一種鈾含量的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種放射性物質的定量測量方法。為解決現(xiàn)有緩發(fā)中子衰減技術鈾含量測量在樣品鈾含量較高時會造成緩發(fā)中子計數(shù)丟失，或在樣品鈾含量過低時導致緩發(fā)中子計數(shù)統(tǒng)計不足，使鈾含量的測量結果產生較大偏差的問題，并確保測量速度和準確性，本發(fā)明提供了一種鈾含量的測定方法，包括以下步驟：一、獲得已知鈾含量的樣品輻照后緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化；二、對其進行曲線擬合；三、歸一化得到緩發(fā)中子標準衰減曲線；四、測量待測樣品緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化；五、用相對比較法對待測樣品的鈾含量進行定量分析。采用本發(fā)明的測定方法，能夠解決由于樣品鈾含量較高和緩發(fā)中子計數(shù)統(tǒng)計不足造成的鈾含量測量結果偏差較大的問題。
【專利說明】一種鈾含量的測定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種放射性物質的定量測量方法，特別涉及一種鈾含量的測定方法?！颈尘凹夹g】
[0002]鈾是核工業(yè)中極為重要的一種基礎資源，尤其對于核能的開發(fā)和利用，是必不可少的原料。在核能利用和整個核燃料循環(huán)中，鈾含量的測定始終是十分重要的?，F(xiàn)在有多種測定鈾含量的方法，如質譜分析、光譜分析、熒光分析和化學分析等，但是它們大多需要對樣品進行預處理，分析周期長。
[0003]可裂變核(如235U)在接受一個熱中子時產生裂變，部分裂變產物會發(fā)生β衰變，生成與其穩(wěn)定同位素相比豐中子的子核。當子核的激發(fā)能大于中子束縛能時，就緊接著β衰變發(fā)射一個中子，這種中子相對于裂變反應產生的瞬發(fā)中子而言可稱為緩發(fā)中子。緩發(fā)中子的先驅核很多，將半衰期相近的歸為一組，緩發(fā)中子組的半衰期在0.2秒至56秒之間。而通過中子對可裂變核進行輻照，并根據(jù)可裂變核發(fā)射的緩發(fā)中子計數(shù)率的情況對可裂變物質進行的分析，可被稱為緩發(fā)中子衰減技術。利用緩發(fā)中子衰減技術可實現(xiàn)鈾含量的靈敏、快速、無損、準確的測定，通常分析一個鈾樣品的時間少于3分鐘，適合大規(guī)模鈾礦資源普查等樣品數(shù)量很多的樣品分析。
[0004]目前能查閱到的文獻大多數(shù)是利用235U裂變反應產生的緩發(fā)中子的衰減特點，固定輻照時間(一般為60秒)、衰減時間(一般為30秒)和測量時間(一般為60秒)，對鈾含量進行測量。例如:1989年2月出版的《地質地球化學》第57-59頁公開的“用緩發(fā)中子技術測量鈾釷的含量”;1985年出版的《核技術》雜志第2期公開的“一個用緩發(fā)中子計數(shù)法測鈾的測量裝置”，這些文獻中均采用緩發(fā)中子衰減技術來實現(xiàn)地質樣品中鈾含量的測量。
[0005]2013 年出版的《Journal of Rad1analytical Nuclear Chemistry))第 298 卷1819-1822 頁的“Delayed-neutron activat1n analysis at NIST” 中介紹了用緩發(fā)中子計數(shù)法測量235U含量的方法，該方法也只涉及了鈾含量很少的地質、環(huán)境等標準物質中鈾含量的測量。
[0006]但是當未知樣品鈾含量較高時，在固定的測量時間內緩發(fā)中子測量系統(tǒng)由于計數(shù)率過高，導致系統(tǒng)達到飽和，因此會造成緩發(fā)中子計數(shù)丟失，使鈾含量的測量結果產生較大偏差。如果通過縮短照射時間、加長冷卻時間以解決緩發(fā)中子計數(shù)丟失的問題，由于涉及放射性操作，因此在對大量樣品進行測量時，就會嚴重影響測量速度。
[0007]另外，當未知樣品鈾含量過低時，采用現(xiàn)有的緩發(fā)中子衰減技術對鈾含量進行測量將導致緩發(fā)中子計數(shù)統(tǒng)計不足，同樣會造成鈾含量的測量結果產生較大偏差。

【發(fā)明內容】

[0008]為解決現(xiàn)有緩發(fā)中子衰減技術鈾含量測量在樣品鈾含量較高時會造成緩發(fā)中子計數(shù)丟失，或在樣品鈾含量過低時導致緩發(fā)中子計數(shù)統(tǒng)計不足，使鈾含量的測量結果產生較大偏差的問題，并確保測量速度和準確性，本發(fā)明提供了一種鈾含量的測定方法。該方法包括以下步驟:
[0009]一、在一定反應堆輻照條件下，利用反應堆中子輻照已知鈾含量的樣品一定時間，然后測量并記錄緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化；
[0010]二、對輻照后已知鈾含量的樣品緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化進行擬合，得到緩發(fā)中子隨時間的衰減曲線；
[0011]三、根據(jù)已知鈾含量的樣品中鈾的質量對步驟二得到的緩發(fā)中子隨時間的衰減曲線進行歸一化，得到單位時間單位質量的緩發(fā)中子標準衰減曲線；
[0012]四、采用與步驟一相同的反應堆輻照條件和輻照時間，利用反應堆中子輻照待測樣品，然后測量并記錄待測樣品緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化；
[0013]五、根據(jù)步驟三得到的單位時間單位質量的緩發(fā)中子標準衰減曲線和步驟四得到的待測樣品緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化，用相對比較法對待測樣品的鈾含量進行定量分析。
[0014]其中，步驟一和步驟四的操作可同時進行；步驟二中所述緩發(fā)中子隨時間的衰減曲線可以采用指數(shù)形式。
[0015]本發(fā)明的測定方法通過引入單位時間單位質量的緩發(fā)中子標準衰減曲線，一方面解決了緩發(fā)中子衰減技術鈾含量測量在樣品鈾含量較高時造成緩發(fā)中子計數(shù)丟失，使鈾含量的測量結果產生較大偏差的問題；另一方面，當樣品鈾含量較低時，同樣由于引入了單位時間單位質量的緩發(fā)中子標準衰減曲線，因此也解決了由于緩發(fā)中子計數(shù)統(tǒng)計不足造成的鈾含量測量結果偏差較大的問題。另外，由于數(shù)據(jù)處理部分可由計算機快速執(zhí)行，因此本發(fā)明的測定方法能夠實現(xiàn)待測樣品鈾含量的快速、準確分析。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發(fā)明的實施方式做進一步的說明。
[0017]實施例1
[0018]使用濃縮235U含量分別為26.43微克和U含量未知的樣品1，打入30kW微型反應堆的垂直孔道照射60s，把樣品送回到緩發(fā)中子探測器中測量緩發(fā)中子120秒。緩發(fā)中子探測器為3He正比計數(shù)器，多道采用DSA-1000數(shù)字譜儀，工作在多路定標(MCS)模式，MCS間隔時間設為Is。
[0019]用指數(shù)函數(shù)對235U含量為26.43微克樣品的緩發(fā)中子計數(shù)與235U含量進行擬合，歸一化得到的擬合函數(shù)為 f (X) = 308.l*exp (-0.2132*χ)+147.5*exp (_0.03065*χ)。樣品 I剛出堆緩發(fā)中子計數(shù)率很大，超過探測系統(tǒng)所容納的計數(shù)率，有計數(shù)丟失，27秒后緩發(fā)中子按指數(shù)衰減。選取27-100秒作為緩發(fā)中子有效計數(shù)時間，標準曲線、樣品I在這段時間的計數(shù)分別為1924、397493，那么樣品I中235U含量為397493/1924 = 206.60微克。
[0020]實施例2
[0021]使用濃縮235U含量分別為26.43微克和U含量未知的樣品2，打入30kW微型反應堆的垂直孔道照射60s，把樣品送回到緩發(fā)中子探測器中測量緩發(fā)中子120秒。緩發(fā)中子探測器為3He正比計數(shù)器，多道采用DSA-1000數(shù)字譜儀，工作在多路定標(MCS)模式，MCS間隔時間設為Is。
[0022]用指數(shù)函數(shù)對235U含量為26.43微克樣品的緩發(fā)中子計數(shù)與235U含量進行擬合，歸一化得到的擬合函數(shù)為 f (X) = 308.l*exp (-0.2132*χ)+147.5*exp (_0.03065*χ)。樣品 2出堆后緩發(fā)中子計數(shù)率最大為1677，遠低于探測系統(tǒng)所容納的計數(shù)率，計數(shù)隨時間指數(shù)衰減。選取2-70秒作為緩發(fā)中子有效計數(shù)時間，標準曲線、樣品2在這段時間的計數(shù)分別為5076、25579，那么樣品 2 中 235U 含量為 25579/5076 = 5.04 微克。
【權利要求】
1.一種鈾含量的測定方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 一、在一定反應堆輻照條件下，利用反應堆中子輻照已知鈾含量的樣品一定時間，然后測量并記錄緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化； 二、對輻照后已知鈾含量的樣品緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化進行擬合，得到緩發(fā)中子隨時間的衰減曲線； 三、根據(jù)已知鈾含量的樣品中鈾的質量對步驟二得到的緩發(fā)中子隨時間的衰減曲線進行歸一化，得到單位時間單位質量的緩發(fā)中子標準衰減曲線； 四、采用與步驟一相同的反應堆輻照條件和輻照時間，利用反應堆中子輻照待測樣品，然后測量并記錄待測樣品緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化； 五、根據(jù)步驟三得到的單位時間單位質量的緩發(fā)中子標準衰減曲線和步驟四得到的待測樣品緩發(fā)中子計數(shù)率隨時間的變化，用相對比較法對待測樣品的鈾含量進行定量分析。
2.如權利要求1所述的鈾含量的測定方法，其特征在于:步驟一和步驟四的操作同時進行。
3.如權利要求1所述的鈾含量的測定方法，其特征在于:步驟二中所述緩發(fā)中子隨時間的衰減曲線采用指數(shù)形式。
【文檔編號】G01T1/167GK104035118SQ201410290201
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】肖才錦, 倪邦發(fā), 王平生, 張貴英, 金象春 申請人:中國原子能科學研究院