鈾含量檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

魏亞妮 王麗 吉頭杰 張海明 楊松濤

中核四0四有限公司 甘肅蘭州 732850

鈾化學(xué)工藝，通常包括鈾轉(zhuǎn)化、鈾純化等工藝流程。鈾礦石、鈾礦渣、重鈾酸銨、鈾氧化物、氟化鈾酰等物料生產(chǎn)過(guò)程中涉及多種工藝料液。工藝料液鈾含量的準(zhǔn)確檢測(cè)是十分重要的參數(shù)，對(duì)工藝流程的順利運(yùn)行以及物料衡算具有重要的意義．本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)外鈾檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研總結(jié)。

1 高濃度鈾國(guó)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

《ASTM C1204-钚存在下磷酸體系中Fe（Ⅱ）還原Cr（Ⅵ）氧化滴定法測(cè)定鈾的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法》，此標(biāo)準(zhǔn)適用于未經(jīng)輻照的鈾-钚比大于等于2．5的鈾-钚混合氧化物。滴定前用稀硫酸溶解樣品，在含有氨基酸的濃磷酸溶液中，用過(guò)量的Fe（Ⅱ）將鈾還原成U(Ⅳ)，以Mo（Ⅵ）為催化劑，用硝酸氧化過(guò)量的Fe（Ⅱ），加入V(Ⅳ)后，用Cr（Ⅵ）滴定U(Ⅳ)至電位終點(diǎn)。

《ISO 9989：1996（E）硫酸亞鐵還原、重鉻酸鉀氧化滴定法測(cè)定二氧化鈾粉末和芯塊中的鈾含量》，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了二氧化鈾粉末和芯塊中鈾含量的測(cè)定方法。在濃磷酸溶液中，U（Ⅵ）被硫酸亞鐵還原為U（Ⅳ）。在鉬的存在下，過(guò)量的硫酸亞鐵被硝酸氧化。以標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀溶液滴定鈾，以電位指示終點(diǎn)。

20世紀(jì)80年代，H．Ottmar等研發(fā)了混合K-edge/K-XRF（HKED）分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)在X射線的最大背向角上加一個(gè)鍺探測(cè)器，在管電壓為150kV，管電流為15mA，測(cè)量時(shí)間為1000s的操作條件下，對(duì)大量樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用結(jié)果表明，鈾的精密度達(dá)到0．4%～0．7%，但采用該方法時(shí)雖然精密度和準(zhǔn)確好，但測(cè)量時(shí)間約為2h，僅一個(gè)樣品池就需要500元以上，且該樣品池不能重復(fù)使用，而且儀器昂貴，要1400萬(wàn)以上，不適合普通實(shí)驗(yàn)室大量普及[1]。

2 高濃度鈾國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

《GB11848．1鈾礦石濃縮物中鈾的測(cè)定硫酸亞鐵還原-重鉻酸鉀滴定法》中規(guī)定了鈾礦石濃縮物中鈾的測(cè)定，樣品采用硫酸、硝酸、高氯酸溶解后，分成小樣進(jìn)行滴定?！禛B 11841二氧化鈾粉末和芯塊中鈾的測(cè)定硫酸亞鐵還原-重鉻酸鉀氧化滴定法》主要規(guī)定了核級(jí)二氧化鈾粉末和芯塊中鈾的測(cè)定，《EF/T 786三碳酸鈾酰及二氧化鈾中鈾的測(cè)定》主要針對(duì)鈾礦冶系統(tǒng)三碳酸鈾酰及二氧化鈾中鈾的測(cè)定，直接磷酸溶解進(jìn)行滴定。

陳晨等用波長(zhǎng)色散X熒光法測(cè)定含量低于450g/L的鈾，將樣品滴至圓形濾紙表面，烘干后用膜封裝。采用波長(zhǎng)色散X熒光儀測(cè)定薄膜源，該方法的精密度優(yōu)于3%，回收率超過(guò)90%。但該方法需要薄膜封裝，而在手套箱中難以實(shí)現(xiàn)薄膜源的密封性。且測(cè)量也需要較長(zhǎng)的時(shí)間，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速分析。

中核四0四有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《后處理工藝料液鈾、钚的測(cè)定 L邊密度計(jì)法》L邊密度計(jì)法是一種特殊形式的光度吸量法，一束準(zhǔn)直的X射線經(jīng)固定厚度的樣品吸收后，測(cè)量鈾钚元素L吸收邊所在能量?jī)蓚?cè)的X射線強(qiáng)度，計(jì)算吸光度并以此得到樣品中鈾钚元素的濃度。標(biāo)準(zhǔn)適用于后處理工藝料液中鈾測(cè)定，范圍為2g/L ～ 200g/L[2]。

3 低濃度鈾國(guó)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

俄羅斯科學(xué)家V．V．Berdikov等設(shè)計(jì)加工的石墨晶體預(yù)衍射-能量色散X射線熒光分析裝置，采用布拉格定律，使能量在13keV～15keV的射線通過(guò)，而激發(fā)輻射的散射線和溶液樣品本身的γ射線被阻止，從而大大提高了峰背比，降低了鈾的探測(cè)下限。對(duì)于鈾濃度在0．002g/L的樣品，測(cè)量的精密度優(yōu)于5%，但該方法無(wú)法直接測(cè)定濃度大于10g/L的樣品。

《ASTM C1254-1999（2005年重新審批）X射線熒光法測(cè)定無(wú)機(jī)酸中鈾含量的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法》，將鈾含量為0．025-20g/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液和適當(dāng)?shù)膬?nèi)標(biāo)物質(zhì)放置在X射線光譜儀的液體樣品支架上，并將其暴露在能激發(fā)L-α發(fā)射線和適當(dāng)內(nèi)標(biāo)線的X射線束中。使用合適的檢測(cè)器測(cè)定產(chǎn)生的強(qiáng)度，根據(jù)特征峰的強(qiáng)度得出鈾濃度。

4 低濃度鈾國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

馬場(chǎng)佑治等《用能量色散X射線熒光分析法測(cè)定分析溶液中的鈾》在1g/L～10g/L范圍的樣品，X射線管的使用條件為加速電壓40kV，電流2mA，測(cè)量時(shí)間為200秒，在此條件下，測(cè)量結(jié)果的精密度達(dá)到2%。但酸度、鐵、鉛、鋯、鋁等金屬離子對(duì)測(cè)定結(jié)果影響較大。

中核四0四有限公司企標(biāo)《工藝料液 鈾、镎、钚的測(cè)定 石墨晶體預(yù)衍射X射線熒光法》可對(duì)鈾含量在0．001g/L～1g/L范圍的工藝料液進(jìn)行無(wú)損測(cè)量，準(zhǔn)確快速。方法原理為在X射線熒光儀的樣品池和探測(cè)器之間加入一個(gè)石墨晶體衍射器，對(duì)進(jìn)入探測(cè)器的射線進(jìn)行選擇，使符合布拉格方程的X熒光射線通過(guò)衍射進(jìn)入探測(cè)器，通過(guò)探測(cè)器測(cè)定經(jīng)石墨晶體衍射后的特征X射線熒光強(qiáng)度，從而計(jì)算待測(cè)元素濃度，據(jù)此可定量測(cè)定溶液中的放射性元素含量[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著檢測(cè)儀器的發(fā)展，鈾檢測(cè)技術(shù)的精密度和準(zhǔn)確度不斷提高。目前普遍采用的鈾含量檢測(cè)技術(shù)方向是選擇合適的探測(cè)器，研發(fā)出直接報(bào)出測(cè)量結(jié)果的專用軟件，優(yōu)化條件實(shí)驗(yàn)，消除雜質(zhì)元素干擾，實(shí)現(xiàn)無(wú)損的自動(dòng)化程度高的準(zhǔn)確快速測(cè)定。