CN114136883A - 核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统和方法，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统包括输送装置，输送装置用于输送含有多价态钚元素的溶液；光源输出的测量光波长覆盖多价态钚元素的吸收谱线，测量光被分束单元分束，输出的各束光分别入射到检测池；多个检测池包括第一检测池、第二检测池和第三检测池，测量光在第二检测池、第三检测池内的测量光程与在所述第一检测池内的光程之比分别不小于8、40；切换单元用于使分光单元分时间地接收从各个检测池出射的测量光；分光单元输出的电信号送分析单元；分析单元根据吸光光谱技术处理所述电信号，获得溶液中各价态钚元素的含量。本发明具有检测结果准确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及核元素监测，特别涉及核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统和方法。
背景技术
核燃料后处理过程中所分析的对象体系复杂，废液中存在多种放射性元素，其中钚(Pu)元素是核燃料后处理重点关注的元素之一。通常情况下，由于不同价态钚的氧化还原电位之间的差值较小，因此在硝酸环境中钚具有多种价态共存，常见的价态有Pu(III)、Pu(IV)、Pu(VI)等三种，为了实现对钚进行回收和纯化，需要对钚的价态进行控制，价态的稳定性和调价反应动力学对核燃料后处理流程的效果影响较大，为了深入了解钚元素在硝酸环境中的化学行为，需对钚在硝酸溶液中的价态分布进行研究。
目前，研究钚价态分布方法主要有离子交换、萃取、沉淀载带及多种方法联合技术，快速将不同价态的钚进行分离，但此类方法操作复杂繁琐，在调价和调酸过程中容易使钚价态发生改变，破坏已有的价态平衡，从而不能获得钚在溶液中真实的价态分布，影响测量的准确性。
另外，将毛细管电泳(CE)与电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)相结合，使该分离技术与电感耦合等离子体质谱仪的优良性能相结合，可以分离不同水样中不同价态的钚，但是操作复杂、仪器昂贵、难以在现场使用。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统包括输送装置，所述输送装置用于输送含有多价态钚元素的溶液；所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统还包括：
光源和分束单元，所述光源输出的测量光波长覆盖多价态钚元素的吸收谱线，所述测量光被所述分束单元分束，输出的各束光分别入射到检测池；
多个检测池，所述多个检测池包括第一检测池、第二检测池和第三检测池，所述测量光在所述第二检测池、第三检测池内的测量光程与在所述第一检测池内的光程之比分别不小于8、40；所述第三检测池包括第一流体管，所述第一流体管具有第一进口、第一流体通道和第一出口，所述第一进口连接所述输送装置，进入所述第一流体通道内的测量光在所述第一流体管管壁上的折射角等于90度；
切换单元，所述切换单元用于使分光单元分时间地接收从各个检测池出射的测量光；
分光单元，所述分光单元输出的电信号送分析单元；
分析单元，所述分析单元根据吸光光谱技术处理所述电信号，获得溶液中各价态钚元素的含量。
本发明的另一目的在于提供了核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法为：
光源发出的测量光分束，所述测量光的波长覆盖多价态钚元素的吸收谱线；
切换单元使分光单元分时间地接收从多个检测池出射的测量光，检测池内通入待测溶液；所述多个检测池包括第一检测池、第二检测池和第三检测池，所述测量光在所述第二检测池、第三检测池内的测量光程与在所述第一检测池内的光程之比分别不小于8、40；所述第三检测池包括第一流体管，所述第一流体管具有第一进口、第一流体通道和第一出口，所述第一进口连接输送装置，进入所述第一流体通道内的测量光在所述第一流体管管壁上的折射角等于90度；
分光单元输出的电信号送分析单元；
分析单元根据吸光光谱技术处理所述电信号，获得溶液中各价态钚元素的含量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
为了适应钚元素溶液中不同价态钚元素含量差别很大的特点，针对地设计了检测池，使得光程从厘米量级增大的米量级，从而使得无损的吸收光谱技术应用于多价态钚元素的检测中，从而取得了以下技术优势；
1.检测结果准确；
采用吸收光谱技术分析多价态钚元素，检测快速、高精度；
使用特殊设计的检测池，使得测量光在检测池内的光程之比达到10倍甚至100倍及更多，从而将检测灵敏度提高十倍、百倍甚至更高，可以实现对含量极低的钚元素进行检测；
利用输送装置减少了检测池中的气泡，还实现了检测池的在线清洗，进一步提高了检测准确度；
2.检测过程简单，无失真；
检测过程无需对样品前处理，无失真。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统的结构示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1给出了本发明实施例的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统的结构示意图，如图1所示，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统包括：
输送装置，如泵、阀和管路的组合，所述输送装置用于含有多价态钚元素的溶液输送至检测池；
光源11和分束单元21，所述光源11输出的测量光波长覆盖多价态钚元素的吸收谱线，所述测量光被所述分束单元21分束，输出的各束光分别入射到检测池；分束单元是本领域的现有技术，如反射镜、透反镜的组合使用，光纤分束器等；
多个检测池，所述多个检测池包括第一检测池31、第二检测池32和第三检测池33，所述测量光在所述第二检测池32、第三检测池33内的测量光程与在所述第一检测池31内的光程之比分别不小于8、40；所述第三检测池33包括第一流体管，所述第一流体管具有第一进口、第一流体通道和第一出口，所述第一进口连接所述输送装置，进入所述第一流体通道内的测量光在所述第一流体管管壁上的折射角等于90度，使得测量光仅在第一流体管的内部如容器内传输，而不会射出所述第一流体管，确保测量光具有长光程；
切换单元61，所述切换单元61用于使分光单元41分时间地接收从各个检测池出射的测量光；
分光单元41，所述分光单元41输出的电信号送分析单元51；
分析单元51，所述分析单元51根据吸光光谱技术处理所述电信号，获得溶液中各价态钚元素的含量。
为了实现长光程，进一步地，所述第二检测池32包括第二流体管，所述第二流体管具有第二进口、第二流体通道和第二出口，所述第二进口连接所述输送装置，进入所述第二流体通道内的测量光在所述第二流体管管壁上的折射角等于90度，使得测量光仅在第一流体管的内部如容器内传输，而不会射出所述第一流体管，确保测量光具有长光程。
为了使测量光在流体内的流体通道具有更长的光程，进一步地，所述第一流体管和第二流体管分别采用柔性材料，弯曲的流体管能够使在有限体积内增大测量光光程。
为了将待测容器、参比液和清洗液等液体送入检测池，进一步地，所述输送装置包括：
多通道选向阀，所述多通道选向阀的端口分别连接容器；
第一泵，所述第一泵的输入端连接所述多通道选向阀的公共端，输出端连接切换阀；
切换阀，所述切换阀的端口分别连接样品容器和各个检测池。
为了降低检测池内溶液中的气泡以提高检测准确度，进一步地，所述输送装置还包括：
样品池，所述样品池的入口和出口分别连通所述切换阀的端口；
第二泵，所述第二泵用于在所述切换阀切换后连通所述样品池和所述样品容器。
为了使同一时刻，仅有一个检测池的(测量的)出射光进入分光单元，进一步地，所述切换单元设置在所述分束单元和多个检测池之间的光路上，使得测量光选择性地进入各个检测池；或者，所述切换单元设置在多个检测值和分光单元之间的光路上，使得从多个检测池同时出射的测量光选择性地进入所述分光单元。
本发明实施例的核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法为：
光源11发出的测量光分束，所述测量光的波长覆盖多价态钚元素的吸收谱线；
切换单元61使分光单元41分时间地接收从多个检测池出射的测量光，检测池内通入待测溶液；所述多个检测池包括第一检测池31、第二检测池32和第三检测池33，所述测量光在所述第二检测池32、第三检测池33内的测量光程与在所述第一检测池内的光程之比分别不小于8、40；所述第三检测池包括第一流体管，所述第一流体管具有第一进口、第一流体通道和第一出口，所述第一进口连接输送装置，进入所述第一流体通道内的测量光在所述第一流体管管壁上的折射角等于90度；
分光单元41输出的电信号送分析单元51；
分析单元51根据吸光光谱技术处理所述电信号，获得溶液中各价态钚元素的含量。
为了做到无损测量以提高检测准确度，进一步地，无需化学反应的待测溶液送所述多个检测池。
为了使同一时刻，仅有一个检测池的(测量的)出射光进入分光单元，进一步地，所述切换单元设置在所述分束单元和多个检测池之间的光路上，使得测量光选择性地进入各个检测池；或者，所述切换单元设置在多个检测值和分光单元之间的光路上，使得从多个检测池同时出射的测量光选择性地进入所述分光单元。
为了降低检测池内溶液中的气泡以提高检测准确度，进一步地，待测溶液通入检测池的方式为：
切换阀切换，第二泵工作，样品容器内的待测液体进入样品池，所述样品池的入口和出口分别连通所述切换阀的端口；
切换阀切换，第一泵工作，推动所述样品池内的待测溶液分别进入各个检测池。
实施例2：
根据本发明实施例1的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统和方法的应用例。
在本应用例中，如图1所示，光源11采用卤-氘灯，输出的测量光波长范围为190-1100nm，覆盖了多价态钚元素的吸收谱线，如Ⅲ价态选择的吸收谱线是600nm，Ⅳ价态选择的吸收谱线是474nm，Ⅵ价态选择的吸收谱线是828nm；光源11输出的测量光被耦合进光纤；分束单元21采用光纤分束器，使得测量光被分为三束，分别入射到检测池；切换单元61采用斩光器，使得同一时刻三束光中仅有一束穿过对应的检测池；
多个检测池包括第一检测池31、第二检测池32和第三检测池33，第一检测池31采用比色皿，测量光在第一检测池31内的测量光程是1cm；第二检测池32和第三检测池33均擦用柔性材料制成的液体管，液体管具有进口和出口，进口连通输送装置，出口连通废液容器，分束后的测量光分别进入液体管内的待测液体内，在液体管管壁上折射角为90度，使得测量光进入待测液体内传输，不会射出液体管，测量光在第一检测池31内的光程为10cm，在第三检测池33内的光程为50cm；
各个检测池的出射光通过光纤耦合进分光单元41，分光单元41采用光谱仪，光谱仪输出的电信号送分析单元51，分析单元51根据电信号得到不同检测池内的不同价态(检测池与价态对应，不同价态钚元素的测量使用不同的检测池，吸收越弱，对应的检测池的光程越长)的钚元素对测量光的选择性吸收而导致的衰减，再利用吸收光谱技术处理测量光的衰减，从而获得多价态钚元素的含量；
输送装置包括多通道选向阀、第一泵、第二泵、切换阀和样品池；多通道选向阀的端口分别连接容器，包括参比液容器、清洗液容器；第一泵的输入端连接所述多通道选向阀的公共端，输出端连接切换阀；切换阀的端口分别连接样品容器和各个检测池。样品池的入口和出口分别连通所述切换阀的端口；第二泵用于在所述切换阀切换后连通所述样品池和所述样品容器。
本发明实施例的核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法，也即根据本实施例的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统的工作方法，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法为：
光源11发出的测量光分束，所述测量光的波长覆盖多价态钚元素的吸收谱线；
切换单元61使分光单元41分时间地接收从多个检测池出射的测量光，检测池内通入待测溶液；所述多个检测池包括第一检测池31、第二检测池32和第三检测池33，所述测量光在所述第二检测池32、第三检测池33内的测量光程与在所述第一检测池31内的光程之比分别不小于8、40；所述第三检测池33包括第一流体管，所述第一流体管具有第一进口、第一流体通道和第一出口，所述第一进口连接输送装置，进入所述第一流体通道内的测量光在所述第一流体管管壁上的折射角等于90度；
分光单元41输出的电信号送分析单元51；
分析单元51根据吸光光谱技术处理所述电信号，获得溶液中各价态钚元素的含量；
上述过程中，待测溶液通入检测池的方式为：
切换阀切换，第二泵工作，样品容器内的待测液体进入样品池，所述样品池的入口和出口分别连通所述切换阀的端口；
切换阀切换，第一泵工作，推动所述样品池内的待测溶液分别进入各个检测池。
实施例3：
根据本发明实施例1的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统和方法的应用例，与实施例2不同的是：
切换单元设置在检测池和分光单元之间的光路上，使得从单个检测池同时出射的测量光选择性地进入分光单元。
Claims (10)
1.核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统包括输送装置，所述输送装置用于输送含有多价态钚元素的溶液；其特征在于，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统还包括：
光源和分束单元，所述光源输出的测量光波长覆盖多价态钚元素的吸收谱线，所述测量光被所述分束单元分束，输出的各束光分别入射到检测池；
多个检测池，所述多个检测池包括第一检测池、第二检测池和第三检测池，所述测量光在所述第二检测池、第三检测池内的测量光程与在所述第一检测池内的光程之比分别不小于8、40；所述第三检测池包括第一流体管，所述第一流体管具有第一进口、第一流体通道和第一出口，所述第一进口连接所述输送装置，进入所述第一流体通道内的测量光在所述第一流体管管壁上的折射角等于90度；
切换单元，所述切换单元用于使分光单元分时间地接收从各个检测池出射的测量光；
分光单元，所述分光单元输出的电信号送分析单元；
分析单元，所述分析单元根据吸光光谱技术处理所述电信号，获得溶液中各价态钚元素的含量。
2.根据权利要求1所述的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统，其特征在于，所述第二检测池包括第二流体管，所述第二流体管具有第二进口、第二流体通道和第二出口，所述第二进口连接所述输送装置，进入所述第二流体通道内的测量光在所述第二流体管管壁上的折射角等于90度。
3.根据权利要求2所述的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统，其特征在于，所述第一流体管和第二流体管分别采用柔性材料。
4.根据权利要求1所述的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统，其特征在于，所述输送装置包括：
多通道选向阀，所述多通道选向阀的端口分别连接容器；
第一泵，所述第一泵的输入端连接所述多通道选向阀的公共端，输出端连接切换阀；
切换阀，所述切换阀的端口分别连接样品容器和各个检测池。
5.根据权利要求4所述的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统，其特征在于，所述输送装置还包括：
样品池，所述样品池的入口和出口分别连通所述切换阀的端口；
第二泵，所述第二泵用于在所述切换阀切换后连通所述样品池和所述样品容器。
6.根据权利要求1所述的核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统，其特征在于，所述切换单元设置在所述分束单元和多个检测池之间的光路上，使得测量光选择性地进入各个检测池；或者，所述切换单元设置在多个检测值和分光单元之间的光路上，使得从多个检测池同时出射的测量光选择性地进入所述分光单元。
7.核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法，所述核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法为：
光源发出的测量光分束，所述测量光的波长覆盖多价态钚元素的吸收谱线；
切换单元使分光单元分时间地接收从多个检测池出射的测量光，检测池内通入待测溶液；所述多个检测池包括第一检测池、第二检测池和第三检测池，所述测量光在所述第二检测池、第三检测池内的测量光程与在所述第一检测池内的光程之比分别不小于8、40；所述第三检测池包括第一流体管，所述第一流体管具有第一进口、第一流体通道和第一出口，所述第一进口连接输送装置，进入所述第一流体通道内的测量光在所述第一流体管管壁上的折射角等于90度；
分光单元输出的电信号送分析单元；
分析单元根据吸光光谱技术处理所述电信号，获得溶液中各价态钚元素的含量。
8.根据权利要求7所述的核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法，其特征在于，无需化学反应的待测溶液送所述多个检测池。
9.根据权利要求7所述的核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法，其特征在于，所述切换单元设置在所述分束单元和多个检测池之间的光路上，使得测量光选择性地进入各个检测池；或者，所述切换单元设置在多个检测值和分光单元之间的光路上，使得从多个检测池同时出射的测量光选择性地进入所述分光单元。
10.根据权利要求7所述的核燃料后处理中多价态钚元素的检测方法，其特征在于，待测溶液通入检测池的方式为：
切换阀切换，第二泵工作，样品容器内的待测液体进入样品池，所述样品池的入口和出口分别连通所述切换阀的端口；
切换阀切换，第一泵工作，推动所述样品池内的待测溶液分别进入各个检测池。
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| CN202111389869.6A CN114136883A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 核燃料后处理中多价态钚元素的检测系统和方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115406995A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-11-29 | 中国核动力研究设计院 | 用于核燃料燃耗分析及裂变产物制备的装置、方法及应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63159736A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ウランまたはプルトニウムの濃度測定方法 |
| CN103196935A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-07-10 | 中国原子能科学研究院 | 台架实验1ap中铀钚在线测量装置 |
| WO2014009379A1 (fr) * | 2012-07-10 | 2014-01-16 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede et dispositif d'analyse micro-fluidique, notamment d'uranium et de plutonium dans des echantillons radioactifs. |
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| CN111640520A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-09-08 | 中国原子能科学研究院 | 一种在热室内调节镎、钚价态的装置及方法 |
-
2021
- 2021-11-22 CN CN202111389869.6A patent/CN114136883A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115406995A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-11-29 | 中国核动力研究设计院 | 用于核燃料燃耗分析及裂变产物制备的装置、方法及应用 |
| CN115406995B (zh) * | 2022-09-13 | 2023-10-20 | 中国核动力研究设计院 | 用于核燃料燃耗分析及裂变产物制备的装置、方法及应用 |
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