^(237)Np,^(238)Pu,^(241)Am和^(90)Sr在中国和日本膨润土中迁移的野外试验

从1997年6月25日到2000年7月11日在中国辐射防护研究院试验场,在天然降雨和人工喷淋(15 mm/d)两种条件下,在包气带黄土中进行了237Np,238Pu,241Am和90Sr在中国膨润土和日本膨润土中迁移的野外试验。试块由膨润土和砂子以质量比为15∶85组成,试块大小为150 mm×150 mm。试验结果表明,在两种条件下,核素在两种膨润土试块中分布状态和变化趋势相似,238Pu和241Am在3 a内没有明显移动,237Np和90Sr在天然降雨条件下,分布曲线有所展宽;在人工喷淋条件下经1 106 d后,237Np和90Sr在试块内分别向下迁移1.5 mm和2.0 mm,呈现出扩散为主的迁移。

腐殖酸对^(237)Np在石英砂柱中迁移的影响研究

采用阶梯法和脉冲法分别将腐殖酸和2 37Np注入石英砂柱中 ,研究了腐殖酸存在时对2 37Np迁移的影响。实验表明 ,在流量为 0 .0 8mL/min的情况下 ,腐殖酸浓度从 0增大至 1 0mg/L时 ,2 37Np在石英砂柱中的迁移加快 ,浓度继续升高到 2 0mg/L、5 0mg/L后未见显著变化 ;2 37Np在石英砂柱中的滞留因腐殖酸的存在而有减轻趋势 (从无腐殖酸时的 8.3 %到HA为 5 0mg/L时的 5 .0 % )。滞留在石英砂柱中的2 37Np ,除了与吸附在石英砂上的腐殖酸结合外 。

^(90)Sr、^(237)Np、^(238)Pu和^(241)Am在含水层中迁移的模拟实验

在中国辐射防护研究院野外试验场的地下研究设施内进行了 90 Sr、2 3 7Np、2 3 8Pu和 2 41Am在含水层介质中迁移的模拟实验。实验用的非扰动原状土柱取自地下研究设施内的含水层 ,实验用水为地下水。实验结果表明 ,试验场含水层介质对 2 3 8Pu和 2 41Am具有很强的吸附能力 ,对 2 3 7Np的吸附能力相对次之 ,对 90 Sr的吸附能力相对较弱。在实际水流速为 6 .13cm/ d条件下 ,经过 5 2 7.5天 ,各核素的活度浓度峰分别迁移了 16 cm(90 Sr)、3.9cm(2 3 7Np)、小于 0 .2 cm(2 3 8Pu和 2 41Am)。采用核素二维迁移方程和本文提出的核素从源层释放的洗脱模型对浓度分布进行了拟合 ,得到了核素迁移参数 。

^(237)Np、^(238)Pu和^(241)Am在包气带黄土中迁移的模拟实验

本文介绍了2 37Np、2 38Pu和2 4 1Am在包气带黄土中迁移的模拟实验方法和结果。实验土柱尺寸为2 80mm× 1 2 0 0mm ,示踪源层由示踪核素的硝酸盐溶液与石英砂 ( 4 0～ 80目 )混合后风干形成 ,尺寸2 80mm× 5mm ,核素迁移实验在喷淋 ( 5 .5～ 5 .6mm/d)条件下进行。对于2 37Np在土柱内垂向分布和迁移速度 ,实验期间用γ谱仪进行柱外直接测量。同时在实验进行 1 0 73d和 665d后分别对 1 #和 2 #土柱中的2 37Np、2 38Pu和2 4 1Am进行解体取样测量。经 1 0 73d ,2 37Np、2 38Pu和2 4 1Am在 1 #柱内比活度峰位分别向下迁移 3 .2 5、0 .2 5和 0 .2 5cm ,其平均迁移速度分别为 3 .0 3× 1 0 - 3、2 .3 3× 1 0 - 4和 2 .3 3× 1 0 - 4cm/d。经 665d后 2 #柱内三种核素比活度峰位分别向下迁移 1 .2 5、0 .2 5和 0 .2 5cm ,其平均迁移速度分别为 1 .88×1 0 - 3、3 .76× 1 0 - 4和 3 .76× 1 0 - 4cm/d。2 37Np、2 38Pu和2 4 1Am三种核素的比活度分布质心在 1 #和 2 #柱内分别向下迁移 2 .79、0 .73、-0 .0 9cm和 1 .48、0 .41、-0 .2 7cm ;在 1 #( 1 0 73d)和 2 #( 665d)柱内2 37Np、2 38Pu和2 4 1Am垂向扩散参数σx(t)分别为 1 .2 9× 1 0 - 3、9.86× 1 0 - 4、5 .0 3× 1 0 - 4和 2 .0 0× 1 0 - 3、2 .

^(237)Np在膨润土中表观扩散系数的测定

在大气和低氧条件下使用静态背对背扩散法测定了237Np在红泉膨润土中表观扩散系数Da值。实验结果如下:大气条件下237Np在混合型、Ca 型、Mg 型膨润土中的Da值分别为3 9×10-13,5 6×10-13,8 4×10-13m2/s;低氧条件下相应的Da值分别为3 4×10-13,4 7×10-13,3 1×10-13m2/s。在大气条件下以混合型膨润土为例,使用扩散池方法测得237Np的表观扩散系数Da值为8 2×10-12m2/s。

从^(237)Np中分离高纯度的^(233)Pa的新方法

一、引言^(231)Pa是AcU(^(235)U)天然放射系的一个重要成员。在海洋地球化学和地质年代学研究中,它是一个非常重要的核素。但可作为^(231)Pa分离用的产额示踪剂的核素只有^(233)Pa,它是β-γ发射体,半衰期短(27.0 d)。因此如果能够简便地制得示踪剂^(233)Pa,对^(231)Pa年代学的研究和应用以及对镤化学和放射化学的研究无疑是个促进。

^(237)Np(V)在膨润土上的吸附行为研究

以甘肃红泉膨润土为预选的缓冲、回填材料,研究了核素237Np在该材料中的吸附行为。在大气和低氧(氧含量低于5×10-6mol/mol的Ar气气氛)两种条件下,分别测定了237Np在混合型、Mg 型、Ca 型三种膨润土上的吸附分配比Kd值;并以混合型膨润土为例,研究了pH值和CO2-3浓度对Kd值的影响。得到如下主要结果:(1)大气条件下,237Np在混合型、Mg 型、Ca 型膨润土上的吸附分配比Kd分别为:47.3,52.0,42.4mL/g;低氧条件下分别为:89.3,38.8,29.0mL/g;(2)低氧条件下,混合型膨润土在最终pH<9.2时,随着pH的升高,Kd值增大,在pH=9.2时,出现最大值;(3)在大气和低氧两种条件下,在Np(V)的浓度低于NaNpO2CO3的溶解度时,随着CO2-3浓度增加Kd值减小。结果表明,混合型膨润土对Np(V)有较好的吸附能力。

^(237)Np与^(233)Pa的分离和测定

采用多孔高硅氧玻璃作吸附柱 ,研究了在 8mol/LHNO3介质中2 37Np与子体2 33Pa的分离和测定。研究结果表明 ,用H2 SO4 解吸2 33Pa ,能使2 37Np与2 33Pa定量分离。2 37Np和2 33Pa的放化回收率分别为 99%～ 10 1%和 99%～ 10 3% ,方法的相对标准偏差分别为 2 %和 3%

^(237)Np和^(238)Pu在黄土地下水中迁移的数值模拟

为了探索超铀核素在多孔介质中的迁移规律,为低中放固体废物近地表处置库的工程设计提供科学依据,在野外黄土试验场对237Np和238Pu进行了现场示踪试验,采用非平衡吸附模式的NESOR程序模拟了试验数据.结果表明,在含水层厚度6m以上更新世(Q3)马兰黄土中,土壤颗粒矿物以长石和石英为主,化学成分主要为SiO2,土壤颗粒以0.2~0.02mm为主的砂质黏壤土,干容重1.623t/m3,pH=8左右,总孔隙度0.42,阳离子交换容量12.17~28.26meq/100g的条件下,获得试验场黄土的纵向弥散度aL值为0.20~27.5cm,横向弥散度aT为0.05~1.0cm; 237Np的分配系数Kd值为198~451mL/g,238Pu的Kd值为450~1198mL/g;非平衡速率参数a范围为0.014~0.35d-1.

^(237)Np在黄土上的吸附

采用静态法测定了237Np在黄土上的吸附比,开展了去除特定物相(包括碳酸盐、Fe/Mn氧化物/氢氧化物和有机质)后黄土对237Np的吸附,以及地下水离子强度等因素对黄土吸附237Np影响的研究,并采用连续提取程序对吸附了237Np的黄土进行了分析。实验结果表明:237Np在黄土上的吸附较强,其吸附比为854mL/g;黄土中碳酸盐相对吸附的贡献最大,大体可据之对黄土吸附237Np的能力进行判断。

大量铀溶液中^(237)Np含量的γ谱法测量

研究建立了γ谱法直接测定大量铀溶液中2 3 7Np的方法。利用2 3 7Np在 86keV附近的γ射线峰扣除其子体2 3 3 Pa的影响 ,可以定量测定2 3 7Np。铀溶液中的大量铀对 86keV附近的γ射线有较强吸收 ,86keV附近峰面积的对数与铀浓度呈线性关系 ,用最小二乘法进行拟合线性 ,对铀的影响加以校正。

含放射性示踪剂^(237)Np和^(241)Am土壤测量的质量控制

本文报道了超铀核素迁移试验中含放射性示踪剂2 37Np和2 4 1Am土壤样品分析测量的质量控制工作。整个质量控制工作由独立于分析测量工作的质量保证人员具体组织实施 ,它的主要内容有 :抽取送检样品总数的 5 %～ 1 0 %的样品进行复测检查 ;制备空白样品、平行样品和掺标样品作为质控样品 ,检查分析结果的质量。本文报道了这些工作的实施情况及其结果。

环境样品中^(237)Np的ICP-MS分析研究进展

近年来,环境样品中237Np的准确测量受到越来越多的关注。随着质谱技术的发展,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)成为研究和测量环境样品中237Np的重要手段。文章从样品制备、定量方法、干扰降低、进样系统改进、与色谱联用等方面,对ICP-MS分析环境样品中237Np的研究进展作了评述。

^(237)Np/^(235)U裂变截面比和俘获裂变截面比的测量与分析

在中国实验快堆(CEFR)中直接测量237 Np的裂变截面和俘获截面较困难且误差很大,根据CEFR采用UO2燃料的特点,可通过测量237 Np/235 U裂变截面比和俘获裂变截面比以获取237 Np的相关数据。本文通过分析截面比的测量结果得到237 Np的较重要数据,为后期在CEFR上进行237 Np嬗变研究和238Pu生产提供了数据支持。

14.7MeV中子诱发^(237)Np裂变的质量分布

目前,从14MeV中子诱发裂变的实验数据中,已对若干锕系核裂变的质量产额作过较为完整的测定。研究过的核素有^(232)Th,^(233-236)U,^(238)U,^(239)Pu,^(240)Pu,^(242)Pu和^(241)Am。但^(237)Np的14MeV中子诱发裂变,迄今尚无比较完整的裂变产物产额数据。1960年Coleman等用放化法测定了从^(91)Sr到^(159)Gd共19个裂变产物的产额。等用质谱法测定了^(237)Np裂变中若干Xe同位素的累积产额,发现精细结构峰在A=134处。本工作用γ能谱法测定了14.7MeV中子诱发^(237)Np裂变的裂变产物产额。

从^(237)Np中分离高纯度^(233)Pa的硅胶树脂法研究

采用硅胶树脂法从237Np中分离得到高纯度的233Pa.研究发现,当7mol/L HNO3237Np-233Pa平衡溶液通过硅胶树脂时,237Np会随着流洗液流出,在无F-存在的条件下,233Pa会吸附在硅胶树脂上,在F-存在的条件下,可以将233Pa从硅胶树脂上洗脱下来.不同HF浓度(7mol/L HNO3+HF混合溶液)的实验结果显示,7mol/L HNO3+0.15mol/L HF溶液能够有效地将大部分233Pa从硅胶树脂上洗脱下来.另外,还发现,在分离过程中使用氟化乙烯丙烯树脂(FEP)材质的Teflon烧杯作为收集流洗液的容器,能够在很大程度上提高237Np与233Pa的产额.α能谱、γ能谱以及分离纯化后的233Pa放置衰变曲线结果均表明,该方法可以将母体237Np与子体233Pa很好地分离开来,且所得到的233Pa溶液纯度高,可作为Pa元素的地球化学研究内标示踪剂.

^(242)Pu为稀释剂电感耦合等离子质谱定量分析^(237)Np的可行性理论研究

研究了以242Pu为稀释剂时,电感耦合等离子质谱(ICP-MS)定量分析237 Np的理论可行性。研究结果表明:237 Np和242Pu灵敏度的差异主要是由两者电离度的差异和质量歧视效应引起的。在等离子体温度为7 000～10 000K和样品提升率为50～1 000μL/mL时,经过质量岐视校正后,237 Np和242Pu灵敏度的差异只在于两者电离度的差异,且两者相对差异<1%。以242Pu为稀释剂ICP-MS定量分析237 Np的方法在理论上是可行的。

高钚含量样品中α能谱法分析^(237)Np的可行性研究

通过对244 Cm的α实验谱进行拟合得到单能峰的峰形参数,采用随机抽样技术表征谱计数的统计涨落,建立了一种模拟半导体α能谱的方法。利用该方法模拟238Pu和243Am的α能谱,与实验谱基本吻合,证明了方法的可靠性。在此基础上,研究了239Pu对237Np的α能峰的影响,结果表明,当239Pu与237Np的活度比A(239Pu)/A(237Np)≤10时,通过解谱得到的A(239Pu)/A(237Np)与设定值的相对偏差≤2.0%。对于A(239Pu)/A(237Np)约为3 000的样品,如果对钚的去污系数达到300以上,则可由α能谱法测量样品中的237 Np。

滤膜效应对^(237)Np(Ⅴ)在Opalinus Clay中扩散参数测定的影响

采用内扩散和打磨技术相结合的方法研究了强吸附性核素237Np(Ⅴ)在Mont Terri地下实验室的硬泥岩粘土Opalinus Clay(OPA)中的扩散行为。实验过程中为防止OPA的膨胀,使用了不锈钢滤膜,因此,有必要考虑滤膜效应对测得的扩散参数的影响。使用自编扩散模型分析程序分析内扩散实验结果,从而测得扩散参数,如有效扩散系数De、分配系数Kd和岩石容量因子α。该分析程序考虑了滤膜效应,引入237Np(Ⅴ)在不锈钢滤膜中的有效扩散系数Dfe。由实验结果可知,有必要考虑滤膜效应。当缺乏核素在滤膜中的有效扩散系数时,可用Stokes-Einstein公式计算得出,可满足研究核素迁移过程中实验装置和实验条件的设计。

基于AP1000型反应堆嬗变^(237)Np制备^(238)Pu研究

核电站卸载的乏燃料中含有大量放射性核素,这些放射性核素主要包括长寿命裂变产物和次锕系核素,为了消除这些核素的放射性,国际上认为分离-嬗变技术是最有效的方法。次锕系核素中,镎(Np)的含量最高且半衰期长,同时镎是制备238 Pu的主要原料。因此,本文以AP1000型反应堆(以下简称AP1000)作为嬗变堆,研究了堆芯中布置镎的方案,并利用MCNP程序搭建模型进行计算,设计出在首循环堆芯中添加嬗变材料的方案。然后利用燃耗软件SCALE计算了堆芯中添加NpO_2后,经过500天辐照后,堆芯中^(238)Pu生成量为3540克,约为无^(237)Np添加时生成^(238)Pu的253倍。因此,该研究一定程度上可以为我国压水堆嬗变除^(237)Np,同时生产^(238)Pu的技术发展提供研究思路。