续生产的四氟化触由于原料和工艺条件的变动，产品中二氧化铀和氟化铀酷的含量时有波动，从而导致四氟化铀中铀总量的徽小变动。四氟化铀产品为绿色勒末，并且具有一定程度的眼温性，经实验证明，在握度25、90%湿度的条件下，时

17、间70h,吸水量为1.8%。四氟化铀的吸水在130140下烘干4h即可除去。四氟化铀产品的筛分分析实验说明，99%产品粉末颗粒直径分布在o.152 0. 044mm 之间。这种粒度很细的粉末产品，对取样器没有更特殊要求A3 四氟化铀产品取样实验和随机误慧的估算实例A3.1 对四氟化铀中铀和杂质铝、敏、钦的取样分析实验对铀含量的取样实验，为了简化计算从装有四氟化铀产品的100个容器中随机确定5个容器，每个容器随机抽取4个样品，每个样品进行两次平行测定，其结果以嵌套设计方式列于表Alo对杂质Mo、Ti、Fe取样实验，从装有四氟化铀产品的100个容器中随机确定4个容器，每个容器随机抽取4个样品，每个

18、样品进行两次平行测定，其结果以嵌套设计方式分别列于表A2，表A3、表A4o9 EJ/T 1017-1996 表Al对四氟化铀中铀含量取样测定结果容器分析序号样品中铀含量，%物项T1; j-1 j-2 j-3 j-4 1 75.74 75.89 75.86 75.72 467-1 2 75.68 75.97 75. 71 75.82 T,; 151. 42 151. 86 151. 57 151. 54 1 75.96 75.77 75.78 75. 79 467-2 2 75,79 75.83 75.88 75. 79 T2; 151. 75 151. 60 151. 66 151. 58 1

19、 75. 71 75.64 75.90 75.71 445-3 2 75.75 75.82 76.01 75.82 T,; 151. 46 151. 46 151. 91 151. 53 1 75.78 75.61 75.70 75.95 481-4 2 75.67 75. 80 75,77 75.70 T,; 151 45 151. 41 151. 47 151. 56 1 75.67 75. 71 75.81 75.81 493-5 2 75.77 75.90 75. 97 75.74 T,; 151. 44 151. 61 151. 76 151. 55 表A2对UF4中杂质Mo取样测定

20、实验结果容器1分析序号iMo含量，p.g/g.u J坦f=t朽引二三二一卜干斗斗苦斗t十号； 丢l寸习卜十寸去十号：一10 j-4 0.98 1. 06 1. 51 2.99 1. 08 1. 05 1. 04 2.09 T1 T1=606. 39 T2=606. 59 T3=606. 36 T,=605. 98 T5=606. 38 T=3031. 70 r. T1=9. 37 T2= 11. 68 一T,=9. 07 T,=8. 48 T=38. 6 EJ/T 1017-1996 表A3对UF4中杂质Ti取样测定实验结果容器分析序号Ti含量，用g.u Ti （物项Tij-1 j-2 j-3

21、 1-4 1 0. 58 0.56 0.53 0. 59 430 2 o. 56 0.59 o. 55 o. 60 T1=4. 58 T1; 1. 14 1. 17 1. 08 1.19 1 o. 65 0.74 o. 67 o. 92 467 2 0. 64 0.73 o. 65 o. 71 T,=5. 71 T2; 1. 29 1. 47 1. 32 1. 63 1 。.63 0.73 0.64 0.55 445 2 0. 65 0. 63 0. 58 0.57 T,=4. 98 T,; 1. 28 1. 36 1. 22 1.12 1 0.95 0. 90 o. 91 o. 99 493

22、 2 o. 88 0.89 0.90 0.96 T4=7. 38 T.; 1. 83 1. 79 1. 81 1. 95 T=22. 65 表A4对UF4中杂质Fe取祥测定实验结果容器分析序号Fe含量，问g.u （物项T; T; j-1 j-2 j-3 j-4 1 29.8 40.2 33.4 45. 5 430 2 33.5 40.8 37.8 40. 8 T1 =301. 8 T1; 63.3 81. 0 71. 2 86. 3 1 56. 6 40.8 30.7 27. 6 467 2 53.2 32.2 47.7 29.1 T,=317. 9 T2; 109. 8 73. 0 78.4

23、 56.7 1 65.3 54. 8 52. 8 57.4 445 2 64.9 51. 4 50. 8 54.9 T,=452. 3 1,; 130.2 106.2 103. 6 112. 3 1 47.5 43.9 57.5 53.9 481 2 47.0 46.3 62.5 52.8 T4=411. 4 T的94.5 90.2 120.0 106.7 T=l483. 4 A3. 2 囚氟化铀产品取样随机误差的估算将A3.1中表AlA4的实验结果按双因素实验方差分析的方法计算（每个容器中物11 EJ/T 1017-1996 料量基本相同。表A5双因素实验方差分析表方差来源平方和自由度均方值

24、预期方差组成容器问物料变动S1 N S1 n-1 ”一1N-l mrs +rs1 + s.2 容器内物料变动Ss n(m一1)Ss rss! n(m-1) 分析随机误差SA nm(r-1) SA s: nm(r-l) 总变动Sr nmr-1 N一物料容器的总数或一批物料容器总数，r一被取样的容器数，m一每个容器的取样数sr一一每个样品的分析次数FX，血一一第i个容器第j个样品第晶次分析的测量值，即表14中所有测量值pT=.ttxik X=T/nmr T.X.,k X,=T./mr T,=2:X.;k x . 巳. r T X FZ川mZ山nzu -X X FZ户m三山nzu s S1=mr_2

25、:c.X.一支）2占2:n1 r - 1 nrTr S,=r.1（丸xY三旦旦一去三nSA=,t,，山X.,)2.；三一士，t,n或SA=Sr-S1-Ss 按A3.1中表Al数据和A3.2表A5及所列公式计算四氟化铀中铀含量取样实验方差分析结果列于表A6。12 EJ/T 1017-1996 表A6四氟化铀中对铀取样实验方差分析计算结果方差来源平方和自由度均方值统计量统计推断容器问物料F= 0. 006125 0 73 0.008385 容糖间均方值间0.0245 5-1=4 0.006125 变动FO. 5(4,20)=2. 8 无显著差别容器内物料5（4一1)0. 01187 o. 0083

26、85 1. 42 容器内均方值问变动0.1781 =15 分析随机0.1677 5 4 误差(2-1)=20 由均方值求得分析方差标准偏差o. 01187 FO. 5(15,20)=2. 3 0.008385 s; = 0. 008385 1 s.=O. 0921 相对标准偏差车0.12%x 取样误差中由容器内物料变动引起的方差无显著差别s:=o. 001741 标准偏差s,=O.0421 相对标准偏差主O.06%。x s为负值这一现象，在统计估计中可能出现，必要时可适当修改程序。按以上相同的方法将四氟化铀中对杂质锢、铁、铁取样实验数据进行计算实验中取N= 100, n = 4, m = 4,

27、 r= 2.在所有实验中，容器间和容器内变动的均方值和分析方差进行F检验均呈显著性差异计算结果分别列于表A7、表A8和表A9.表A7四氟化铀中对杂质铝取样实验方差分析计算结果方差来源平方和自由度均方值方差标准偏差相对标准闻gU.g/gU 偏差%容器问物料变动0.7381 3 0.2460 st 0. 0287 0.17 Sb Sb -=-=14 x 容器内物料变动0.1965 12 0.01638 si 0. 00547 0.074 s. s. -=-=6.1 x 分析随机误差0.08760 16 0.00548 s; 0. 00548 0.074 s. Sa -=-=6. 1 x 13 EJ

28、/T 1017-1996 表AB囚氟化铀中对杂质铁取样实验方差分析计算结果方差来源平方和自由度均方值方差标准偏差相对标准问gU闻gU偏差%容器问物料变动0.5737 3 o. 1912 s O. 1859 0.43 s二h=61 Sb x 容帮内物料变动0.0634 12 0.00528 s O. 0016 0.040 S二=5. 7 s. x 分析随机误差0.0328 16 0.00205 s O. 00205 Sa 0.045 6.4 x 表A9四氟化铀中对杂质铁取样实验方差分析计算结果方差来源平方和自由度均方值方差标准偏差相对标准g/gU 闯gU偏差%容器问物料变动1981. 25 3

29、660.42 sil 68. 15 8.26 =18 Sb x 容器内物料变动1382.59 12 115. 22 s; 50. 01 7. 07 s. s. -:-=15 x 、分析随机误差242.23 16 15. 20 si 15. 20 3. 89 s. Sa -:-=8. 4 x A4 实验结果分析和建议A4.1 由实脸数据和方差分析估算结果可以看出，对主要成分铀的取样分析，容器间和容器内物料变动引起的取样随机误差均小于分析随机提差。如果在实验中选择n=l。而2,r=2，或n=20,m=l,r=2进行方盏分析估算，其结果可能更较合理且符合实际情况。A4. 2 实验的估算结果表明，对容器间和容器内的杂质取样误差在多数情况下大于分析误差，因此复合取样方案对杂质联样可能更较合理。A4.3考虑一种取样程序能同时满足核材料衡算和产品质量条件更为经济合理，建议采用复合取样方案。14 WAmAm同lhp网。同H同国