CN115755146A - 一种高放废液中243Am含量的分析方法 - Google Patents

一种高放废液中243Am含量的分析方法 Download PDF

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刘晓霞
牟凌
曾巧巧
李广雯
张艳君
杨立江
马小燕
杨松涛
马小军
陈珺
米文光
刁妍红
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Abstract

本发明涉及后处理分析技术领域，尤其是涉及一种高放废液中243Am含量的分析方法，包括以下步骤：S1.取高放废液进行稀释，获得待测样品；S2.测量待测样品中241Am的放射性活性浓度；S3.加入氨基磺酸亚铁摇匀，随后加入TPRO‑二甲苯溶液进行萃取，收集有机相，将有机相在酸性条件下进行反萃取，收集水相浓缩，获得浓缩液；S4.取浓缩液测量，获得241Am与243Am的同位素比值；S5.计算出待测样品中243Am的含量。本发明的技术方案操作简便、安全可靠，能够对243Am的含量进行测定，且重复性好、准确度高，具有很好的实际应用价值。

Description

一种高放废液中243Am含量的分析方法
技术领域
本发明涉及后处理分析技术领域，尤其是涉及一种高放废液中243Am含量的分析方法。
背景技术
高放废液主要是乏燃料后处理产生的高效废液、准备直接处置(一次通过式)的乏燃料及相应放射性水平的其他废液，近年来，随着核工业的发展，高放废液的处置研究也逐渐受到人们的关注，高放废液处置研究的先决条件是对废液中的化学成分、放射性核素和一些金属元素的全分析，取得完整、准确的成分数据，且乏燃料经PUREX流程提取后，产生的高效废液中仍含有大量的超铀元素和裂片元素，因此，分离提取高放废液中的重要核素具有广阔而巨大的潜在经济效益。
243Am是长期辐照钚制备超锔元素的中间产物，是在高通量反应堆中生产锫、锎、镶的原料，高放废液中243Am含量的精准测量无论是对废液处理还是核素提取都有着重大意义，由于高放废液的化学组成十分复杂，含有乏燃料中99％以上的裂变产物，导致其放射性高、毒性大，在对高放废液进行分析时首先要考虑辐射防护安全，目前，高放废液的酸及常量分析通常在热室完成。
然而，高放废液中243Am无法在热室完成分析，稀释后其含量较低，一般为微量级，很多单位也没有准确可靠的分析手段，因此，亟需对高放废液中243Am含量的分析方法开展研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高放废液中243Am含量的分析方法，该分析方法操作简便、安全可靠，能够对高放废液中243Am的含量进行测定，且重复性好、准确度高，具有很好的实际应用价值。
本发明提供的一种高放废液中243Am含量的分析方法，包括以下步骤：
S1.取高放废液进行稀释，获得待测样品；
S2.采用γ能谱仪测量待测样品中241Am的放射性活性浓度；
S3.向待测样品中加入氨基磺酸亚铁摇匀，静置，随后向待测样品中加入TPRO-二甲苯溶液进行萃取，收集有机相，将有机相在酸性条件下进行反萃取，收集水相进行浓缩，获得浓缩液；
S4.取浓缩液于热电离质谱仪上测量，获得待测样品中241Am与243Am的同位素比值；
S5.根据待测样品中241Am的放射性活性浓度、241Am与243Am的同位素比值，计算出待测样品中243Am的含量。
进一步地，步骤S1中，高放废液的稀释倍数为250-500。
进一步地，步骤S2为：
S21.测量γ能谱仪的本底，获得本底计数No；
S22.取241Am放射性活度浓度为As的标准样品于γ能谱仪上测量，获得标准样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数Ns；
S23.取待测样品于γ能谱仪上测量，获得待测样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数N；
S24.计算出待测样品中241Am的放射性活性浓度。
进一步地，步骤S24中，待测样品中241Am放射性活性浓度的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000021
其中，V为待测样品测量时的取样体积，mL；n为高放废液的稀释倍数。
进一步地，步骤S3为：
S31.取待测样品于萃取管中，加入0.2mol/L的氨基酸亚铁摇匀，静置；
S32.随后向萃取管中加入TRPO-二甲苯，萃取、离心，分离出水相I和有机相I；
S33.向有机相I中加入6mol/L的硝酸，反萃取、离心，分离出水相II和有机相II；
S34.对水相II进行加热浓缩，获得浓缩液。
通过向待测样品中加入氨基酸亚铁，将待测样品中的钚还原为三价，随后向待测样品中加入TRPO-二甲苯进行萃取、离心，将待测样品中的Am与α核素、137Cs等强γ核素分离，再在酸性条件下进行反萃取，使Am与铀、钚等α核素分离，从而提高测试结果的准确性。
进一步地，步骤S31中，静置时间为10min；
步骤S32中，萃取时间为3min，离心时间为1min。
进一步地，步骤S33中，反萃取时间为10min，离心时间为1min；
步骤S34中，加热温度为180-200℃。
进一步地，步骤S4为：取浓缩液分次滴在样品带中心，待浓缩液完全蒸干后，于热电离质谱仪上测量，获得待测样品中241Am与243Am的同位素比值。
进一步地，热电离质谱仪的真空压力小于5.0×10-8mbar，离子源真空压力小于5.0×10-7mbar。
进一步地，步骤S5中，待测样品中243Am含量的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000031
其中，
Figure BDA0003934939920000032
为待测样品中241Am的含量，R1/3为待测样品中241Am与243Am的同位素比值；
待测样品中241Am的含量的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000041
其中，c为待测样品中241Am的放射性活度浓度，a为241Am的放射比活度，1.27×1011Bq/g。
本发明的有益效果：
(1)本发明的技术方案操作简便、安全可靠，能够对高放废液中243Am的含量进行测定，且重复性好、准确度高，具有很好的实际应用价值。
(2)本发明的技术方案通过对高放废液进行稀释，降低高放废液的放射性后，再对其进行后续处理，避免工作人员受到高放废液的辐射，有效保障了工作人员的生命健康，安全可靠。
(3)本发明的技术方案通过对高放废液依次进行还原、萃取、反萃取处理，使高放废液中的Am与其他核素分离，从而提高测量结果的准确性。
(4)本发明的技术方案稳定性好，具有可重复性，在重复性条件下，六次独立测量结果的相对标准偏差优于10％。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S1.高放废液的稀释
取高放废液放入热室内，将高放废液稀释250倍，使其放射性符合手套箱防护要求，获得待测样品；
S2.待测样品中241Am放射性活性浓度的测量
S21.测量γ能谱仪的本底，测量时间为10min，获得本底计数No；
S22.取241Am放射性活度浓度为As的标准样品于γ能谱仪上测量，测量时间为10min，获得标准样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数Ns；
S23.取待测样品于γ能谱仪上测量，测量时间为10min，获得待测样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数N；
S24.计算出待测样品中241Am的放射性活性浓度，计算公式为：
Figure BDA0003934939920000051
其中，V为待测样品测量时的取样体积，mL；n为高放废液的稀释倍数；
S3.待测样品的纯化
S31.取2mL的待测样品于10mL萃取管中，加入0.3mL、0.2mol/L的氨基酸亚铁摇匀，静置10min；
S32.随后向萃取管中加入2mL的TRPO-二甲苯，萃取3min、离心1min，分离出水相I和有机相I；
S33.向有机相I中加入2mL、6mol/L的硝酸，反萃取10min、离心1min，分离出水相II和有机相II，收集水相II；
S34.重复步骤S31-S33，直至收集水相II的体积达到10mL；
S35.将步骤S34收集的水相II放置于电热板上，在180℃下加热浓缩至0.1mL，获得浓缩液；
S4.待测样品中241Am与243Am同位素比值的测量
取绝对量为25ng的浓缩液分3次滴于样品带的中心，待浓缩液完全蒸干后，将样品灯丝和电离灯丝安装在样品盘组件上，确保无导通，接着将样品盘装入离子源，开始抽真空，在真空压力小于5.0×10-8mbar、离子源真空压力小于5.0×10-7mbar时，准备测量，待样品信号稳定后，运行数据采集程序，热电离质谱仪自动给出待测样品中241Am与243Am的同位素比值；
S5.待测样品中243Am含量的测量
待测样品中243Am含量的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000061
其中，
Figure BDA0003934939920000063
为待测样品中241Am的含量，R1/3为241Am与243Am的同位素比值；
待测样品中241Am的含量的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000062
其中，c为待测样品中241Am的放射性活度浓度，a为241Am的放射比活度，1.27×1011Bq/g。
实施例2
S1.高放废液的稀释
取高放废液放入热室内，将高放废液稀释350倍，使其放射性符合手套箱防护要求，获得待测样品；
S2.待测样品中241Am放射性活性浓度的测量
S21.测量γ能谱仪的本底，测量时间为10min，获得本底计数No；
S22.取241Am放射性活度浓度为As的标准样品于γ能谱仪上测量，测量时间为10min，获得标准样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数Ns；
S23.取待测样品于γ能谱仪上测量，测量时间为10min，获得待测样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数N；
S24.计算出待测样品中241Am的放射性活性浓度，计算公式为：
Figure BDA0003934939920000071
其中，V为待测样品测量时的取样体积，mL；n为高放废液的稀释倍数；
S3.待测样品的纯化
S31.取2.5mL的待测样品于10mL萃取管中，加入0.4mL、0.2mol/L的氨基酸亚铁摇匀，静置10min；
S32.随后向萃取管中加入2.5mL的TRPO-二甲苯，萃取3min、离心1min，分离出水相I和有机相I；
S33.向有机相I中加入2.5mL、6mol/L的硝酸，反萃取10min、离心1min，分离出水相II和有机相II，收集水相II；
S34.重复步骤S31-S33，直至收集水相II的体积达到13mL；
S35.将步骤S34收集的水相II放置于电热板上，在190℃下加热浓缩至0.1mL，获得浓缩液；
S4.待测样品中241Am与243Am同位素比值的测量
取绝对量为30ng的浓缩液分4次滴于样品带的中心，待浓缩液完全蒸干后，将样品灯丝和电离灯丝安装在样品盘组件上，确保无导通，接着将样品盘装入离子源，开始抽真空，在真空压力小于5.0×10-8mbar、离子源真空压力小于5.0×10-7mbar时，准备测量，待样品信号稳定后，运行数据采集程序，热电离质谱仪自动给出待测样品中241Am与243Am的同位素比值；
S5.待测样品中243Am含量的测量
待测样品中243Am含量的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000081
其中，
Figure BDA0003934939920000083
为待测样品中241Am的含量，R1/3为241Am与243Am的同位素比值；
待测样品中241Am的含量的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000082
其中，c为待测样品中241Am的放射性活度浓度，a为241Am的放射比活度，1.27×1011Bq/g。
实施例3
S1.高放废液的稀释
取高放废液放入热室内，将高放废液稀释500倍，使其放射性符合手套箱防护要求，获得待测样品；
S2.待测样品中241Am放射性活性浓度的测量
S21.测量γ能谱仪的本底，测量时间为10min，获得本底计数No；
S22.取241Am放射性活度浓度为As的标准样品于γ能谱仪上测量，测量时间为10min，获得标准样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数Ns；
S23.取待测样品于γ能谱仪上测量，测量时间为10min，获得待测样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数N；
S24.计算出待测样品中241Am的放射性活性浓度，计算公式为：
Figure BDA0003934939920000091
其中，V为待测样品测量时的取样体积，mL；n为高放废液的稀释倍数；
S3.待测样品的纯化
S31.取3mL的待测样品于10mL萃取管中，加入0.45mL、0.2mol/L的氨基酸亚铁摇匀，静置10min；
S32.随后向萃取管中加入3mL的TRPO-二甲苯，萃取3min、离心1min，分离出水相I和有机相I；
S33.向有机相I中加入3mL、6mol/L的硝酸，反萃取10min、离心1min，分离出水相II和有机相II，收集水相II；
S34.重复步骤S31-S33，直至收集水相II的体积达到15mL；
S35.将步骤S34收集的水相II放置于电热板上，在200℃下加热浓缩至0.1mL，获得浓缩液；
S4.待测样品中241Am与243Am同位素比值的测量
取绝对量为35ng的浓缩液分5次滴于样品带的中心，待浓缩液完全蒸干后，将样品灯丝和电离灯丝安装在样品盘组件上，确保无导通，接着将样品盘装入离子源，开始抽真空，在真空压力小于5.0×10-8mbar、离子源真空压力小于5.0×10-7mbar时，准备测量，待样品信号稳定后，运行数据采集程序，热电离质谱仪自动给出待测样品中241Am与243Am的同位素比值；
S5.待测样品中243Am含量的测量
待测样品中243Am含量的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000092
其中，
Figure BDA0003934939920000102
为待测样品中241Am的含量，R1/3为241Am与243Am的同位素比值；
待测样品中241Am的含量的计算公式为：
Figure BDA0003934939920000101
其中，c为待测样品中241Am的放射性活度浓度，a为241Am的放射比活度，1.27×1011Bq/g。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.取高放废液进行稀释，获得待测样品；
S2.采用γ能谱仪测量待测样品中241Am的放射性活性浓度；
S3.向待测样品中加入氨基磺酸亚铁摇匀，静置，随后向待测样品中加入TPRO-二甲苯溶液进行萃取，收集有机相，将有机相在酸性条件下进行反萃取，收集水相进行浓缩，获得浓缩液；
S4.取浓缩液于热电离质谱仪上测量，获得待测样品中241Am与243Am的同位素比值；
S5.根据待测样品中241Am的放射性活性浓度、241Am与243Am的同位素比值，计算出待测样品中243Am的含量。
2.根据权利要求1所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，步骤S1中，高放废液的稀释倍数为250-500。
3.根据权利要求1所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，步骤S2为：
S21.测量γ能谱仪的本底，获得本底计数No；
S22.取241Am放射性活度浓度为As的标准样品于γ能谱仪上测量，获得标准样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数Ns；
S23.取待测样品于γ能谱仪上测量，获得待测样品的γ能谱图，记录241Am、59.5keV的测量计数N；
S24.计算出待测样品中241Am的放射性活性浓度。
4.根据权利要求3所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，步骤S24中，待测样品中241Am放射性活性浓度的计算公式为：
Figure FDA0003934939910000011
其中，V为待测样品测量时的取样体积，mL；n为高放废液的稀释倍数。
5.根据权利要求1所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，步骤S3为：
S31.取待测样品于萃取管中，加入0.2mol/L的氨基酸亚铁摇匀，静置；
S32.随后向萃取管中加入TRPO-二甲苯，萃取、离心，分离出水相I和有机相I；
S33.向有机相I中加入6mol/L的硝酸，反萃取、离心，分离出水相II和有机相II；
S34.对水相II进行加热浓缩，获得浓缩液。
6.根据权利要求5所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，步骤S31中，静置时间为10min；
步骤S32中，萃取时间为3min，离心时间为1min。
7.权利要求6任一所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，步骤S33中，反萃取时间为10min，离心时间为1min；
步骤S34中，加热温度为180-200℃。
8.根据权利要求1所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，步骤S4为：取浓缩液分次滴在样品带中心，待浓缩液完全蒸干后，于热电离质谱仪上测量，获得待测样品中241Am与243Am的同位素比值。
9.根据权利要求8所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，热电离质谱仪的真空压力小于5.0×10-8mbar，离子源真空压力小于5.0×10-7mbar。
10.根据权利要求1所述的高放废液中243Am含量的分析方法，其特征在于，步骤S5中，待测样品中243Am含量的计算公式为：
Figure FDA0003934939910000031
其中，ρ241Am为待测样品中241Am的含量，R1/3为待测样品中241Am与243Am的同位素比值；
待测样品中241Am的含量的计算公式为：
Figure FDA0003934939910000032
其中，c为待测样品中241Am的放射性活度浓度，a为241Am的放射比活度，1.27×1011Bq/g。
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