多接收电感耦合等离子体质谱法精确测量铀中痕量钚同位素方法研究

经过核燃料后处理得到的铀产品中含有极微量钚杂质,对其同位素组成进行分析有利于对应铀材料的溯源。本工作在铀钚化学分离的基础上,对影响MC-ICP-MS法精确测量痕量钚同位素丰度比值的仪器条件进行了优化,研究了仪器分辨率、离子提取模式的选择、"背景和干扰"等参数的影响,探索研究了MC-ICP-MS上质量偏倚的校正方法。对选择的两个后处理铀产品中痕量钚同位素比进行了测量,当铀钚比例达1010时,测得的239Pu/240Pu相对不确定度优于5%。并且建立了在MC-ICP-MS上测量ng.L-1量级钚同位素丰度比值的方法。

铀基体中痕量钚的分离

为了从铀基体中分离痕量钚,采用由TBP色层柱和7402季铵盐色层柱组成的萃取色层法及低本底α谱仪对模拟铀样品中铀钚分离方法进行了研究,并确定了分离流程的条件;对影响流程分离效果的主要因素,如料液和洗涤液酸度、流速、解吸液浓度等进行了研究,确定了最佳分离流程。当料液中铀和钚分别为0.1 g和6 ng时,对铀的去污因子大于107,钚的收率大于95%,满足了质谱法测量铀基体中杂质钚同位素丰度比值的要求。使用该流程对后处理铀产品进行了铀钚分离及质谱测量。

痕量镎和钚的ICP-MS分析方法

经TOA萃取色层柱分离环境样品,2次上柱,将Np和Pu同时洗脱,239Pu的化学回收率为(92.7±3.1)%,237Np为(96.8±2.7)%,实现了ICP-MS同时测定痕量Np和Pu的含量。应用稀释剂242Pu,通过同位素稀释ICP-MS法测量痕量239Pu和240Pu的含量,用IAEA标样对方法进行验证,Pu的测定值与标样的推荐值吻合较好(标样中无Np的标准值),证明了ICP-MS同时测定痕量Np和Pu的可行性。

痕量单一价态钚溶液的制备

建立了痕量Pu（Ⅳ）、Pu（Ⅴ）、Pu（Ⅵ）溶液的制备方法,并跟踪了各价态钚溶液的稳定性.采用TTA选择性萃取Pu（Ⅳ）、HDEHP萃取Pu（Ⅳ＋Ⅵ）的方法分析了溶液中钚价态的分布.结果表明,将浓度为1011mol/L量级的钚溶液在1 mol/L HNO3体系中反复蒸干可制得Pu（Ⅳ）溶液;Pu（Ⅳ）在0.5～1 mol/L HNO30.1 mmol/L KMnO4溶液体系中反应24 h,可获得Pu（Ⅵ）溶液;Pu（Ⅵ）避光保存5d后,可得到Pu（Ⅴ）溶液,各单一价态钚溶液的纯度均大于90％.在pH=3.0、0.01mol/L NaCl体系中,各价态均不能稳定存在,因此,所需单一价态钚溶液应新鲜制备.

Reillex-Reillex阴离子交换分离克量级铀中微量钚

采用Reillex-Reillex串联阴离子交换色层柱,建立了高铀钚比样品中微量钚的高效分离方法。考察了树脂类型、淋洗条件、价态调节等对钚分离效果的影响,确定了分离流程的条件。当铀钚质量比为106时,经两级Reillex柱分离后,钚的平均回收率为99.35%,铀的去污因子大于107。最后使用该方法从克量级辐照铀靶中分离出了微克量级超纯239 Pu,(^(238)U+^(238)Pu)/^(239)Pu原子比为(3.60±1.15)×10^(-5)(n=6)。

TBP-TEVA萃取色层分离-α能谱法测定辐照镎靶溶解液中痕量^(236)Pu的可行性

^(236)Pu的含量控制是钚热源的一项重要参数,通过α能谱准确测量镎靶溶解液中痕量^(236)Pu,建立镎靶辐照靶件溶解液中钚的分离方法。根据杂质组成特点采用TBP-TEVA萃取色层双柱分离,用氨基磺酸亚铁以及亚硝酸钠对钚进行调价,对靶件溶解液中的Al、Fe、U、Th和Np等进行分离,去污系数均大于104,钚的回收率为90.7%。研究大量^(238)Pu对α能谱测定^(236)Pu的干扰,结果表明,大量^(238)Pu会造成仪器本底升高,^(238)Pu能谱峰分辨率降低;在7 500Bq ^(238)Pu干扰下,测量4.3h时,^(236)Pu的最小可检测活度为1.20×10-2 Bq(当量质量为6.11×10-16 g)。计算结果表明,镎靶溶解液样品中钚的同位素比值n(^(236)Pu)/n(^(238)Pu)≥4.63×10-8时,取合适的样品量使得电沉积源中^(238)Pu活度在450～7 500Bq范围内,均可测量其中的痕量^(236)Pu,同时可准确测定同位素比值n(^(236)Pu)/n(^(238)Pu)。