一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法
阅读说明：本技术 一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法 (Method for analyzing uranium isotope content in calcium fluoride slag ) 是由 李鹏翔 马旭媛 李周 王瑞俊 保莉 易武静 杨芷萌 宋沁楠 杨宇轩 韩玉虎 于 2021-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于放射性物质分析技术领域,涉及一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法。所述的分析方法包括如下步骤：(1)向被测氟化钙渣样品中加入一定活度的～(232)U作为示踪剂,然后加入硝酸浸泡后加热蒸发至近干,再加同样的硝酸并蒸发至近干几次；(2)加入盐酸并加热溶解样品,冷却至室温；(3)样品上阴离子交换树脂柱,用硝酸解吸铀；(4)解吸液经加硫酸蒸发、氨水调pH、镀片电沉积后置于α谱仪上进行测量,并计算样品中铀同位素含量。利用本发明的氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法,能够准确可靠的进行氟化钙渣中铀同位素含量的分析。(The invention belongs to the technical field of radioactive substance analysis, and relates to a method for analyzing uranium isotope content in calcium fluoride slag. The analysis method comprises the following steps: (1) adding a certain activity to the tested calcium fluoride slag sample 232 U is used as a tracer, then nitric acid is added for soaking, heating and evaporation are carried out until the solution is nearly dry, the same nitric acid is added, and the solution is evaporated until the solution is nearly dry for several times; (2) adding hydrochloric acid, heating to dissolve the sample, and cooling to room temperature; (3) loading the sample on an anion exchange resin column, and desorbing uranium by using nitric acid; (4) the desorption solution is evaporated by adding sulfuric acid, the pH value of the desorption solution is adjusted by ammonia water, and the desorption solution is placed on an alpha spectrometer for electrodepositionAnd measuring and calculating the uranium isotope content in the sample. By utilizing the method for analyzing the uranium isotope content in the calcium fluoride slag, the uranium isotope content in the calcium fluoride slag can be accurately and reliably analyzed.)
技术领域
本发明属于放射性物质分析
技术领域
，涉及一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法。背景技术
近年来，随着国家环境保护的要求越来越高，公众环保意识的不断加强以及节能减排政策的实施，对核设施的废物管理和排放提出了更高的要求。在铀浓缩过程中产生的含铀废水通过石灰乳沉淀法进行处理，处理后的废水可实现达标排放，废水中的铀同位素被浓缩至氟化钙渣中。石灰乳沉淀法作为一种廉价、有效的方法，在此前的数十年中，被国内铀浓缩厂广泛应用于含铀废水处理。但随着时间的推移，铀浓缩厂积累了大量的氟化钙渣。
依据放射性废物相关法规和标准，积累的氟化钙渣必须尽快进行处置，从废物最小化原则出发，根据放射性比活度需要对氟化钙渣进行分类管理和处置。但是目前我国还未出台氟化钙渣中铀同位素分析标准方法，氟化钙渣中铀同位素分析难度较大，很多单位没有准确可靠的分析手段，在一定程度上制约了铀浓缩中废物管理的快速发展。
氟化钙渣中铀同位素分析难度较大，主要原因是：(1)氟化钙渣的主要成分是氟化钙，氟化钙中铀同位素分析首先需要将铀同位素从氟化钙中浸取出来，转化成液体溶液进行核素分离纯化和放射性测量，但是氟化钙中含有F1-离子，样品很难溶解，为分析工作带来了很大的难度；(2)铀同位素分离纯化的要求很高，在上柱分离过程中必须将影响α谱仪测量的与铀同位素能量相近的核素，以及一些常量元素去除干净。
因此，从废物最小化原则和分类管理的角度出发，非常有必要建立氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，以填补这方面技术上的空白，确保相关单位更好的完成废物监测和管理工作，为环保监管提供技术支持，促进铀浓缩事业更加健康有序发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，以能够准确可靠的进行氟化钙渣中铀同位素含量的分析。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，所述的分析方法包括如下步骤：
(1)向被测氟化钙渣样品中加入一定活度的232U作为示踪剂，然后加入硝酸浸泡后加热蒸发至近干，再加同样的硝酸并蒸发至近干几次；
(2)加入盐酸并加热溶解样品，冷却至室温；
(3)样品上阴离子交换树脂柱，用硝酸解吸铀；
(4)解吸液经加硫酸蒸发、氨水调pH、镀片电沉积后置于α谱仪上进行测量，并计算样品中铀同位素含量。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中步骤(1)中，所述的232U的活度为0.03-1.0Bq。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中步骤(1)中，每次加入所述的硝酸的浓度为4mol/L-15mol/L，体积为25-200mL。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中步骤(1)中，所述的蒸发至近干为蒸发除去80-95％的水。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中步骤(2)中，加入所述的盐酸的浓度为6mol/L-12mol/L，体积为25-100mL。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中步骤(3)中，所述的硝酸的浓度为0.01mol/L-0.3mol/L。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中步骤(4)中，所述的氨水调pH为调节pH至1-3。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中步骤(4)中，所述的电沉积的电流密度为500-1200mA/cm2，时间为0.5h-3h。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中步骤(4)中，所述的计算样品中铀同位素含量为根据示踪剂232U和被测核素的α谱仪计数，及示踪剂232U已知活度，计算被测样品中238U、234U、235U的活度浓度。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，其中：
238U的活度浓度的计算公式为：
其中：
A238U：待测氟化钙渣样品中238U活度浓度，单位Bq/g；
A232U：示踪剂232U加入量，单位：Bq；
N238U：镀片上238U的计数；
N232U：镀片上232U的计数；
E：探测效率；
Y：回收率；
m：氟化钙渣重量，单位g，
234U的活度浓度的计算公式为：
其中：
A234U：待测氟化钙渣样品中234U活度浓度，单位Bq/g；
A232U：示踪剂232U加入量，单位：Bq；
N234U：镀片上234U的计数；
N232U：镀片上232U的计数；
E：探测效率；
Y：回收率；
m：氟化钙渣重量，单位g，
235U的活度浓度的计算公式为：
其中：
A235U：待测氟化钙渣样品中235U活度浓度，单位Bq/g；
A232U：示踪剂232U加入量，单位：Bq；
N235U：镀片上235U的计数；
N232U：镀片上232U的计数；
E：探测效率；
Y：回收率；
m：氟化钙渣重量，单位g。
本发明的有益效果在于，利用本发明的氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法，能够准确可靠的进行氟化钙渣中铀同位素含量的分析。
附图说明
图1为示例性的本发明的氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法的流程图。
图2为实施例1中氟化钙渣样品中铀同位素测量的α谱图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施例1：
示例性的本发明的氟化钙渣中铀同位素含量的分析方法的流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)准确称取2g氟化钙渣样品(来源于我国某地的9个样品)于聚四氟乙烯烧杯中；
(2)向被测样品中加入0.08Bq232U作为示踪剂；
(3)向被测样品中加入50mL的7.5mol/L硝酸，浸泡过夜；
(4)在电热板上加热蒸发至近干，冷却至室温；
(5)重复步骤(3)、(4)两次；
(6)向步骤(5)得到的样品中加入50mL的9mol/L盐酸，加热溶解，冷却至室温；
(7)用9mol/L硝酸通过阴离子交换柱(205型阴离子交换树脂，床高15cm，直径1cm)；
(8)将步骤(6)得到的样品溶液以1mL/min的流速全部通过离子交换柱；
(9)用6×20mL 9mol/L盐酸淋洗柱子，流出液弃去；
(10)用8mol/L硝酸铵-0.1M硝酸混合溶液淋洗柱子，直到将铁洗脱干净，在柱子下端放一个小烧杯收集淋洗液，用硫氢酸铵滴加到淋洗液中，直到检测不出铁为止；
(11)用0.1mol/L硝酸解吸柱子中的U，用烧杯收集解吸液约70mL；
(12)将步骤(11)获得的解吸液中加入1mL浓硫酸(18mol/L)，置于电热板上加热蒸至白烟冒尽，取下冷却至室温，加入氨水调节pH为2.2左右，转移至电沉积装置中，用pH为2.2的溶液洗涤原盛放样品的烧杯三次，洗涤液转移到电沉积装置中，总体积控制为20-25mL。将电沉积装置于冷水浴中，连通电源，在500-1200mA/cm2的电流密度下电沉积(0.5h-3h)。在电沉积装置中加入1mL浓氨水(质量百分比浓度为50-28％)继续电沉积1min，断开电源，弃去电沉积液，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤镀片，在红外灯下烘干，在低本底α谱仪上进行测量；
(13)被测样品中U同位素含量的计算：根据示踪剂232U和被测核素的计数及示踪剂232U已知活度，计算被测样品中238U、234U、235U的活度浓度。具体如下：
1)238U的活度浓度：根据238U和232U计数比值和232U活度，计算被测样品中238U活度浓度，计算公式见式(1)：
其中：
A238U：待测氟化钙渣样品中238U活度浓度，单位Bq/g；
A232U：示踪剂232U加入量，单位：Bq；
N238U：镀片上238U的计数；
N232U：镀片上232U的计数；
E：探测效率；
Y：回收率；
m：氟化钙渣体积，单位g。
2)234U的活度浓度：根据234U和232U计数比值和232U活度，计算被测样品中234U活度浓度，计算公式见式(2)：
其中：
A234U：待测氟化钙渣样品中234U活度浓度，单位Bq/g；
A232U：示踪剂232U加入量，单位：Bq；
N234U：镀片上234U的计数；
N232U：镀片上232U的计数；
E：探测效率；
Y：回收率；
m：氟化钙渣体积，单位g。
3)235U的活度浓度：根据235U和232U计数比值和232U活度，计算被测样品中235U活度浓度，计算公式见式(3)：
其中：
A235U：待测氟化钙渣样品中235U活度浓度，单位Bq/g；
A232U：示踪剂232U加入量，单位：Bq；
N235U：镀片上235U的计数；
N232U：镀片上232U的计数；
E：探测效率；
Y：回收率；
m：氟化钙渣体积，单位g。
结果列于如下表1。
表1氟化钙渣样品中U同位素含量分析实验结果
依据表1的实验数据分析，本方法可以用于氟化钙渣样品中U同位素含量测定，238Pu含量范围为1.32×10-2-4.50×10-2Bq/g，235Pu含量范围为0.66×10-3-3.59×10-3Bq/kg，234U含量范围为1.89×10-2-1.20×10-1Bq/kg。
此外，采用本方法需要注意的是U的分离纯化效果。具体考查方法是：取实际氟化钙渣样品作被测样品，按照上述步骤(1)-(13)进行核素分析，通过U各种同位素测量的α谱图来识别干扰核素的去除效果，通过示踪剂232Uα能量峰的半高宽来判断Fe等常量元素的去除效果对测量的影响。
从图2可以看出：
(1)氟化钙渣样品中铀同位素分析中，通过α谱仪可以识别样品中铀同位素的种类，包括238U、235U、234U，还可以进行定量分析，同时给出238U、235U、234U活度浓度。
(2)该方法获取的U同位素α能量峰的分辨率很好，谱图中只剩下待测核素的α能量峰，其他核素被去除完全，说明去除效果非常好。
(3)示踪剂232Uα能量峰的半高宽(FWHM)为26.3KeV，待测核素238U、235U、234U的半高宽(FWHM)分别为32.3KeV、20.7KeV、31.9KeV，说明了该方法的分辨率很好，Fe等常量元素去除完全。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
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