CN101561418B - 痕量钚样品中钚年龄测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种痕量钚样品中钚年龄测定方法。该方法是在样品中加入钚及其子体镅的同位素稀释剂²⁴²Pu、²⁴³Am，再加入亚硝酸钠进行调价，然后载入TEVA树脂柱，用化学分离的方法分别获得Pu组分、Am组分，再用多接收电感耦合等离子体质谱分别进行测量Pu组分、Am组分，得到²⁴¹Pu/²⁴²Pu和²⁴¹Am/²⁴³Am值。根据加入的稀释剂的量计算出²⁴¹Pu/²⁴¹Am值，代入年龄计算公式得到钚年龄。该方法所测量的年龄结果与参考值偏差在5％以内。

Description

痕量钚样品中钚年龄测定方法

技术领域

本发明属于放射性同位素测量技术领域，具体涉及痕量钚年龄的探测技术。

背景技术

在核法医学和核查领域，需要探测痕量钚的年龄属性。国内外学者主要是用γ谱仪来进行钚年龄的测定。该方法针对的测量对象是钚材料，一般认为样品量最少需要100mg，对样品形状有一定的要求。对于量更小的样品，由于仪器探测限限制，γ谱仪测量钚年龄的偏差较大，所需的测量时间也较长。在Radiochim.Acta 96，(2008)327-331中，张海涛等人发展了α谱联合热表面电离质谱测量钚材料年龄的方法，他们所测量的样品中钚的总量在微克量级。在Journal ofRadioanalytical and Nuclear Chemistry，Vol.272，No.1(2007)45-51中，U.Nygren等人用电感耦合等离子体质谱对钚标准样品的钚年龄进行了测量，样品处理过程比较繁琐，对于武器级钚的年龄结果重复性不是很好。

发明内容

(一)发明目的

本发明根据现有技术的缺陷，提供一种比较简便的测定痕量钚样品中钚年龄的方法。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

一种痕量钚样品中钚年龄测定方法，是在样品中加入钚及其子体镅的同位素稀释剂²⁴²Pu、²⁴³Am，再加入亚硝酸钠进行调价，然后载入TEVA树脂柱，用化学分离的方法分别获得Pu组分、Am组分，再用多接收电感耦合等离子体质谱分别进行测量Pu组分、Am组分，得到²⁴¹Pu/²⁴²Pu和²⁴¹Am/²⁴³Am值。根据加入的稀释剂的量计算出²⁴¹Pu/²⁴¹Am值，代入年龄计算公式(1)得到钚年龄。

$t=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_2}\·\ln [1-(\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{{\mathrm{\λ}}_1}-1)\frac{N_2}{N_1}]---\left(1\right)$

式中，t是钚年龄，年。λ是放射性核的衰变常数，1n2/T_1/2，N是测量时刻的放射性核原子数，下标1和2分别代表母核与子核，本发明是指²⁴¹Pu和²⁴¹Am。

所述的用化学分离的方法分别获得Pu组分、Am组分的方法是，用1-3mol·L^-1硝酸淋洗TEVA树脂柱收集镅组分后，用(0.1-0.5)mol·L^-1硝酸-(0.01-0.10)mol·L^-1草酸溶液淋洗收集钚。镅组分转移上TRU树脂柱，用4-6mol·L^-1HCl淋洗收集镅。

(三)实施效果

本发明所提供的技术方案，化学分离过程简单，回收率高。流程空白本底与测量空白本底没有显著性差异，本底控制较好。样品分析时间短，方法准确性高。对于年龄在20年左右的钚样品，所测量的年龄结果与参考值偏差在5％以内。

附图说明

图1测量钚年龄流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例按照如下步骤实施：

步骤1，称取钚浓度为107ng·g^-1的钚样品溶液0.0403g，加入浓度为47.93pg·g^-1的²⁴³Am示踪剂0.3287g、浓度为1.0409ng·g^-1的²⁴²Pu稀释剂0.0108g，以及600μL 4×10^-3mol·L^-1NaNO₂，反应10分钟后蒸干。

步骤2，将蒸干后的样品加入1mL 2mol·L^-1HNO₃转移上TEVA树脂柱，树脂体积1mL，先用1.5mL 2mol·L^-1HNO₃淋洗收集为Am′组分，再用5mL 2mol·L^-1HNO₃淋洗交换柱，最后用6mL0.15mol·L^-1硝酸-0.025mol·L^-1草酸溶液淋洗收集为Pu组分，待MC-ICP-MS分析用。

步骤3，将Am′组分转移上已用5mol·L^-1HCl平衡的TRU树脂柱，树脂体积1mL，用5mol·L^-1HCl进行淋洗，收集第4到15mL的流出液作为Am组分。将Am组分蒸干后用3mL 2％HNO₃溶解待MC-ICP-MS分析用。

步骤4，MC-ICP-MS法分别测量Am组分中的²⁴¹Am/²⁴³Am值、Pu组分中的²⁴¹Pu/²⁴²Pu值。

步骤5，根据加入的稀释剂量计算出²⁴¹Pu/²⁴¹Am值，将²⁴¹Pu/²⁴¹Am值代入年龄计算公式(1)得到钚年龄。

钚样品的测量结果如表1-2所示。测得钚年龄为21.77年。

表1钚样品Pu/Am母子关系测量结果^*

^*注：接收器为离子计数器

表2通过²⁴¹Am/²⁴¹Pu计算的钚样品的年龄结果

实施例2

测量步骤和样品同实施例1，不同之处是步骤2、3。本实施例的步骤2、3如下：

步骤2，将蒸干后的样品加入1mL 2mol·L^-1HNO₃转移上TEVA树脂柱，树脂体积1mL，先用2.0mL 1mol·L^-1HNO₃淋洗收集为Am′组分，再用5mL 2mol·L^-1HNO₃淋洗交换柱，最后用7mL 0.1mol·L^-1硝酸-0.01mol·L^-1草酸溶液淋洗收集为Pu组分，待MC-ICP-MS分析用。

步骤3，将Am′组分转移上已用5mol·L^-1HCl平衡的TRU树脂柱，树脂体积1mL，用4mol·L^-1HCl进行淋洗，收集第5到15mL的流出液作为Am组分。将Am组分蒸干后用3mL 2％HNO₃溶解待MC-ICP-MS分析用。

测得钚年龄为21.42年。

实施例3

测量步骤和样品同实施例1，不同之处是步骤2、3。本实施例的步骤2、3如下：

步骤2，将蒸干后的样品加入1mL 2mol·L^-1HNO₃转移上TEVA树脂柱，树脂体积1mL，先用1mL 3mol·L^-1HNO₃淋洗收集为Am′组分，再用5mL 2mol·L^-1HNO₃淋洗交换柱，最后用5mL 0.15mol·L^-1硝酸-0.10mol·L^-1草酸溶液淋洗收集为Pu组分，待MC-ICP-MS分析用。

步骤3，将Am′组分转移上已用5mol·L^-1HCl平衡的TRU树脂柱，树脂体积1mL，用6mol·L^-1HCl进行淋洗，收集第3到15mL的流出液作为Am组分。将Am组分蒸干后用3mL 2％HNO₃溶解待MC-ICP-MS分析用。

测得钚年龄为23.56年。

显然本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，假若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些修改和变型。

Claims (1)

1.一种痕量钚样品中钚年龄测定方法，其特征在于：在样品中加入钚及其子体镅的同位素稀释剂²⁴²Pu、²⁴³Am，再加入亚硝酸钠进行调价；然后载入TEVA树脂柱，用1～3mol·L^-1硝酸淋洗TEVA树脂柱收集镅组分后，用硝酸-草酸溶液淋洗收集钚，其中硝酸浓度为0.1～0.5mol·L^-1，草酸浓度为0.01～0.10mol·L^-1；镅组分转移上TRU树脂柱，用4～6mol·L^-1HCl淋洗收集镅，分别获得Pu组分、Am组分；再用多接收电感耦合等离子体质谱分别进行测量Pu组分、Am组分，得到²⁴¹Pu/²⁴²Pu和²⁴¹Am/²⁴³Am值；根据加入的稀释剂的量计算出²⁴¹Pu/²⁴¹Am值，代入年龄计算公式(1)得到钚年龄，

$t=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_2}\·\ln [1-(\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{{\mathrm{\λ}}_1}-1)\frac{N_2}{N_1}]---\left(1\right)$

式中，t是钚年龄，单位是年；λ是放射性核的衰变常数，它等于ln2/T_1/2；N是测量时刻的放射性核原子数，下标1和2分别代表母核²⁴¹Pu与子核²⁴¹Am。

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