CN104357687B - 一种高丰度93Zr的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于放射性核素制备技术领域，具体涉及一种高丰度93Zr的制备方法。该方法是利用两步延迟法首先分离出纯的93Y，即使235U靶经过6～10h的中子辐照生成适量的93Y后，冷却20～30h，令94Y最大限度的生长成94Zr，然后进行Y、Zr和U的分离，就可以得到符合纯化后的93Y，再利用得到的93Y衰变生成93Zr，最终得到高丰度的93Zr样品。该法具有操作简单、耗时较短且制备的样品中93Zr/94Zr大于106的优点。

Description

一种高丰度93Zr的制备方法
技术领域
本发明属于放射性核素制备技术领域，具体涉及一种高丰度93Zr的制备方法。
背景技术
放射性核素的核参数是非常重要的基础数据。随着核技术及核化学的快速发展，对核参数数据准确度的要求越来越高。为了采用中子活化法准确测量93Zr(n，γ)94Zr的热中子反应截面数据，必须要制备高丰度的93Zr样品，其中对 93Zr/94Zr的比值要求在106以上。
自然界中不存在93Zr，只能考虑从裂变产物中分离，在裂变产物中存在的Zr同位素列于表1。
表1 裂变产物中Zr的同位素
从表1中可以看出，裂变产物中是Zr的所有同位素的混合物，直接用化学方法裂变产物中提取93Zr时，无法消除94Zr的干扰，不能满足核参数测量的需求，因此需要同位素分离。
同位素的分离过程就是高丰度核素的制备过程。根据分离过程，常规用于高丰度核素制备的方法主要有电磁分离法、气体扩散法、离心法、激光法、化学交换法等，但是这些方法一般都适用于稳定核素的同位素富集，对于放射性核素 93Zr来说，由于其有随时间衰变的特性，以及制备过程中体系的复杂性，采用常规的分离方法并不能满足同位素富集的要求，因此必须采取特殊的手段制备不同纯度尤其是高丰度的放射性同位素93Zr。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种核反应与化学分离相结合的制备高丰度93Zr的方法，该法操作简单、耗时较短且制备的样品中93Zr/94Zr大于106。
(二)技术方案
为解决现有技术所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高丰度93Zr的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将235U固体作为U靶，送入反应堆进行中子辐照；
(2)将辐照后U靶冷却后溶解；
(3)将步骤(2)得到的溶解液过HDEHP萃淋树脂柱，然后用盐酸洗涤和解析，并收集解析液；
(4)将步骤(3)得到的解析液通过TBP萃淋树脂柱，然后用盐酸洗涤，合并收集上柱液和洗涤液；
(5)将步骤(4)合并收集的上柱液和洗涤液过阴离子交换树脂柱，用盐酸洗涤，合并收集上柱液和洗涤液；
(6)将步骤(5)合并收集的上柱液和洗涤液蒸干，并转换为硝酸介质；
(7)将步骤(6)得到的溶液过硅胶柱，用硝酸洗涤，并合并上柱液和洗涤液，得到纯化后的93Y，93Y衰变后得到高丰度93Zr。
优选地，步骤(1)中所述中子辐照的时间为6～10h，U靶冷却时间为20～30h。
优选地，步骤(1)中所述235U固体为U3O8粉末或将硝酸铀酰溶液烤干后得到的。
优选地，步骤(2)中所述将U靶溶解所用溶解液为：当235U固体为U3O8粉末时，所用的溶解液为王水且溶解后转化成0.5mol/L盐酸介质；当235U固体为烤干后的硝酸铀酰是，溶解液为0.5mol/L盐酸。
优选地，步骤(3)中利用盐酸洗涤是先用0.5mol/L盐酸洗涤然后再用1mol/L盐酸洗涤，解析所用盐酸浓度为4mol/L。
优选地，步骤(4)中将解析液通过TBP萃淋树脂柱之前先将其调节为8mol/L盐酸介质。
优选地，步骤(4)和步骤(5)中盐酸洗涤所用盐酸浓度为8mol/L。
优选地，步骤(6)中转换为硝酸介质时，硝酸浓度为1mol/L。
优选地，步骤(7)中硝酸洗涤所用硝酸浓度为1mol/L。
优选地，步骤(3)中所用HDEHP萃淋树脂为80-120目，步骤(4)中TBP萃淋树脂的粒径为125～210μm，步骤(5)中阴离子交换树脂为75-120目。
(三)有益效果
本发明利用核反应与化学分离相结合制备高丰度93Zr，具有方法简单、分离流程合理、耗时短且93Zr丰度高的有益效果，具体解释为：
1)将235U固体作为U靶，送入反应堆进行中子辐照后，其得到多种裂变产物，其中包括A＝93、94的β衰变链，衰变链为：
分析以上两个衰变链可看出，93Zr的母核93Y的半衰期(T1/2＝10.1h)较94Zr的母核94Y的半衰期(T1/2＝18.7min)长。因此，可利用两步延迟法首先分离出纯的93Y，即使235U靶经过6～10h的中子辐照生成适量的93Y后，冷却20～30h，令94Y最大限度的生长成94Zr，然后进行Y、Zr和U的分离，就可以得到符合纯化后的93Y，再利用得到的93Y衰变生成93Zr，最终得到高丰度的93Zr样品。其中将Y、Zr和U进行分离的过程及原理为：先将辐照后U靶冷却后溶解，溶解液过HDEHP(二-(2-乙基己基)磷酸)萃淋树脂柱，除去Zr的同位素和其他裂变产物，解析液中主要为93Y和U；将解析液通过TBP萃淋树脂柱并用盐酸洗涤，合并收集上柱液和洗涤液，此时U吸附在TBP萃淋树脂柱上而Y不吸附，Y被收集在合并液中；将合并液通HZ201型阴离子交换树脂柱，进一步净化93Y；通过硅胶柱进一步除Zr，得到纯化后的93Y，由于93Y衰变为93Zr的半衰期为10.1h，放置一段时间即得到高丰度的93Zr。
2)采用HDEHP萃取色层分离过程不但可以去除一价、二价等较低价态元素而进一步纯化Y，而且可达到对Zr有104的去污因子，Y的回收率大于90％。
3)在酸度调节基础上，将TBP萃取色层及阴离子交换分离结合，除掉溶液中大量的U，两步结合对U的去污大于107，对Y的收率大于90％。
4)采用硅胶吸附法可将溶液中超微量的Zr进行去除，流程对Zr的去污因 子可达106。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种高丰度93Zr的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)取含1mg235U的铀酰溶液于石英管中，在红外灯下烤干，密封。置于中子注量率为7×1011n/cm2/s的反应堆中，辐照6小时，冷却20小时后，用0.5mol/LHCl溶解。
(2)将溶解液全部转移至HDEHP萃淋树脂柱上，待上柱液流干后，依次用0.5mol/LHCl洗涤6个柱体积，1mol/LHCl洗涤2个柱体积，用4mol/LHCl解吸4个柱体积，收集解吸液于萃取管中；所用HDEHP萃淋树脂为80目。
(3)将解吸液调节为8mol/LHCl介质后，转移至TBP萃淋树脂柱上，待上柱液流干后，用8mol/LHCl洗涤1个柱体积，合并收集上柱液与洗涤液于萃取管中；所用TBP萃淋树脂的粒径为125μm
(4)将上述溶液全部转移至HZ201型阴离子交换树脂柱上，该树脂柱的粒径为75目。待上柱液流至近干后，用8mol/LHCl洗涤1个柱体积，合并收集上柱液与洗涤液于聚四氟乙烯烧杯中；
(5)将上述溶液置于电炉上加热蒸干，用分次用1mol/LHNO3洗涤烧杯，洗涤液共2ml；
(6)将上述洗涤液转移至硅胶柱上，待上柱液流干后，用1mol/LHNO3洗涤2个柱体积，合并上柱液与洗涤液。
(7)将上述溶液继续通过另一个干净的硅胶柱，待上柱液流干后，用1mol/LHNO3洗涤2个柱体积，合并收集上柱液与洗涤液。得到纯化后的93Y，93Y衰变后得到高丰度93Zr。
经过该方法制备的高丰度93Zr中，93Zr/94Zr为2.5*106。
实施例2
与实施例1中方法、步骤相同，不同的是步骤(1)中所述235U固体为U3O8粉末，中子辐照的时间为8h，U靶冷却时间为25h，将U靶溶解所用的溶解液为王水且溶解后转化成0.5mol/L盐酸介质；
所用HDEHP萃淋树脂为100目，步骤(4)中TBP萃淋树脂的粒径为180μm，步骤(5)中阴离子交换树脂为100目。
经过该方法制备的高丰度93Zr中，93Zr/94Zr为2.9*106。
实施例3
与实施例1中方法、步骤相同，不同的是步骤(1)中子辐照的时间为10h，U靶冷却时间为30h；
所用HDEHP萃淋树脂为120目，步骤(4)中TBP萃淋树脂的粒径为210μm，步骤(5)中阴离子交换树脂为120目。
经过该方法制备的高丰度93Zr中，93Zr/94Zr为3.5*106。

Claims (4)

1.一种高丰度93Zr的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将235U固体作为U靶，送入反应堆进行中子辐照；
(2)将辐照后U靶冷却后溶解；
(3)将步骤(2)得到的溶解液过HDEHP萃淋树脂柱，然后用盐酸洗涤和解析，并收集解析液；
(4)将步骤(3)得到的解析液通过TBP萃淋树脂柱，然后用盐酸洗涤，合并收集上柱液和洗涤液；
(5)将步骤(4)合并收集的上柱液和洗涤液过阴离子交换树脂柱，用盐酸洗涤，合并收集上柱液和洗涤液；
(6)将步骤(5)合并收集的上柱液和洗涤液蒸干，并转换为硝酸介质；
(7)将步骤(6)得到的溶液过硅胶柱，用硝酸洗涤，并合并上柱液和洗涤液，得到纯化后的93Y，93Y衰变后得到高丰度93Zr；
步骤(1)中所述中子辐照的时间为6～10h，U靶冷却时间为20～30h；步骤(3)中利用盐酸洗涤是先用0.5mol/L盐酸洗涤然后再用1mol/L盐酸洗涤，步骤(3)中解析所用盐酸浓度为4mol/L；步骤(4)中将解析液通过TBP萃淋树脂柱之前先将其调节为8mol/L盐酸介质；步骤(4)和步骤(5)中盐酸洗涤所用盐酸浓度为8mol/L；步骤(6)中转换为硝酸介质时，硝酸浓度为1mol/L；步骤(7)中硝酸洗涤所用硝酸浓度为1mol/L。
2.根据权利要求1所述的一种高丰度93Zr的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述235U固体为U3O8粉末或将硝酸铀酰溶液烤干后得到的。
3.根据权利要求1所述的一种高丰度93Zr的制备方法，其特征在于，步骤(2)中将U靶溶解所用溶解液为：当235U固体为U3O8粉末时，所用的溶解液为王水且溶解后转化成0.5mol/L盐酸介质；当235U固体为烤干后的硝酸铀酰时，溶解液为0.5mol/L盐酸。
4.根据权利要求1所述的一种高丰度93Zr的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所用HDEHP萃淋树脂为80-120目，步骤(4)中TBP萃淋树脂的粒径为125～210μm，步骤(5)中阴离子交换树脂为75-120目。
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