[发明专利]铀同位素丰度分析方法

说明书

技术领域

本发明属于借助测定材料的物理性质来分析材料丰度的技术领域，具体涉及一种利用裂变产物产额比分析铀同位素丰度的方法。

背景技术

铀同位素丰度分析在核燃料循环和环境科学等领域具有非常重要的地位，因此也发展了很多丰度分析方法。其中最主要方法有：质谱法、α能谱法、γ能谱法和中子质询法。

质谱法是目前最经典的分析铀同位素丰度的方法，具有很多优点，但它是一种破坏性分析铀丰度的方法，仪器昂贵，操作过程烦琐，工作周期长，因此仅作为一种实验室精密分析铀同位素的方法。

对于铀同位素，大多数是α放射性核素，因此可用α能谱法来分析铀同位素丰度，但该方法样品需预处理，操作复杂，误差较大，精密度较低。

所有铀同位素都具有放射性，以发射α、β或自发裂变的形式衰变。伴随α或β发射时，核有时仍处于激发态，将以γ发射的方式衰变到基态。每一同位素都有各自独特的γ衰变概率和衰变能，通过测量其特征γ射线能量和强度可以分析铀同位素的丰度。γ能谱法是测定铀同位素丰度的一种非破坏性分析方法。该方法可对整个样品进行扫描测量，不需要取样，但γ能谱法的基体效应和自吸收影响较大，分析时需用标准样品进行校正。

有源中子质询法测定铀丰度的灵敏度比γ能谱法和无源中子质询法高。该方法是用中子源照射样品，使样品中的铀同位素诱发核反应，然后探测反应产物的放射性，如缓发中子、瞬发中子、γ射线等进行分析。该技术具备在非破坏条件下对单个元素的甄别能力，这是一般其他任何分析方法不具备的，有源中子法已成为核材料的非破坏性检测最有效的方法之一。

有源中子质询装置一般由三部分组成：中子源、慢化/屏蔽体和探测器。中子源可以是加速器(静电加速器、高压倍加器或直线加速器)、(D，T)中子发生器、密封中子管，也可以是放射源(²⁵²Cf、²⁴¹AmLi、¹²⁴SbBe)。从质询中子讯号中甄别诱发裂变中子主要采用能量甄别法、符合甄别法和时间甄别法。

1)符合甄别法

此方法的分析原理与无源中子符合计数是一致的，只不过在样品外增加了中子源，靠外界中子激发样品，产生裂变，释放更多的中子。如果移去中子源，该仪器可作为无源中子符合计数器。分析中，通过符合电路必须将中子探测器记录的中子源发射的中子扣除掉，只记录样品内核素受激发射的中子。为了使辐照更均匀，一般还设置了样品旋转装置。该方法比无源中子符合计数法更具有实用性，分析所需样品量少，灵敏度高，分析结果可靠性好。

2)时间甄别法

受中子辐照的原子核吸收中子形成不稳定原子核，这些不稳定的原子核则产生裂变，发射瞬发中子和缓发中子(半衰期0.2～55s)。其绝大多数以瞬发中子的形式衰变，而缓发中子仅占裂变产额的少数。对于²³⁵U，缓发中子与瞬发中子之比约1/120，²³⁹Pu的比约1/335。显然，有中子符合识别探测的是瞬发中子，而时间识别测量的是缓发中子。

在60年代末，随着较大强度的²⁵²Cf源的生产而使之成为缓发中子和γ射线分析仪器使用的同位素中子源，利用1mg²⁵²Cf(约2.5×10⁵s^-1)成功地研制了一台称为Cf shuffler的时间识别测量装置，该装置主要问题是²⁵²Cf半衰期较短。

3)能量甄别法

能量甄别法就是通过辐照中子与缓发中子的能量之差异，利用电子学电路的甄别技术，将来自中子源的中子甄别掉，只探测被测物裂变产生的中子。它主要用于核废料、废物的检测。1979年美国LANL为分析火箭核燃料研制了一种小型的能量识别系统，它由两个小型²²⁶Ra-Be(γ、n)源、12个³He气体正比计数器、Ni反射层和Pb屏蔽层组成。另外，此类能量识别逆源中子技术还适用于反应堆燃料组件和铀矿结构中子测井分析。

现有的中子质询分析铀丰度的方法，灵敏度和准确度虽然比γ能谱法和无源中子质询法高，但该方法一般都需要将快中子慢化，中子的利用率较低，而且辐照装置需要慢化体，测量装置需要中子测量系统和γ测量系统，整套分析系统非常复杂。

发明内容

(一)发明目的

针对现有技术所存在的局限，本发明旨在提供一种中子利用率高、无需慢化、操作简便的铀同位素丰度分析方法。

(二)技术方案