乏燃料干法后處理研究中的分析方法

白　雪，常志遠

中國原子能科學研究院 放射化學研究所，北京　102413

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乏燃料干法后處理研究中的分析方法

白雪，常志遠

中國原子能科學研究院 放射化學研究所，北京102413

摘要：綜述了幾種典型的乏燃料干法后處理方法,并對其中使用的分析方法進行了總結。詳細論述了干法后處理研究中的在線分析方法，包括電化學分析方法、紫外可見吸收光譜法、X射線衍射法、拉曼原位分析、EXAFS原位分析、NMR原位分析等。在線分析方法有助于對工藝料液中物質的形態(tài)及結構進行實時監(jiān)測。此外，離線分析方法可作為在線方法的有效補充，根據(jù)研究對象的形態(tài)(氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài))對一些典型的離線分析方法進行了論述。

關鍵詞：乏燃料；干法后處理；在線監(jiān)測；離線分析

為了應對化石燃料的短缺和保證能源安全，核電因其清潔性和高能量密度而受到青睞，由此也帶來了對核電站卸下的乏燃料進行有效管理的問題。乏燃料后處理技術主要分為一次通過循環(huán)和閉式循環(huán)兩大類，其中閉式循環(huán)又分為水法后處理和干法后處理兩種后處理工藝。目前，水法后處理中尤以Purex流程為經典流程，用于生產堆、動力堆燃料的后處理，是現(xiàn)今最有效、最成功的核燃料后處理流程。但是隨著快堆以及其它特殊反應堆(如熔鹽反應堆)的發(fā)展，由于該類堆型卸出的乏燃料具有極強的輻射性使水法后處理工藝所使用的試劑及材料輻解嚴重，以至于水法后處理技術難以應對。為此干法后處理技術受到人們關注，被認為是發(fā)展快堆和ADS嬗變技術的關鍵環(huán)節(jié)。

干法后處理又稱非水后處理或高溫化學后處理，是利用在高溫下鈾钚化合物與裂片元素化合物間揮發(fā)性差異/熔鹽中高溫萃取行為差異/電化學性質差異，而分離出鈾钚等物質的化學過程。干法后處理的過程中不使用水作為溶劑，其主要的分離步驟在高溫下進行。不使用有機試劑，因此干法流程具有水法流程所不具備的優(yōu)點：耐輻照，可處理燃耗深、冷卻期短的乏燃料；減少了水法處理所需的化學轉化步驟；產生的廢物量少且是固態(tài)；臨界風險低；過程設備緊湊等[1-3]。主要核能國家如美國、俄羅斯、日本、法國、英國、韓國、印度等國均進行了大量的干法后處理技術研究，并已發(fā)展了數(shù)十個干法后處理流程。

各國對熔鹽及分離元素的物理化學基礎理論進行的全面深入的研究是干法后處理得到快速發(fā)展的基礎，即利用乏燃料干法后處理研究中的分析方法進行了大量的基礎理論研究，這些分析方法的研究和應用對干法后處理的發(fā)展和未來的工業(yè)化起到了重要作用。干法后處理中使用的分析方法可分為在線分析和離線分析兩類：在線分析方法可以對組分的含量和存在形式進行動態(tài)監(jiān)測，有利于對化學反應過程及機理進行實時分析；但是由于在線分析方法對于實驗及操作條件的要求過于苛刻，并不是所有的分析方法都適用于在線分析，因此離線分析方法成為了在線分析方法的有效補充手段。

1　干法后處理方法

具有代表性的干法后處理技術包括揮發(fā)法、電解精煉法、熔融金屬萃取法等。

(1) 揮發(fā)法利用部分金屬鹵化物蒸氣壓較高的性質，通過高溫進行揮發(fā)分離，包括氟化物揮發(fā)法和氯化物揮發(fā)法等。

氟化物揮發(fā)法是利用UF6和PuF6的高揮發(fā)性, 使其與裂片元素分離，美國、日本、俄羅斯、法國等國對該后處理方法進行了研究[4]。該方法簡單、去污因子高且鈾钚回收率接近水法流程，但是也存在一定的缺點，如PuF6穩(wěn)定性較差，氟化的同時分解形成的PuF4固體造成氣路堵塞，降低Pu的回收率。為了解決該問題，日本的Hitachi公司與俄羅斯合作[5]，提出了將氟化揮發(fā)法與水法后處理流程相結合的FLUOREX流程，將Pu保持為不可揮發(fā)的形態(tài)，避免了Pu收率低的問題，提高整個流程的經濟性。

氯化物揮發(fā)法中，MOX元件使用經Cl2飽和的CCl4氯化，產生PuCl3、UCl5、UCl3和裂變產物的揮發(fā)物。揮發(fā)物經過NaCl層, 裂變產物不吸附而被除去。從NaCl吸附層解吸氯化鈾、钚，從而實現(xiàn)鈾、钚與裂變產物的分離[6]。

(2) 電解精煉法是將金屬或金屬氧化物乏燃料在熔鹽中通過陽極氧化溶解或/和陰極還原，根據(jù)組分的氧化還原電位的差異，在陰極上選擇性地析出組分，從而實現(xiàn)不同組分的分離。電解精煉法包括金屬電解精煉、氧化物熔鹽電解和氧化物電還原精煉等。

金屬電解精煉流程是美國阿貢國家實驗室(ANL)開發(fā)的一種適用于金屬燃料的后處理方法，通過控制陽極電位使得錒系元素及較活潑的金屬被溶解在熔鹽電解質中，而不活潑的裂變產物留在陽極籃中。使用兩種陰極以得到不同種類分布的后處理產物：大于95%的鈾首先在固體陰極上得以回收[7-8]，而通過控制液體Cd陰極的電位，使得殘余鈾和超鈾元素在液體陰極上實現(xiàn)共沉積[9-10]。金屬電解精煉是至今唯一的一種被許可用于工業(yè)規(guī)模后處理的高溫化學技術，到2007 年，愛達荷國家實驗室(INL)使用金屬電解精煉流程已經成功處理了3.4 t的EBR-Ⅱ乏燃料，其中830 kg為驅動燃料，其余為增殖層燃料[11]。

俄羅斯原子反應堆研究院(RIAR)在20世紀70年代開始研究以氧化物乏燃料為處理對象的熔鹽電解后處理技術[12]，利用此流程生產晶狀UO2、PuO2和MOX燃料，形成緊湊的氧化物燃料處理和加工一體化體系，并已發(fā)展至半工業(yè)規(guī)模。20世紀70年代，俄羅斯BOR-60反應堆中卸出的2.5 kg UO2輻照燃料就是用該流程處理的，鈾回收率達99%，對裂變產物的去污因子達500～1 000。

為了將電化學冶金處理方法推廣應用于輕水堆(LWR)氧化物乏燃料的后處理，ANL提出了針對氧化物乏燃料的電還原精煉方法[13]：先在650 ℃的LiCl熔鹽中利用金屬Li還原錒系元素，生成對應的金屬和Li2O，再進行電解精煉，將乏燃料中的主要成分(鈾、超鈾元素及裂變產物等)進行電化學分離。以此為基礎，ANL提出了一個干法處理LWR氧化物乏燃料的流程——PYROX流程[14]。日本、韓國和朝鮮也對這種氧化物乏燃料還原技術進行深入研究，并用20 kg的U3O8進行了驗證實驗[15-16]。

(3) 熔鹽金屬萃取法主要針對合金元件或化合物元件，對元件中含有的鈾钚及裂片元素進行還原處理使之轉化成金屬, 利用這些元素在不同金屬和熔鹽中的分配系數(shù)不同而實現(xiàn)分離。熔鹽金屬萃取法分為熔鹽電解金屬萃取法和熔鹽金屬還原萃取法等。兩者的差別在于金屬還原的方法不同，前者采用電解的方法使金屬氧化物還原為金屬，而后者采用金屬鋰等活性金屬還原劑或Cu-Mg、Zn-Mg等合金進行還原[17]。

2　干法后處理中的在線分析方法

在線分析方法可以對生產系統(tǒng)中的工藝物流直接進行監(jiān)測，能隨時顯示工藝物料含量和形態(tài)的瞬時變化，具有無須取樣、節(jié)省人力物力、可實現(xiàn)遠距離操作等優(yōu)點，對于研究后處理過程中的化學過程和反應機理、選擇合適的操作條件等起到了重要的作用。以下對干法后處理中常用的在線分析方法一一進行闡述。

2.1電化學分析方法

電解精煉流程中，在線監(jiān)控熔鹽介質中各乏燃料組分的含量非常關鍵，可以實時控制固體陰極和液體Cd陰極中沉積的各組分含量。除了對熔鹽中各組分濃度的在線實時監(jiān)測之外，對組分沉積過程和電化學反應機理的研究也是很多研究者關注的重點。方波伏安法和脈沖伏安法由于消除了充電電流的影響，在半定量和定量測量分析物濃度時可以獲得較高的信噪比，從而達到降低檢測限的目的。而循環(huán)伏安法和計時電位法常常用來實現(xiàn)高溫熔鹽中各組分的電化學性質表征，對于研究其電化學行為、確定電還原和沉積過程中的反應步驟和機理起到了至關重要的作用[18-19]。此外，熔鹽研究中常用的電化學方法還有計時電流法和極化開路電位法等。

2.1.1方波伏安法(SWV)方波伏安法中的伏安曲線可作為定性和半定量的依據(jù)：不同位置的峰代表不同的化學組成，峰高與化學物質的濃度有關。ANL利用方波伏安法研究500 ℃的CsCl-LiCl-NaCl熔鹽中UCl3、PuCl3、DyCl3等組分的電化學性質[20]。熔鹽中U、Pu、Dy對應的峰出現(xiàn)在不同的位置。ANL監(jiān)測熔鹽中U和Pu濃度隨電荷量的變化，以此確定了不同組分的定性和半定量的依據(jù)。Iizuka等[21]利用方波伏安法研究了500 ℃時LiCl-KCl-PuCl3熔鹽體系的Pu所對應峰電流與其濃度的關系，Pu質量分數(shù)降至0.1%以下時，兩者呈現(xiàn)線性關系，因此可以作為Pu濃度的定量依據(jù)。方波伏安法在熔鹽中錒系元素含量較高時只能作為定性和半定量的依據(jù)，但是在錒系元素質量分數(shù)低于0.1%時(如電還原過程或廢物處理過程等)，該方法具有較高的靈敏性及快速便捷等優(yōu)點，可以作為錒系元素含量的在線監(jiān)測手段。

2.1.2常規(guī)脈沖伏安法(NPV)常規(guī)脈沖伏安法是電化學方法中靈敏度最高的方法之一，可作為熔鹽中錒系元素濃度在線檢測強有力的工具。Iizuka等[21]利用常規(guī)脈沖伏安法研究了500 ℃時LiCl-KCl-UCl3-PuCl3熔鹽體系的U和Pu的電化學性質，U和Pu的還原電流峰值隨其濃度增加而增大。在較寬的U、Pu濃度范圍內，還原電流與組分濃度具有很好的線性關系。通過加入Gd等裂變產物，Iizuka等證明了多組分體系中U、Pu的檢測不受裂變產物的影響。常規(guī)脈沖伏安法適用于熔鹽體系中較低濃度錒系元素的在線濃度監(jiān)測，其檢測的濃度范圍比方波伏安法寬，但是仍存在一定的局限性。

2.2紫外可見光譜分析(UV-Vis)

20世紀60年代，Banks等[24]研究了400 ℃ LiCl-KCl熔鹽體系中的鑭系元素的紫外可見吸收光譜，并與水相中的吸收光譜進行了對比，確定了吸收峰隨溫度和氯離子濃度增加而紅移的規(guī)律，計算了特征吸收峰的摩爾吸光系數(shù)，為這些元素的定量分析奠定了基礎。為了保證樣品的惰性氣體氛圍，比色池是焊接封閉的，這樣的缺點是不能連續(xù)變換樣品的組成，無法實現(xiàn)在線監(jiān)測。

Fujii等[25-27]發(fā)展了在線監(jiān)測熔鹽體系中鑭系和錒系元素紫外可見吸收光譜的方法，實驗裝置示于圖1。如圖1所示，熔鹽和待分析樣品加入石英池中，并由電爐加熱。電極豎直插入石英管中進行電解。石英池所在區(qū)域開一條水平方向的光路通道，光線經光纖傳導后水平進入樣品，從另一側穿出后經光纖傳到分光光度計進行分析。整個實驗裝置垂直置于充滿干燥Ar的手套箱底部。該裝置不僅能監(jiān)測濃度連續(xù)變化的待測物的紫外可見吸收光譜，確定其摩爾吸光系數(shù)，還能在線監(jiān)測電解精煉過程中待測物在熔鹽中的紫外可見吸收光譜變化，確定其濃度變化規(guī)律，從而有利于對實驗過程的深入研究。

圖1　在線紫外-可見吸收光譜檢測裝置Fig.1　In-situ UV-Vis spectrophotometry measurement system

Lee等[28]發(fā)展了另一種在線紫外可見吸收光譜儀，利用特殊設計的電解池直接作為吸收光譜測定的比色池，封閉的比色池中豎直插入電極進行電解，Ar從比色池蓋子上進出。Lee利用此裝置研究了電解過程中500 ℃ LiCl-KCl熔鹽體系中NdCl3濃度的變化[28]。

2.3X射線衍射分析(XRD)

X射線衍射分析提供了一種定性鑒定化合物、定量測定混合物中化合物及研究晶體結構的方便有效的方法。2005年，日本的幾家研究所合作，用在線XRD分析監(jiān)測了金屬Ni在927 K的NaCl-2CsCl熔鹽中的熔解過程[29]。使用碳薄片做成樣品池，電鍍使其內部沉積一層Ni膜，加入NaCl-2CsCl共晶體，并將樣品池置于高溫熔爐中進行加熱。高溫熔爐放在多角度X射線散射儀的樣品臺上，入射X光與樣品池的角度改變通過轉動樣品臺來實現(xiàn)。在整個檢測過程中，高溫熔爐需要保持在Ar氛圍內以除去樣品池中的氧氣和水。

2.4拉曼原位分析(Raman)

2.5擴展X射線吸收精細結構光譜分析(EXAFS)

EXAFS可用于研究原子的近鄰結構，如近鄰原子的種類、原子間距、配位數(shù)等，在熔鹽體系物質結構的原位分析領域具有廣泛的應用。Pauvert等[33]利用EXAFS原位分析表明，在AF-ZrF4(A=Li+, Na+, K+)中堿金屬陽離子的性質會使混合熔鹽產生很大的改變：當堿金屬離子半徑增加時Zr4+的結構會被影響，且堿金屬離子半徑越大，Zr4+越難保持原始的六重鍵配位結構。Numakura等[34]進行了ThF4在熔融LiF-CaF2中的EXAFS試驗，并且在熔融LiF-CaF2中進行了鋯、鐿氟化物的分子模擬。Volkovich等[35]利用EXAFS研究了380 ℃的LiCl-BeCl2共晶熔鹽中各種鈾氯化合物的原子間距離和結構，并給出不同物質溶解時的生成產物。

2.6核磁共振原位分析(NMR)

核磁共振可以對有機物或無機物的結構及成分進行定性與定量分析。Bessada等[36]利用NMR研究了稀土氟化物-堿金屬氟化物混合熔鹽的結構，發(fā)現(xiàn)鐿周圍的平均配位數(shù)是7或者8。Rollet等[37]研究了LuF3-LiF和LaF3-LiF二元熔融體系中19F的在線NMR圖譜，表明氟離子和陽離子之間的相互作用受熔鹽中鑭含量的影響。鑭的含量越高，與氟離子形成更多的橋連結構。

3　干法后處理中的離線分析方法

除了在線監(jiān)測方法外，干法后處理中使用了各種離線分析手段對后處理過程中的物質進行分析，這些待分析物以不同的形態(tài)(氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài))存在，因此分析方法也會有所不同，下面對比較常用的分析方法分別進行闡述。

3.1以氣體為研究對象的分析方法

氟化物揮發(fā)法中，鈾和钚以氣體形式(UF6和PuF6)被分離和檢測分析，常使用的分析方法為紫外、可見、近紅外吸收光譜分析，利用待測物的特征吸收峰，不僅能進行定性分析，還能進行定量檢測。

很多研究者研究過氣態(tài)PuF6的紫外、可見、近紅外吸收光譜，但是其吸收光譜中大部分峰為非特征吸收峰。Weinstock等[38]指出在500～2 500 nm范圍內PuF6有六組吸收峰，Jorgensen[39]在Weinstock研究的基礎上進一步細化了吸收峰，指出氣態(tài)PuF6在3 780～6 604 cm-1(1 514～2 645 nm)范圍內的峰較弱，在9 583～10 678 cm-1(936.5～1 043.5 nm)范圍內有六個尖峰，12 260 cm-1(815.7 nm)和12 720 cm-1(786.2 nm)處有兩個峰，在17 260 cm-1(579.4 nm)、17 817 cm-1(561.3 nm)和18 448 cm-1(542.1 nm)處有三個峰。Steindler等[40]仔細研究了PuF6的吸收峰并確定了主要吸收峰的摩爾消光系數(shù)。其中，1 007.5 nm和315.7 nm處的吸收峰值遵循比爾定律，因此可以作為定量分析的依據(jù)。

3.2以固體為研究對象的分析方法

與水法后處理不同的是，干法后處理中常需要進行固體的分析，如氟化物揮發(fā)法中經氟氣氧化后所剩“熔渣”、吸附了揮發(fā)物的吸附劑；電解精煉流程中固體陰極的沉積物、電解后陽極籃中殘留的裂變產物等。這些固體常常不用溶解而直接進行分析，因此更加簡便快捷，干法后處理中以固體為研究對象的分析方法包括X射線衍射法、掃描電子顯微分析、電子探針顯微分析、熱重/差熱分析、激光剝蝕電感耦合等離子體質譜分析等等。

3.2.1X射線衍射分析(XRD)除了在線分析之外，XRD還常被用于固體產物的離線分析。在氟化物揮發(fā)法中，Sasahira等[41]通過測定經氟氣氧化后所剩“熔渣”的XRD花樣，可知熔渣中所含的物質形態(tài)，從而可以確定該后處理方法中氟氣應選用的濃度和氧化溫度。Asanuma等[42]收集了氧化物電解沉積過程中陰極上的沉積物，并研究了其XRD花樣，確定其主要化學成分為UO2。

3.2.2掃描電子顯微鏡(SEM)掃描電子顯微鏡分析可以通過電子與物質的相互作用得到物質表面形貌的信息，可用在干法后處理中固體樣品的形貌分析，對于確定反應過程、研究反應機理具有重要的指導意義。電解精煉過程中固體陰極上沉積的U的形態(tài)受很多因素影響，如電極材料[43]、熔鹽的化學組成[44]以及工藝參數(shù)[45]等。Lee等[28]研究了電流密度對固體陰極上沉積的U形貌的影響，并用掃描電子顯微鏡進行了表征。當電流密度低于50 mA/cm2時，沉積速率較慢，沉積物的形貌以針狀為主；電流密度為100～300 mA/cm2時，沉積物中菱形產物占大部分；而當電流密度高于400 mA/cm2時，沉積物的主要形態(tài)則為樹枝狀。在氧化物乏燃料電還原精煉過程中，Kurata等[46]用SEM研究了MOX元件的還原過程及影響因素，并對電還原后的MOX元件進行了表征，證明了還原反應從晶界開始，最終形成多孔的珊瑚狀U-Pu合金。

3.2.3電子探針顯微分析(EPMA)電子探針顯微分析是一種微區(qū)成分分析方法，利用電子微束對微小的固體樣品進行無損化學分析，常與SEM配合使用，從而達到掃描放大成像和微區(qū)成分分析的目的。在氟化物揮發(fā)法中，設備腐蝕問題嚴重阻礙了該方法的進一步發(fā)展和工業(yè)化應用，因此亟需得到解決。為了解決FLUOREX流程中不銹鋼設備的腐蝕問題，Takeuchi等[47]研究了幾種不同組成的含Ni合金在8 mol/L HNO3-0.1 mol/L HF溶液中的穩(wěn)定性及腐蝕情況，并用EPMA對合金腐蝕前后的表面化學組成進行了表征。合金SUS304L和Inconel 690在腐蝕前后的組成相差不多，說明其腐蝕情況較輕；而合金MC和C-276的組成發(fā)生改變，Mo的含量增多。該結果與SEM表征結果相近，可作為SEM表征的有效補充。金屬電解精煉流程中，使用較高的電流密度傾向于使液態(tài)Cd陰極的性質更接近于固體陰極，因此會導致電解過程中液態(tài)Cd陰極只回收鈾，而不是鈾和钚的混合物[48]。為了研究電流密度對液態(tài)Cd陰極中鈾、钚回收率的影響，Kato等[49]分別采用幾種不同的電流密度進行電解，并將液態(tài)Cd陰極固化后，使用EPMA測定其中鈾和钚的組成，從而確定電解過程中合適使用的電流密度。

3.2.4熱重/差熱分析(TG/DTA)熱重/差熱分析技術是在程序控制溫度下、測量物質的質量或試樣與參比樣間的溫度差與溫度關系的技術。在干法后處理分析中，通過熱重/差熱技術可以了解某些反應的中間過程，對于研究反應機理、選擇適當?shù)牟僮鳁l件具有積極的作用。電解精煉流程中，因為熔融氯化物的強吸濕性和易水解性，LiCl-KCl熔鹽體系中的水分難以去除，而水分的存在會使不銹鋼316L電解裝置發(fā)生腐蝕。Kinoshita等[50]用熱重/差熱分析技術研究LiCl-KCl熔鹽中水分的存在方式和去除過程，研究表明：高溫下水分在LiCl-KCl共晶體中以LiOH形式存在，LiCl-KCl共晶體在450 ℃進行真空處理有利于水分的去除，LiCl-KCl共晶體在Cl2或HCl中熱處理的實驗結果表明，HCl熱處理更有利于水分的去除。在氟化物揮發(fā)法中，UO3或U3O8被F2氟化形成UF6的過程中，首先會形成中間產物UO2F2，即使在溫度低于500 ℃時，UO2F2仍然非常容易形成，這已經被Matsuda等[51]用熱重/差熱分析技術證明。而UO2F2可作為PuF6氣體的吸附劑，因此為流程中的不利因素。Matsuda等[51]用熱重/差熱法研究了UO2F2在O2和F2氛圍中的穩(wěn)定性：在溫度低于500 ℃時，UO2F2在O2氛圍中非常穩(wěn)定；而在F2氛圍內，UO2F2很容易以UF6的形式揮發(fā)，F(xiàn)2的流速對UF6的揮發(fā)起到了重要的作用。

3.3以液相為研究對象的分析方法

在干法后處理中，以固體為研究對象的分析方法不能滿足所有的分析需求，因此需要將固體溶解在液相中進行進一步的分析研究。通常選擇一定濃度的HNO3對固體進行溶解，部分樣品在溶解之后需要過濾以除去其中的不溶物。轉化為液相之后分析方法與水法后處理中使用的方法相同，故只對幾種常用方法進行簡述。

3.3.1輻射測量技術輻射測量技術可用于放射性核素的定量分析。使用中子符合計數(shù)分析法(NCC)檢測Cm具有比較高的靈敏度，244Cm進行NCC檢測的標準含量一般為100～400 ng。干法后處理中，多使用高分辨γ能譜(HRGS)對Am的含量進行定量分析檢測[52-53]。X射線熒光技術和K邊界技術相結合(即混合K邊界測量技術，K-XRF)可實現(xiàn)U、Pu等錒系元素分析[54]。配合使用這幾種方法可擴大其適用范圍。表1列出了三種分析方法的檢測范圍及應用。輻射測量技術在干法后處理中得到了廣泛地應用，如德國超鈾元素研究院(ITU)將這些技術應用于電解精煉流程和金屬熔鹽萃取流程中[55]。

表1　輻射測量技術應用

3.3.2質譜(MS)放射性物質的同位素分析在核燃料循環(huán)最優(yōu)化和安全防護等方面起著積極的作用。質譜技術中，熱表面電離質譜(TIMS)和電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)是核燃料后處理分析時最常用的檢測手段。因為具有較低的檢測限、較好地分析檢測同位素組成的能力，以及在檢測長半衰期放射性核素和非放射性核素時具有相近的靈敏度，TIMS和ICP-MS比傳統(tǒng)的放射計數(shù)方法具有更加明顯的優(yōu)勢。TIMS可以檢測U、Pu、Am、Cm等的同位素豐度[56]，具有精度高和準確度高的特點，在此基礎上發(fā)展的同位素稀釋質譜(ID-TIMS)測定鈾化合物中鈾含量及同位素組成的方法也已經成為公認的標準方法。ICP-MS可用于Pu、U、Th、99Tc、129I等同位素的測量[57-58]，已被廣泛用于核燃料的痕量物質分析方面。

3.3.3電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)ICP-OES法具有較寬的線性范圍，很好的檢測靈敏度和較高的精密度，不僅可做微量元素分析，而且可做常量元素分析，且該方法操作過程簡單、分析速度快、準確度高，因此是干法后處理中常用的分析方法。對電解精煉流程的物質進行分析時，Hebditch等[59]將熔鹽溶于硝酸，并使用ICP-OES分析體系中的Cd、K、Li、U、Nd和Ce。

4　總　結

近年來，隨著國際核能發(fā)展形勢的變化，世界上主要的核能國家都將核燃料干法后處理技術列入了本國的核能發(fā)展計劃，并加大了研究投入。干法后處理技術研究領域也提出了一些創(chuàng)新性的思路和流程，隨著相關領域中新材料、新技術的發(fā)展，干法后處理技術在核能方面具有良好的應用前景。合適的分析方法在干法后處理中發(fā)揮著重要的作用，尤以在線分析方法最為關鍵，因其能實時監(jiān)測待分析組分的含量和存在形式，故對于研究化學過程和反應機理等起到了重要的作用。但是由于干法后處理尚處在發(fā)展中，很多流程沒有達到工業(yè)化水平，對各種分析方法的研究也處在起步階段，沒有形成系統(tǒng)的分析標準。因此干法后處理中分析的下一步目標是：發(fā)展在線分析方法，對離線分析方法進行進一步的完善和改進，并研究新型分析方法以滿足干法后處理中對檢測的不同要求。我國也正在積極開展干法后處理技術研究，開發(fā)與之適應的干法后處理分析技術對相關科研及未來的工業(yè)應用具有重要意義。

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收稿日期：2015-03-10；

修訂日期：2015-06-15

作者簡介：白雪(1985—)，女，山東聊城人，博士，助理研究員，分析化學專業(yè)

中圖分類號：TL241.2; TL27

文獻標志碼：A

文章編號：0253-9950(2016)03-0145-09

doi：10.7538/hhx.2016.38.03.0145

Analytical Methods of Dry Reprocessing Technology for Spent Nuclear Fuel

BAI Xue, CHANG Zhi-yuan

China Institute of Atomic Energy, P. O. Box 275(88), Beijing 102413, China

Abstract:Some typical technical routes of dry reprocessing for spent nuclear fuel were reviewed and the analytical methods used in the processes were summarized. Several methods for on-line monitoring were demonstrated in detail, including electroanalytical methods, UV-Vis absorption spectrometry, X-ray diffraction analysis, in-situ Raman spectrometry, in-situ EXAFS analysis and in-situ NMR analysis. On-line analytical methods can give real-time information of the morphologies and structures. As the effective complementarity of on-line analytical methods, off-line analytical methods were discussed based on different states of the study object, such as the one in a gas, solid or liquid state.

Key words:spent nuclear fuel; dry reprocessing; on-line monitoring; off-line analytical methods