Pembangunan semula dan penentuan keboleharapan sistem kawalan automasi analisis serentak uranium dan torium (paus)

Abstract

ABSTRACT

Thorium content in the plant residue from rare earth processing plant such as Lynas Advanced Material Plant (LAMP) need to be monitored and supervised so no negative impact will occur toward human and environment. Neutron activation analysis (NAA) and Instrumental delayed neutron activation analysis technique (IDNAA) were used to determine quantitatively the content of Uranium (²³⁵U) and Thorium (232Th). The IDNAA technique has advantages over NAA technique as it gives a quick result which is about 30 minutes. IDNAA equipment for determining the ²³⁵U and ²³²Th element is called Fast Uranium Analysis Equipment (PAUS) and has been operating in Malaysian Nuclear Agency since 1995. However the software and hardware of PAUS had undergone a major damage and also outdated compare to the current technology. Hence PAUS is needed to be repair or refurbish. The objective of this study is to rebuild PAUS facility with reasonable analysis accuracy from known sample analysis. It achieved through redesigning and developing the automation control system, replacing the obsolete components and software and reliability study. The development of system automation is divided into three parts; (1) Activation handling control samples by using a computer based control module and sample sensor card; (2) Neutron counting electronics equipment from Canberra and helium filled neutron detector; (3) Data acquisition and analysis program using LabView. The primary parameter to determine the accuracy of IDNAA technique is irradiation time and counting time of delayed neutron. Previous method of IDNAA had calculated the counting time including the time for sample to transfer from the top of irradiation pipe to the irradiation position inside the reactor core. This counting time is deterministic. This study had counted the time to transfer the sample as dropping time and considered that optimum irradiation did not happen. Dimensional construction a model of irradiation terminus that equivalent to the actual irradiation terminus is completed and used for sample dropping time study and was named as the irradiating time uncertainty (KMP). A statistical study of KMP parameters was done to a new PAUS system. Reliability study also included KMP effect toward IDNAA analysis and optimum irradiation time for optimum delayed neutron count. Standard reference materials analysis result relative error of the redesign PAUS system is used as a reference for accuracy analysis. PAUS system assessment is done using quantitative analysis of Uranium and Thorium radionuclide using Standard Reference Material (SRM) IAEA-S14. Through out the experiments, samples transfer parameter from loader to the reactor core is 3251 ± 210 ms (millisecond) and from the core to the counting chamber is 3264 ± 407 ms. IDNAA irradiation time uncertainty is based on sample fall time by statistically and found to be 401ms. Analysis based on floored value KMP 0.0 s ²³⁵U average is 18.28 p.p.m (parts per million) for ²³²Th is 439.55 p.p.m and analysis relative error results is 5.3 percent for ²³⁵U and 5.8 percent for ²³²Th. Analysis results based on floored value KMP 1 s ²³⁵U average is 31.5 p.p.m and 100.8 p.p.m for ²³²Th. This leads to 7.8 per cent relative error for ²³⁵U and 83.4 per cent for ²³²Th. The study indicated that KMP affect on the analysis accuracy.

ABSTRAK

Pelepasan sisa yang mengandungi unsur bahan radioaktif torium daripada kilang nadir bumi seperti Lynas Advanced Material Plant (LAMP) ke alam sekitar perlu dipantau dan di kawalselia sebagaimana tertakluk dibawah Akta 304 untuk memastikan persekitaran yang selamat. Teknik analisis pengaktifan neutron (NAA) dan analisis pengaktifan neutron tertunda peralatan (IDNAA) digunakan bagi menentukan kandungan Uranium dan Torium secara kuantitatif. Teknik IDNAA mempunyai kelebihan berbanding NAA kerana memberikan keputusan yang cepat iaitu sekitar 30 minit. Peralatan IDNAA bagi menentukan unsur ²³⁵U dan ²³²Th dinamakan Peralatan Analisa Uranium Segera (PAUS) dan telah beroperasi di ANM sehingga tahun 1995. Perisian, perkakasan dan peralatan PAUS mengalami kerosakan teruk dan usang berbanding teknologi semasa. Oleh itu, peralatan PAUS di ANM perlu dibaikpulih. Objektif kajian adalah untuk membangunkan semula teknik IDNAA dengan kejituan analisis yang baik melalui pemantauan automasi analisis dan kajian keboleharapan. Langkah bagi mencapai objektif melalui pembangunan semula peralatan PAUS dengan tiga bahagian utama; (1) kawalan pengendalian pengaktifan sampel menggunakan modul kawalan berasaskan komputer dan kad pengesanan sampel (2) peralatan elektonik pembilangan neutron menggunakan pembilang Canberra dan pengesan neutron berisi gas helium (3) Aturcara kawalan antaramuka sistem automasi, pemerolehan dan penyimpanan data menggunakan perisian LabVIEW^TM. Parameter utama yang menentukan kejituan teknik IDNAA adalah masa penyinaran dan masa pembilangan neutron tertunda. Kaedah IDNAA terdahulu telah mengira masa penyinaran termasuk masa pemindahan sampel dari bahagian atas paip penyinaran ke kedudukan penyinaran dalam teras reaktor adalah berketentuan (deterministic). Kajian ini mengambil kira masa pemindahan sampel tersebut sebagai masa jatuhan bersama masa penyinran dan mempertimbangkan bahawa masa penyinaran optimum tidak berlaku. Dimensi pembinaan satu model terminus penyinaran yang setara dengan terminus penyinaran sebenar telah siap dan digunakan untuk kajian parameter masa kejatuhan sampel dan dinamakan ketidakpastian masa penyinaran. (KMP). Kajian parameter KMP pada sistem PAUS yang dinaiktaraf dilakukan secara statistik. Kajian keboleharapan termasuk kesan KMP terhadap analisis IDNAA dan penentuan masa penyinaran optima untuk pembilangan neutron tertunda yang optima. Ralat relatif keputusan analisis bahan rujukan piawai sistem PAUS yang direkabentuk semula dijadikan petunjuk kejituan analisa. Bahan rujukan piawai (SRM) IAEA-S14 mengandungi ²³⁵U dan ²³²Th dengan kuantiti yang diketahui digunakan bagi menilai kejituan analisis peralatan PAUS. Ujian simulasi automasi PAUS mendapati parameter pemindahan sampel dari pemasuk ke teras reaktor adalah 3251 ± 210 ms dan dari teras reaktor ke kebok pembilangan adalah 3264 ± 407 ms. Parameter KMP IDNAA adalah berdasarkan kajian masa kejatuhan sampel dalam model tiub penyinaran yang diperolehi dengan kaedah statistik adalah 401 ms. Keputusan analisis menggunakan KMP 0.0 s, bahan IAEA S14 didapati purata ²³⁵U, ialah 18.28 b.p.j (bahagian per juta) dan ²³²Th, ialah 439.55 b.p.j. Ini memberikan ralat relatif analisis ialah 5.3 peratus untuk ²³⁵U dan 5.8 peratus untuk ²³²Th. Bagi KMP bundar kepada 1.0 s atau 2.5 peratus dari 40.0 s didapati purata ²³⁵U adalah 31.5 b.p.j dan ²³²Th adalah 100.8 b.p.j. Ini memberikan 7.8 peratus ralat relatif bagi ²³⁵U dan 83.4 peratus bagi ²³²Th. Kajian menunjukkan terdapat kaitan KMP dan kejituan keputusan analisis.