CN109342641A - 含钚微粒年龄的测定方法 - Google Patents

含钚微粒年龄的测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109342641A
CN109342641A CN201811305260.4A CN201811305260A CN109342641A CN 109342641 A CN109342641 A CN 109342641A CN 201811305260 A CN201811305260 A CN 201811305260A CN 109342641 A CN109342641 A CN 109342641A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plutonium
age
particle containing
component
containing plutonium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811305260.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109342641B (zh
Inventor
王琛
朱留超
黄声慧
潘竟舜
孙宏清
常志远
刘国荣
李力力
赵永刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Institute of Atomic of Energy
Original Assignee
China Institute of Atomic of Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Institute of Atomic of Energy filed Critical China Institute of Atomic of Energy
Priority to CN201811305260.4A priority Critical patent/CN109342641B/zh
Publication of CN109342641A publication Critical patent/CN109342641A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109342641B publication Critical patent/CN109342641B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

本发明提供了一种含钚微粒年龄的测定方法。该方法包括以下步骤：一：将含钚微粒样品溶解，得到含钚溶液；二：向含钚溶液中加入稀释剂，分离纯化，得到钚组分和镅组分；三：测量参数，计算241Pu质量；四：测量参数，计算241Am质量；五：测量活度比；步骤六：通过公式计算含钚微粒年龄。本发明建立了含钚微粒年龄的测定方法，解决了高温生成的二氧化钚微粒难以有效溶解、测定方法依赖相同基体标准样品、现有质谱法无法准确测定240Pu丰度低的含钚微粒样品等问题，提高了方法适应性，可应用于各类含钚微粒年龄的测定。

Description

含钚微粒年龄的测定方法
技术领域
本发明属于核保障领域，特别涉及一种含钚微粒年龄的测定方法。
背景技术
钚年龄是推断钚材料历史及来源信息的重要参数，通过对擦拭样品中含钚微粒年龄的核实，可以有效判断是否存在违约核活动。目前，世界各研究机构建立的含钚微粒年龄的测定方法主要有两种，其中，国际原子能机构(IAEA)和日本原子能机构(JAEA)建立的方法采用硝酸或者硝酸/氢氟酸溶解含钚微粒，对于高温生成的二氧化钚微粒，该方法难以有效溶解，加之需要在SEM中完成含钚微粒的识别及转移，因此该方法的适用性受到较大限制；德国超铀元素研究所(ITU)建立的方法需要采用SIMS分析，可以直接分析实际含钚微粒样品，但需要依赖相同基体的标准样品对质谱测量时的相对灵敏度因子(RSF)进行校正，也限制了方法的适用性；另外，对于240Pu丰度低的含钚微粒样品，由于其241Pu丰度非常低，因此现有的质谱法无法准确测定，同样限制了方法的适用性。
发明内容
为解决目前含钚微粒年龄的测定方法存在的适应性受限问题，本发明提供了一种含钚微粒年龄的测定方法。该方法包括以下步骤：
步骤一：将含钚微粒样品置入硫酸氢钠中熔融，冷却后以硝酸溶解，得到含钚溶液；
步骤二：向所述含钚溶液中加入定量的242Pu稀释剂和243Am稀释剂，然后对钚和镅进行分离及纯化，得到钚组分和镅组分；
步骤三：测量钚组分中239Pu、240Pu与242Pu的同位素比、238Pu与242Pu的活度比、241Pu与钚元素的活度比，进而获得钚组分中241Pu与242Pu的同位素比，以242Pu稀释剂中242Pu含量代替钚组分中242Pu含量，计算241Pu质量；
步骤四：测量镅组分中241Am与243Am的同位素比，以243Am稀释剂中243Am含量以及241Am与243Am的同位素比计算241Am质量；
步骤五：分别测量241Am与243Am的活度比、241Pu与钚元素的活度比、238Pu与242Pu的活度比；
步骤六：通过下述公式计算含钚微粒年龄，
式中，t为含钚微粒年龄，m为质量，λ为衰变常数，为241Am与243Am的活度比，为241Pu与钚元素的活度比，为238Pu与242Pu的活度比，RR 239Pu/242Pu为质谱239Pu/242Pu校正值，RR 240Pu/242Pu为质谱240Pu/242Pu校正值。
根据一个实施例，步骤一中，所述含钚微粒样品采用α径迹法选取得到。
根据一个实施例，步骤二中，钚的分离及纯化采用TEVA树脂。
根据一个实施例，步骤二中，镅的分离及纯化采用TRU树脂。
根据一个实施例，步骤三中，所述钚组分中239Pu、240Pu与242Pu的同位素比采用低本底液闪法、低本底α能谱法及MC-ICP-MS联合进行测量。
根据一个实施例，步骤四中，所述镅组分中241Am与243Am的同位素比采用低本底α能谱法进行测量。
根据一个实施例，步骤五中，所述241Am与243Am的活度比采用低本底液闪法进行测量。
根据一个实施例，步骤五中，所述241Pu与钚元素的活度比和/或238Pu与242Pu的活度比采用低本底α能谱法进行测量。
本发明建立了含钚微粒年龄的测定方法，该方法能够同时解决高温生成的二氧化钚微粒难以有效溶解、测定方法依赖相同基体标准样品、现有质谱法无法准确测定240Pu丰度低的含钚微粒样品等问题，显著提高了含钚微粒年龄测定方法的适应性，可以应用于各种类型含钚微粒年龄的测定。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。
本发明的含钚微粒年龄的测定方法包括以下步骤：
步骤一：将含钚微粒样品置入硫酸氢钠中熔融，冷却后以硝酸溶解，得到含钚溶液。
步骤二：向所述含钚溶液中加入定量的242Pu稀释剂和243Am稀释剂，然后对钚和镅进行分离及纯化，得到钚组分和镅组分。
步骤三：测量钚组分中239Pu、240Pu与242Pu的同位素比、238Pu与242Pu的活度比、241Pu与钚元素的活度比，进而获得钚组分中241Pu与242Pu的同位素比，以242Pu稀释剂中242Pu含量代替钚组分中242Pu含量，计算241Pu质量。由于钚组分中241Pu含量极低，采用质谱法无法准确测定其241Pu含量，因此本发明拟采用测量其它参数并通过计算的方式获得241Pu含量。在所需参数中，由于含钚微粒样品中242Pu含量极低，与242Pu稀释剂中242Pu含量相比可以忽略不计，因此可以以242Pu稀释剂中242Pu含量代替钚组分中242Pu含量进行计算。
步骤四：测量镅组分中241Am与243Am的同位素比，以243Am稀释剂中243Am含量以及241Am与243Am的同位素比计算241Am质量。由于含钚微粒样品中243Am含量极低，与243Am稀释剂中243Am含量相比可以忽略不计，因此可以以243Am稀释剂中243Am含量代替镅组分中243Am含量进行计算。
步骤五：分别测量241Am与243Am的活度比、241Pu与钚元素的活度比、238Pu与242Pu的活度比。
步骤六：通过下述公式计算含钚微粒年龄，
式中，t为含钚微粒年龄，m为质量，λ为衰变常数，为241Am与243Am的活度比，为241Pu与钚元素的活度比，为238Pu与242Pu的活度比，RR 239Pu/242Pu为质谱239Pu/242Pu校正值，RR 240Pu/242Pu为质谱240Pu/242Pu校正值。
本发明采用硫酸氢钠熔融-硝酸溶解的方式对含钚微粒样品进行溶解，解决了高温生成的二氧化钚微粒难以有效溶解的问题。通过采用242Pu稀释剂和243Am稀释剂代替实际组分的方式进行测量及计算，获得了高度近似的241Pu质量及241Am质量，有效解决了实际组分难以直接测量，以及现有质谱法无法准确测定240Pu丰度低的钚样品等问题。建立了含钚微粒年龄的计算公式，实际应用表明，在取得有关参数的基础上，通过该计算公式能够准确计算出含钚微粒年龄。
根据一个示例，步骤一中，所述含钚微粒样品采用α径迹法选取得到。实际应用表明，α径迹法是选取含钚微粒样品的较优方式。
根据一个示例，步骤二中，钚的分离及纯化采用TEVA树脂。经对比试验验证，TEVA树脂对钚的分离及纯化效果较佳。
根据一个示例，步骤二中，镅的分离及纯化采用TRU树脂。经对比试验验证，TRU树脂对镅的分离及纯化效果较佳。
根据一个示例，步骤三中，所述钚组分中239Pu、240Pu与242Pu的同位素比采用低本底液闪法、低本底α能谱法及MC-ICP-MS联合进行测量。该联合测量方式能够有效降低检测限，有利于获得更为精确的含钚微粒年龄测量结果。
根据一个示例，步骤四中，所述镅组分中241Am与243Am的同位素比采用低本底α能谱法进行测量。实际应用表明，低本底α能谱法是测量241Am与243Am同位素比的较优方式，能够获得较为准确可靠的测量结果。
根据一个示例，步骤五中，所述241Am与243Am的活度比采用低本底液闪法进行测量。实际应用表明，低本底液闪法是测量241Am与243Am活度比的较优方式，能够获得较为准确可靠的测量结果。
根据一个示例，步骤五中，所述241Pu与钚元素的活度比和/或238Pu与242Pu的活度比采用低本底α能谱法进行测量。实际应用表明，低本底α能谱法是测量241Pu与钚元素活度比及238Pu与242Pu活度比的较优方式，能够获得较为准确可靠的测量结果。
实施例
步骤一：将含钚微粒放入10mL石英管中，向石英管中加入0.2g硫酸氢钠，将石英管放置于马弗炉中，高温熔融石英管中含钚微粒与硫酸氢钠的混合物，冷却，向石英管中加入3mol·L-1硝酸10mL进行溶解，得到含钚溶液。
步骤二：向含钚溶液中加入0.268ng的242Pu稀释剂和0.116ng的243Am稀释剂，混合均匀后，将钚价态调为四价。上TEVA萃淋树脂柱，用3mol·L-1硝酸淋洗，然后用0.15mol·L-1硝酸-0.025mol·L-1草酸解吸钚，得到钚组分；合并流出液及淋洗液，上TRU萃淋树脂柱，用3mol·L-1硝酸淋洗，然后用4mol·L-1盐酸解吸镅，得到镅组分。
步骤三：采用MC-ICP-MS测量239Pu、240Pu与242Pu的同位素比；将钚组分电镀制源，用低本底α能谱法测量238Pu与242Pu的活度比；用低本底液闪法测量241Pu与钚元素的活度比；进而获得钚组分中241Pu与242Pu的同位素比；以242Pu稀释剂中242Pu含量代替钚组分中242Pu含量，计算241Pu质量。
步骤四：将镅组分电镀制源，采用低本底α能谱法测量241Am与243Am的活度比，获得镅组分中241Am与243Am的同位素比；以243Am稀释剂中243Am含量代替镅组分中243Am含量，计算241Am质量。
步骤五：采用低本底液闪法测量241Am与243Am的活度比；采用低本底α能谱法测量241Pu与钚元素的活度比以及238Pu与242Pu的活度比。
步骤六：通过下述公式计算含钚微粒年龄，
式中，t为含钚微粒年龄，m为质量，λ为衰变常数，为241Am与243Am的活度比，为241Pu与钚元素的活度比，为238Pu与242Pu的活度比，RR 239Pu/242Pu为质谱239Pu/242Pu校正值，RR 240Pu/242Pu为质谱240Pu/242Pu校正值。
按照上述实施例对相同来源11个大小不同的含钚微粒的年龄分别进行测定，结果表明：11个不同大小的钚微粒年龄平均值为29.3年，年龄测定值相对标准不确定度大部分在3％左右，表明钚微粒生产时间介于28.1～30.4年之间，含钚微粒的年龄测定值与实际生产时间符合良好。
虽然根据本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，然而，本领域普通技术人员应理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (8)

1.一种含钚微粒年龄的测定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：将含钚微粒样品置入硫酸氢钠中熔融，冷却后以硝酸溶解，得到含钚溶液；
步骤二：向所述含钚溶液中加入定量的242Pu稀释剂和243Am稀释剂，然后对钚和镅进行分离及纯化，得到钚组分和镅组分；
步骤三：测量钚组分中239Pu、240Pu与242Pu的同位素比、238Pu与242Pu的活度比、241Pu与钚元素的活度比，进而获得钚组分中241Pu与242Pu的同位素比，以242Pu稀释剂中242Pu含量代替钚组分中242Pu含量，计算241Pu质量；
步骤四：测量镅组分中241Am与243Am的同位素比，以243Am稀释剂中243Am含量以及241Am与243Am的同位素比计算241Am质量；
步骤五：分别测量241Am与243Am的活度比、241Pu与钚元素的活度比、238Pu与242Pu的活度比；
步骤六：通过下述公式计算含钚微粒年龄，
式中，t为含钚微粒年龄，m为质量，λ为衰变常数，为241Am与243Am的活度比，为241Pu与钚元素的活度比，为238Pu与242Pu的活度比，RR 239Pu/242Pu为质谱239Pu/242Pu校正值，RR 240Pu/242Pu为质谱240Pu/242Pu校正值。
2.根据权利要求1所述的含钚微粒年龄的测定方法，其特征在于：步骤一中，所述含钚微粒样品采用α径迹法选取得到。
3.根据权利要求1所述的含钚微粒年龄的测定方法，其特征在于：步骤二中，钚的分离及纯化采用TEVA树脂。
4.根据权利要求1所述的含钚微粒年龄的测定方法，其特征在于：步骤二中，镅的分离及纯化采用TRU树脂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的含钚微粒年龄的测定方法，其特征在于：步骤三中，所述钚组分中239Pu、240Pu与242Pu的同位素比采用低本底液闪法、低本底α能谱法及MC-ICP-MS联合进行测量。
6.根据权利要求1-4任一项所述的含钚微粒年龄的测定方法，其特征在于：步骤四中，所述镅组分中241Am与243Am的同位素比采用低本底α能谱法进行测量。
7.根据权利要求1-4任一项所述的含钚微粒年龄的测定方法，其特征在于：步骤五中，所述241Am与243Am的活度比采用低本底液闪法进行测量。
8.根据权利要求1-4任一项所述的含钚微粒年龄的测定方法，其特征在于：步骤五中，所述241Pu与钚元素的活度比和/或238Pu与242Pu的活度比采用低本底α能谱法进行测量。
CN201811305260.4A 2018-11-05 2018-11-05 含钚微粒年龄的测定方法 Active CN109342641B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811305260.4A CN109342641B (zh) 2018-11-05 2018-11-05 含钚微粒年龄的测定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811305260.4A CN109342641B (zh) 2018-11-05 2018-11-05 含钚微粒年龄的测定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109342641A true CN109342641A (zh) 2019-02-15
CN109342641B CN109342641B (zh) 2020-11-10

Family

ID=65313618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811305260.4A Active CN109342641B (zh) 2018-11-05 2018-11-05 含钚微粒年龄的测定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109342641B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111721783A (zh) * 2020-06-29 2020-09-29 中国原子能科学研究院 利用伽玛能谱确定待测钚溶解液中的钚浓度和钚同位素组分的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4298579A (en) * 1976-06-03 1981-11-03 Alkem Gmbh Method of producing PuO2 by calcination of Pu oxalate produced by discontinuous precipitation from solutions contaminated with americium
CN101561417A (zh) * 2009-06-05 2009-10-21 中国原子能科学研究院 痕量钚样品中钚年龄测定方法
CN101561404A (zh) * 2009-06-05 2009-10-21 中国原子能科学研究院 痕量钚样品中钚年龄测定方法
CN101561418A (zh) * 2009-06-05 2009-10-21 中国原子能科学研究院 痕量钚样品中钚年龄测定方法
US20120161028A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Quintell Of Ohio, Llc Radioactive anomaly discrimination from spectral ratios
CN105425274A (zh) * 2015-12-02 2016-03-23 中国原子能科学研究院 一种铀样品年龄的测定方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4298579A (en) * 1976-06-03 1981-11-03 Alkem Gmbh Method of producing PuO2 by calcination of Pu oxalate produced by discontinuous precipitation from solutions contaminated with americium
CN101561417A (zh) * 2009-06-05 2009-10-21 中国原子能科学研究院 痕量钚样品中钚年龄测定方法
CN101561404A (zh) * 2009-06-05 2009-10-21 中国原子能科学研究院 痕量钚样品中钚年龄测定方法
CN101561418A (zh) * 2009-06-05 2009-10-21 中国原子能科学研究院 痕量钚样品中钚年龄测定方法
US20120161028A1 (en) * 2010-12-28 2012-06-28 Quintell Of Ohio, Llc Radioactive anomaly discrimination from spectral ratios
CN105425274A (zh) * 2015-12-02 2016-03-23 中国原子能科学研究院 一种铀样品年龄的测定方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
U. NYGREN 等: "Age determination of plutonium using inductively coupled plasma mass spectrometry", 《JOURNAL OF RADIOANALYTICAL AND NUCLEAR CHEMISTRY》 *
ZSOLT VARGA 等: "Plutonium age dating (production date measurement) by inductively coupled plasma mass spectrometry", 《JOURNAL OF RADIOANALYTICAL AND NUCLEAR CHEMISTRY》 *
朱明燕 等: "TIMS测定铀矿石样品中234U/238U、232Th、228Ra/226Ra的方法研究", 《铀矿地质》 *
杨明太 等: "质谱、α谱联合测定钚年龄", 《核电子学与探测技术》 *
蒙大桥 等: "《放射性测量及其应用》", 31 January 2018 *
陈彦 等: "液闪和α谱结合测量痕量钚样品中钚年龄", 《核化学与放射化学》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111721783A (zh) * 2020-06-29 2020-09-29 中国原子能科学研究院 利用伽玛能谱确定待测钚溶解液中的钚浓度和钚同位素组分的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109342641B (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103364426B (zh) 能量色散型x射线荧光光谱法测定锌精矿中锌含量的方法
CN102253030B (zh) 一种测定高钛渣中杂质含量的方法
Sill et al. The beryllium content of some meteorites
CN106596518A (zh) 一种铀锆合金中锆及杂质含量的测定方法
CN104280367A (zh) 一种高效、准确检测石英砂中二氧化硅含量的方法
CN105136975A (zh) 一种测定萤石中氟化钙含量的方法
Le Fèvre et al. An extraction chromatography method for Hf separation prior to isotopic analysis using multiple collection ICP-mass spectrometry
Rey et al. Radiochemical neutron activation analysis of indium, cadmium, yttrium and the 14 rare earth elements in rocks
CN109342641A (zh) 含钚微粒年龄的测定方法
CN103698176A (zh) 一种钢铁及合金中全铝含量的测定方法
CN104931486A (zh) 蛭石中四种氧化物含量的快速测定方法
CN104280368A (zh) 一种高效、准确检测工业氧化镁主含量的方法
CN104280369A (zh) 一种高效、准确检测工业碳酸钙主含量的方法
CN109632744A (zh) 一种碱性岩样品中铀钍、稀土和铌钽锆铪的检测方法
CN112129744B (zh) 一种矿石中锂的化学物相分析方法
CN112129718B (zh) 一种矿石中钾的化学物相分析方法
CN102944458B (zh) 一种岩石矿物综合分析方法
CN108760654A (zh) 一种快速测定镀锡板镀层中铅元素含量的方法
Li et al. RO film-based pretreatment method for tritium determination by LSC
CN107402277A (zh) 复方桔梗麻黄碱糖浆的质量控制方法
CN104280370A (zh) 一种高效、准确检测工业碳酸锶主含量的方法
CN105466901A (zh) 一种测定高锆砖中主成分含量的方法
CN110491531A (zh) 锆基体去除工艺及采用该工艺的燃耗测量方法
Spencer et al. Refinement of Pu parent–daughter isotopic and concentration analysis for forensic (dating) purposes
CN110261209A (zh) 砂岩样品中钍的分离富集方法和钍的α能谱测试法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant