[发明专利]一种中子辐照 6Li产氚量的等效测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及核技术应用领域中中子辐照产物定量分析技术，具体涉及⁶Li在中子辐照条件下产氚量的测量。

背景技术

聚变能是公认的可大规模替代常规能源的清洁能源。聚变堆液态金属锂铅包层可兼具载热和产氚两大功能，因其固有特性和优势，在国际上被普遍认为是未来电站最具发展潜力的包层设计方案之一。欧盟、美国和中国均将液态锂铅包层作为主要研究模块而重点发展。在进行原理性实验时，需要实际考查锂铅合金在中子环境中的产氚效率，因此必须准确测量氚的产生量。氚是一种低能β^－射线放射性核素，由于吸收严重而无法对辐照后的合金直接测量。传统的方法是将产生的氚提取出来处理后再进行测量。但是由于氚自身的性质使得它与金属锂和铅结合紧密，释放不完全。测量时需要多次提取、多次处理和多次测量，最后将结果累加，最终得到的结果不确定度较大，并且仍然存在相当比例的氚无法释放，特别是对于产氚量本来就比较微量的实验来说，这种方法的应用具有相当大的局限性。

文献“液态锂锡合金中微量氢的提取”(核化学与放射化学，2010，第32卷第3期)和“ITER液态锂铅回路鼓泡柱中提取氚的理论计算”(原子能科学技术，2008，第42卷第12期)中采用的氢同位素载气鼓泡方式提取氚的模拟实验和计算结果显示，提取效率最高仅为85％，所以如果采用直接测量氚的方法必须准确测量氚的回收效率。

发明内容

本发明提供一种中子辐照⁶Li产氚量的等效测量方法和装置，克服了现有氚含量测量中存在的多次提取、处理和测量的繁琐环节以及提取效率不高等问题，减小了测量不确定度，并解决了微量产氚量的测量难题。

为实现以上目的而采用的技术解决方案如下：

一种中子辐照⁶Li产氚量的等效测量方法，其特殊之处：包括以下步骤：

1】制备⁶Li密封靶；

2】中子源辐照⁶Li密封靶；

3】⁶Li密封靶样品预处理；

4】测量⁶Li密封靶中⁴He的含量；

5】根据中子辐照⁶Li(n,α)T反应在产生一个氚原子的同时产生一个⁴He原子的等效关系，计算得到氚原子的含量。

上述步骤1】中⁶Li靶包括靶芯和靶壳；其中靶芯为金属⁶Li或含⁶Li的合金，靶壳为石英管、铝或铁。

上述步骤3】中包含以下步骤：

3.1】⁶Li密封靶解密封：

将辐照后的⁶Li密封靶置于密封容器内，对容器抽真空后，采用破碎、开孔或直接高温熔融的方法对靶进行解密封；

3.2】熔融靶芯释放⁴He：

将解密封后的靶芯加热至熔融状态或保持在熔融状态，持续时间不少于30分钟，之后自然冷却到室温，完成⁴He的释放；

3.3】氢同位素的氧化：

将步骤3.2】中密封容器内气体引入氧化剂柱内，在氧化条件下将氢同位素氧化为水；

3.4】氢同位素的去除：

将步骤3.3】氧化后的气体引入一个低温冷凝器，水蒸汽被低温冷凝器冷凝捕获以去除氢同位素；所述低温冷凝器工作温度为-80℃至-200℃；

3.5】从冷凝器出来的气体送入测量仪器通道。

上述步骤4】中的测量所用的仪器为质谱仪或色谱仪。

一种中子辐照⁶Li产氚量的等效测量装置，其特殊之处：包括密封容器、氧化柱、冷凝器和原子数测量仪器；所述的密封容器通过管路和容器阀门与氧化柱前端相连，氧化柱后端通过管路和氧化柱后端阀门与冷凝器相连，冷凝器后端通过管路与冷凝器后端阀门与原子数测量仪器相连。

所述原子数测量仪器为质谱仪或色谱仪。

本发明具有的有益效果有：

1、本发明利用⁶Li或⁶Li合金在中子辐照条件下⁶Li(n,α)T反应在产生一个氚原子的同时产生一个He核，通过测量⁴He可以间接得到氚的量；由于He为惰性气体，不易与金属结合，容易释放，因此避免了现有产氚量测量方法中多次提取、处理和测量的繁琐环节，同时解决了微量产氚量的测量难题。