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~(93)Zr的放化分离和分析方法研究

杨金玲  
【摘要】: ~(93)Zr是纯β长寿命放射性核素,β粒子能量为60.6 keV(97.5%)和91.4 keV(2.5%),至今为止报导的半衰期是1.53×10~6年。其主要来源是裂变材料的裂变和其稳定同位素~(92)Zr的中子俘获反应产物(~(92)Zr的(n,γ)反应截面是0.26±0.08b)。它在各种不同的易裂变材料中的裂变产额值都比较高,因此,在高放废液处理处置过程中需要重点考虑。另一方面,到目前为止,有关~(93)Zr的核数据测量研究的报道非常少见,其半衰期也只有一个测量值,热中子反应截面还没有给出数值。因此,为了测量这些核数据我们开展了预先研究,内容包括~(93)Zr的放化分离,~(93)Zr放射性活度的液闪测量以及~(93)Zr原子数的质谱分析。 在众多方法中选择了硅胶吸附法作为Zr的主要分离手段,因为硅胶吸附法操作简便,实用,特别适用于易水解元素的吸附,对酸性体系中的Zr具有很强的选择性,对于碱金属,碱土金属和Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Cd、In以及镧系元素几乎不吸附。对于Pu和U也可以通过调节酸度使其不吸附。 首先,我们用分光光度法对毫克量级Zr在硅胶上的吸附解吸行为进行研究,硅胶柱是ψ4×100 mm的玻璃柱,装入120-160目的硅胶,柱床高度9cm,柱体积为1ml。锆的上柱酸度为1mol/L硝酸,洗涤液的酸度与上柱介质酸度相同,所用的解吸液是10mol/L硝酸,结果表明锆的吸附和解吸是定量的。然后,我们应用裂变产物中的~(95)Zr作为示踪剂进行分离纯化实验,结果表明锆的收率是97%。通过去污实验得到主要沾污核素~(137)Cs,~(85)Sr,~(152)Eu以及Pu的去污因数分别达到2.13×10~3,1.18×10~4,1.54×10~4,4.3×10~2。为了进一步对沾污核素进行去污,加入100%TBP萃取步骤,用煤油将TBP稀释后用1mol/L硝酸反萃,再进行第二次硅胶柱分离。最终确定了硅胶吸附-TBP萃取-硅胶吸附的分离步骤。 用确定的程序对辐照过的秦山核电站考验元件溶解液中的~(93)Zr进行分离。对给出的~(93)Zr样品分别用HPGeγ谱仪和低本底液闪谱仪进行测量。结果表明,样品的γ谱与本底谱相同,说明程序有着很高的去污能力。整个流程的收率在60%以上。 为了确定溶液中~(93)Zr的放射性活度,采用了低本底液闪谱仪进行测量。由于没有~(93)Zr的标准溶液,利用与它β能量相近的~(63)Ni的标准溶液代替~(93)Zr的标准溶液进行效率刻度。研究了酸度和样品体积对淬灭的影响,给出了用于测量~(93)Zr的效率和淬灭参数的关系曲线。 对于~(93)Zr原子数采用了多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测量。工作中对雾化器流速、碰撞气体流速等参数做了研究,实现了MC-ICP-MS同位素丰度测量条件的优化,用指数校正对质谱测量中不可避免的质量歧视效应进行了校正,建立了用标准曲线法测量~(93)Zr的分析方法。


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