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无损分析(NDA:Nondestructive assay)技术已经成为定量分析特种核材料(SNM:special nuclear materials)的重要工具,它在核材料控制与衡算(MC&A)方面以及在核保障核查工作中起着重要作用。中国原子能科学研究院核保障技术重点实验室研制分段Y扫描装置(SGS:segmented gamma-ray scanner)铀工作标准样品、SGS钚工作标准样品、钚同位素标准样品和有源中子井型符合计数装置(AWCC:ActiveWell Coincidence Counter)铀工作标准样品来满足核材料NDA测量的要求。本论文重点对上述NDA核标准样品研制过程中质量控制的一些关键技术进行了研究。 NDA标准样品是成功应用NDA技术的关键,几乎所有的NDA仪器和方法需要标准样品来进行效率刻度和各种响应校正。与化学分析即破坏性分析(DA:destructiveanalysis)相比,NDA分析具有不破坏样品、容易实现自动化、快速、简便、费用低廉和不产生放射性废物等优点。 NDA核标准样品的制备既费钱又费时。如果样品制备得不合格,不仅是时间和金钱的浪费,还会产生放射性废物,这些废物必须回收或处置。因此,制备NDA核标准样品必须非常仔细的计划,特种核材料的特性(核素的质量、成分、分布和基体)需要确切地知道。我们制定了上述四套NDA核标准样品的详细研制方案,研究了研制过程中一些重要的质量控制技术,这些研究是研制高质量的NDA核标准样品的重要基础。 AWCC铀标准样品主要是为测定铀铝合金切屑和铀炉渣中铀含量所用。根据中子测量的经验,认为做成片状较好,且铀层的厚度越薄越好,但现在所具备的制作金属铀片的条件最薄只能做到1mm厚。这种厚度是否满足要求?测定的铀裂变发射中子的符合计数率随铀层厚度的变化如何?这是设计AWCC铀标准样品必须首先解 决的问题。我们用蒙特卡罗(Monte--rri*rlo)方法,就AWCC具体条件模拟计算了铀标 准样品厚度与中子符合计数率的关系。为了最终计算出中子的符合计数率,模拟计 ;算分H个步骤进行。第一步,以AIn—Li源为中子源,计算铀的诱发裂变中子产生二 率及空间分布;第二步,以铀的诱发裂变中子为中子源,计算化根’ne管的总中子 计数率及时间分布;第三步,计算中子符合计数率。模拟计算结果表明,铀层为lin 时,与铀铝均匀分布相比,中子符合计数率相差约4%,从而证明了铀层设计lin适 合应用的要求。这种采用蒙特卡罗模拟计算指导标准样品设计,尚未见到文献报导。 对于SGS #标准样品和钎同位素标准样品,为使装容器前的IaO。不吸水,确 保分装含量准确,必须经过高温川000的鹏,但檄烧过的PUO*硼完全娜, 从而影响PuO。的峨定值。高温缎烧或赡过的PUOZ的酮是一大技掀点,也 是PllO。分析定值的关激一,这方面国内没有现成的经验。捌]在国内首贼功地 进行了催化电解娜Pll02的研究工作。以HNO溶液为电解液、AgNO。作催4fZ#IJ,恒 电流电解Pll02。实验在接近室温O0℃士3V耕下,100ng左右的PU02在3 ,J’时左 右完全溶解。该法具有溶解速度快、溶解彻底、常温、无氟(HF入低酸 (HN。)下溶 解等优点。雌能用于PuO和混合氧化物乏燃料耕的娜、怀污染废物的浸取等, 也可用于含钎标准样品的分折定值。 在制备NDA核标准样品的过程中,样品的分析定值很重要,分析定值的质量决 定标准样品的溯源性和质量。为满足SGS铀标准样品所用核材料Ups分析定值的要 求,采用硫酸亚铁还原/重铬酸钾氧化电位滴定法对三种样品进行了铀含量的测量, 在 95%置信概率下,其相对不确定度在 0.030%~0.043%之间,满足铀含量定值的 不确定度要求(<0.l%)。采用热表面电离质谱法分析了铀同位素成分,用标准样品 IMRI3ll检验分析方法正确可靠,在95%置信概率下,分析结果的总不确定度分别t 为 0.13%尸℃和 0.15%严UL满足铀同位素成分严U和一U)的相对不确定度小于 0.2%的要求。在实验验的基础上,总结了K八分析定值过程中一些质量控制问题。 [2] 多 重视基体材料和容器材料中的杂质元素含量是本工作的一个特点。杂质的控 制和全分析是获得合格NDA核标准样品的另一重要指标。为提供NDA核标准样品用 的核材料、基体材料、容器材料中杂质元素含量的有关娜,需建立杂质元素含量 的全分析方法,我崎]朋火花源质谱法分析了比q中杂质元素的含量,共获得从B 到 Th 66个杂质元素的含量数据。对硅藻士、硬铝、不锈钢、金属铜和镍样品中杂 质元素含量的分析,每个样品获得了约60个杂质元素的半定量分析结果,这些结 果