1 东华理工大学 江西省聚合物微纳制造与器件重点实验室南昌 330013
2 东华理工大学 核科学与工程学院南昌 330013
作为重要的分离和分析手段，液相色谱法主要应用在分析化学领域，而在核素分离工作中报道十分罕见。本项目基于动力学色谱理论基础，研发出一种脉冲式进样-赋能动力学色谱柱，色谱柱的填料采用粒径为0.2 mm的惰性二氧化硅，柱长为5 m，色谱分离单元约3.06万个。通过改变色谱柱外界条件，分析铀酰离子在色谱柱内的运动情况；通过水浴加热、超声波和外加磁场对色谱柱进行赋能，以提高离子相互分离的效果；在不同进样流速和温度下，研究混合核素的分离情况，得到最佳分离条件及色谱柱的动力学特性。结果表明，样品流速为4.109 mL·min-1，色谱柱加热温度为50 ℃，此时铀酰离子和钠离子的分离因数为1.185 4。以最佳分离条件进行海水提铀，得到铀和钠离子的分离因数为α=1.575，实现海水中铀和钠离子分离理论上需要20级。脉冲式进样-赋能动力学色谱柱能够高效快速地实现海水中铀的分离提取。文中采用的创新性方法，还可应用于其他核素的分离研究。
赋能 脉冲进样 时间控制分流 动力学色谱法 海水提铀 Energy-endowed Pulsed injection Time-controlled splitting Kinetic chromatography Uranium extraction from seawater
1 西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 中国原子能科学研究院，北京 102413
3 西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室，陕西 西安 710049
针对核工业辐照环境下铀等元素组分远程测量的需求，基于光纤式激光诱导击穿光谱系统，研究了铀矿石样品中铀元素谱线强度的影响因素及其定量测量方法。在实验中，采用光纤传输30 mJ脉冲激光并将其聚焦在铀矿石粉末压片上产生激光诱导等离子体，然后通过同轴光纤回传等离子体自发光。首先，研究了气氛环境对铀元素谱线的影响。结果显示：氦气气氛下铀质量分数为0.425%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比相比空气气氛下提高了1.37倍，同时，氦气气氛下铀质量分数为0.0726%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比达到了8.9。其次，根据谱线信噪比、信背比和净强度将系统的探测延时优化至1000 ns。最后，提出了一种基于内标法原理的多元线性定标方法，通过引入基质元素与铀的谱线比值进行回归，使得铀的检测限达到142 mg/kg，定量限达到426 mg/kg。与基于谱线峰值的单变量回归方法相比，所提多元线性定标方法将铀元素的定标决定系数R2从0.9711提升到0.9984，均方根误差从0.200%减小到0.0404 %。本文方法和研究结果可为铀元素含量的测量提供技术支撑。
光谱学 激光诱导击穿光谱 铀矿 元素检测 多元定标法
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
3 广西师范大学桂林 541004
在氟化物熔盐相直接将UF6中转化为UF4是熔盐堆燃料盐的合成及重构的候选工艺之一。其中，UF3是该工艺过程的重要中间产物，其含量是开展工艺研究的关键参数之一。本文采用X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）内标法测量氟化物体系中的UF3含量，分析了不同组分的固态熔盐样品，建立了UF3含量的测量分析方法。首先以刚玉（α-Al2O3）为内标，获得了UF3在1.00~10.00 wt%含量范围时，LiF-BeF2-UF3熔盐的XRD峰高度内标曲线（R=0.986）和峰面积内标曲线（R=0.995）。然后应用这两条内标曲线测量已知含量的LiUF5和UF3固体混合样品，结果表明峰面积内标曲线具有更好的准确度，测量相对误差不大于8.7%。最后分别对快速冷却的LiF-BeF2-UF3固态熔盐样品和自然冷却的LiF-BeF2-UF3-LiUF5固态熔盐样品进行测量，测量结果的相对误差不大于5.4%。以上结果表明：本文建立的XRD内标法可以用于混合氟盐样品的UF3分析，并具有较好的测量精度和重复性。
三氟化铀 X射线衍射 内标法 定量分析 液态燃料 UF3 X-ray diffraction Internal standard method Quantitative determination Liquid fuel
地学核技术四川省重点实验室（成都理工大学）成都 610059
定向获取放射性待测体中放射性元素含量或放射性活度是地质勘查和放射性污染调查的一项重要工作。在定向γ辐射取样过程中，非待测体区域γ射线对测量结果形成极大干扰。本文基于同一放射性衰变系列中高、低能量γ射线在溴化铈闪烁探测器铅屏蔽层中线性衰减系数的差异，设计了一种溴化铈闪烁探测器双能定向γ辐射取样探头。当以214Bi放出的0.609 MeV、1.764 MeV γ射线为探测对象时，使用蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）数值模拟得出双能定向γ辐射取样探头的最佳铅屏蔽层厚度为6 mm，定向比例系数为a=0.268、A=0.451。经4种干扰辐射体蒙特卡罗数值模拟和两个镭源物理实验验证表明，采用该定向比例系数得到的双能γ辐射探头铅屏蔽张角以内0.609 MeV的γ射线计数值与MC模拟值的平均相对误差为0.63%；经两个镭源物理实验验证表明，张角以内的0.609 MeV γ射线计数值与实测值的相对误差为±2.52%以内。在放射性混合标准模型和三个放射性模型上进行双能定向γ辐射取样结果表明，设计的新型双能定向γ辐射取样探头具有定向γ辐射取样功能，实测模型中铀含量与模型推荐值的相对误差均小于5%。
双能定向γ辐射取样技术 铀矿勘查 定向比例系数 Dual-energy targeted gamma radiation sampling technique Uranium exploration Directional proportionality coefficient
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
医用同位素生产水溶液堆（Medical Isotope Production aqueous Reactor，MIPR）具有尺寸小、功率低和固有安全性高等优点，是99Mo和其他医用同位素生产的较佳候选堆型之一。本文重点研究低富集铀启堆模式下的提取方式以及处理能力对MIPR生产99Mo效率的影响。采用SCALE6.1蒙特卡罗程序、ENDF/B-Ⅶ 238群数据库进行计算。首先，根据已有的实验数据对MIPR中子学计算方法进行了验证，并对堆芯设计进行了中子学优化。然后，根据优化的堆芯模型对不同提取方式以及处理能力下的99Mo生产效率进行了研究，确定了可实现临界的铀浓度与富集度范围。结果表明：在不同富集度下存在最小临界质量，且随235U富集度的增加，最小临界铀质量时的铀浓度减小；有效倍增因子随硝酸浓度增加线性减小，相应的硝酸反应性系数约为-1.400×10-2 L·mol-1；随着铀浓度的增加，空泡和温度反应性系数减小，对应反应性系数分别约在（-100 ? -250）×10-3 ℃-1和（-18 ? -30）×10-5 ℃-1范围。MIPR生产99Mo的效率在线提取方式略高于离线批处理方式，5 d生产周期下，生产效率提高约16%。后处理能力对在线提取方式的生产效率影响较大，5 d生产周期下，后处理速率提高5倍，生产效率提高约113%。
水溶液堆 医用同位素 铀质量 99Mo 反应性系数 Aqueous reactor Medical isotopes Uranium mass 99Mo Reactivity coefficient 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(2): 020202
1 西南科技大学极端条件物质特性联合实验室, 四川 绵阳 621010
2 西南科技大学理学院, 四川 绵阳 621010
3 陆军勤务学院教研保障中心, 重庆 401331
为促进LIBS技术在微量重金属元素检测以及核污染检测领域的应用, 提高检测灵敏度和准确性, 采用了激光双脉冲LIBS技术和光电双脉冲LIBS技术, 分别对土壤和二氧化硅中的铀元素进行分析。 首先, 对激光脉冲能量、 电压和采集延时等参数进行优化, 提高铀元素特征谱线的强度和信噪比; 然后在优化实验参数条件下, 对含不同浓度铀元素的土壤样品和二氧化硅样品进行激发; 选取UII 367.01 nm、 UII 454.36 nm两条铀元素的特征谱线作为分析线, 通过铀元素浓度与特征谱线强度的线性关系, 建立定标曲线。 双脉冲激光激发条件为: 激光脉冲1作为预脉冲, 主要参数为1 064 nm, 90 mJ, 9.2 ns, 激光脉冲2作为再加热脉冲, 主要参数为355 nm, 50 mJ, 8 ns, 两个脉冲的时间间隔800 ns, 光谱采集相对第二个脉冲延时1 μs, 得到铀元素在土壤和二氧化硅两种样品中的浓度检测下限分别为572和110 mg·kg-1, 拟合优度值R2分别为0.958和0.999。 在光电双脉冲激发条件下, 激光脉冲作为预脉冲, 主要参数为355 nm, 50 mJ, 8 ns, 高压电脉冲作为再加热脉冲, 主要参数为3 900 V、 方波、 脉宽50 μs, 两个脉冲的时间间隔1 μs, 得到铀元素在土壤和二氧化硅两种样品中的浓度检测限分别为108和64 mg·kg-1, 拟合优度值R2分别为0.991和0.997。 研究结果表明: 在相同激发条件下, 铀元素的特征谱线存在明显的基体效应, 在二氧化硅样品中具有更高的光谱强度、 更低的检测限和更高的拟合优度值; 相比于激光双脉冲, 光电双脉冲能显著增强铀元素特征谱线的强度、 稳定性和提高信噪比, 且光电双脉冲系统的光路更简单, 这对于LIBS技术的发展以及应用具有重要参考意义。 该研究方法和研究结果可为土壤重金属污染检测、 核泄漏时土壤和气溶胶的应急监测提供技术支持。
光谱学 激光诱导击穿光谱 激光双脉冲技术 光电双脉冲技术 铀元素 Spectroscopy Laser-induced breakdown spectroscopy Laser double-pulse technology Photoelectric double-pulse technology Uranium
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(1): 010101
西南科技大学环境与资源学院, 四川 绵阳 621010
通过在土壤中添加浓度为0(对照组), 25, 75, 125, 175, 275, 375和485 μg·g-1的铀, 进行5种植物(苎麻、 印度芥菜、 酸模、 甘蓝型油菜、 玉米)的盆栽实验, 研究了不同生长期的叶片光谱角对土壤铀污染的定性和定量指示作用, 分析了定量指示作用与叶片铀含量的关系, 并筛选出来在苗期即能反演土壤铀含量的植物, 为通过野外实测植物叶片光谱快速、 安全地进行土壤铀含量的本底调查和动态监测提供了有效的途径。 更重要的是, 以该叶片尺度的研究为基础, 后续可以开展在冠层尺度采用遥感影像进行大面积土壤铀污染监测的相关研究。 实验结果与主要结论如下: (1)以实验植物在不同生长期的实测叶片反射光谱为基础, 计算了土壤受到铀污染后, 在五个波段区间(表征叶片色素的350~716 nm、 表征红边和近红外平台的717~975 nm、 表征水分的976~1 265, 1 266~1 770和1 771~2 500 nm)的光谱角。 以盆为单位统计5种实验植物在13个生长期的光谱角, 绝大多数情况下均大于阈值。 叶片光谱角对铀产生了350~2 500 nm的全面响应, 可以定性指示土壤是否受到铀污染。 (2)涵盖全部5种实验植物的8个生长期得到了以光谱角作为自变量、 通过显著性检验的线性回归方程。 其中7个线性回归方程的决定系数R2>0.64, 3个(苎麻-苗期、 印度芥菜-开花期和油菜-蕾薹期)的决定系数R2>0.81。 综合其他反演效果评价指标, 可以认为叶片光谱角也能定量指示土壤铀污染程度, 但定量指示作用随植物种类、 生长期的不同而不同, 其中苎麻、 印度芥菜在苗期的叶片光谱角就可以比较好地反演土壤铀含量。 (3)当叶片铀含量较高时, 其光谱角对土壤铀污染的定量指示作用较强。
叶片光谱 光谱角 土壤 铀污染 指示作用 Leaf spectrum Spectral angle Soil Uranium pollution Indicative effect 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1313
国能新朔铁路有限责任公司, 鄂尔多斯 017000
将光催化技术应用于含铀废水处理具有广阔的前景。石墨相氮化碳(g-C3N4)基催化剂因具有合适的能带结构、出色的稳定性以及光电性能, 成为了研究最多的光催化除铀材料。因此本文综述了g-C3N4基材料在光催化还原除铀中的研究进展, 探讨了光催化除铀的机理、g-C3N4基光催化剂的合成技术及研究现状, 指出了g-C3N4基材料光催化还原除铀的应用挑战并展望了未来的发展前景。
石墨相氮化碳 铀 光催化 还原 去除 水处理 g-C3N4 uranium photocatalysis reduction removal water treatment
